Что вы имеете против?

Машины и Механизмы – 27 января 2014

Взаимоотношения человека и природной стихии под названием «ураган» складывались на протяжении многих веков, но до сих пор не переросли начальной стадии знакомства. Люди преуспели в деле изучения ураганов, но стоит нам сделать шаг к сближению, как они делают хитрый ход, чтобы ускользнуть.

Текст: Антон Банщиков

Большинство стихийных бедствий мира можно разделить на четыре большие группы: наводнения, тропические циклоны, землетрясения и засухи. Тропические циклоны (к которым относятся и ураганы, и тайфуны) лидируют по числу жертв. Ущерб, который наносят они мировой экономике, исчисляется миллиардами долларов, а их разрушительная мощь сопоставима с действием ядерного взрыва. Двухнедельная совокупная энергия одного урагана приравнивается к работе средней гидроэлектростанции на протяжении 26 тысяч лет. Какая заманчивая альтернатива привычной энергетике! Но об этом пока приходится лишь мечтать.

Мы не можем увидеть атмосферное давление и температуру воздуха, а в идеальной среде (например, в горах без единой травинки или песчинки) ветер тоже превращается в невидимку – его можно заметить только в виде последствий проявления: летящей пыли или качающихся деревьев. Ветер становится для человека единственным визуальным признаком урагана. До того, как для измерения его силы был придуман анемометр, Всемирная метеорологическая организация предлагала использовать относительную 12-балльную Шкалу Бофорта. По этой шкале ветер со скоростью более 32,6 м/с (117 км/ч) называется ураганом. Ураган со скоростью ветра более 39,2 м/с называют сильным, а после превышения 48,6 м/с говорят о жестком урагане.

Шкала Бофорта была усовершенствована Гербертом Саффиром и Робертом Симпсоном и получила название по имени этих двух ученых. Она расширила диапазон для сильных дуновений, и ее используют для ветров, дующих с рекордной скоростью.

Ураганы возникают из-за противоборства двух сил: борьбы холодного воздуха с горячим, высокого давления – с низким, центробежной силы – с центростремительной. Холодные воздушные массы формирует область высокого атмосферного давления, а нагретый воздух – низкого. В результате неравномерного распределения тепла и атмосферного давления возникает ветер. Вектор его направления всегда обращен в сторону зоны низкого давления.

Встречаясь с восходящими теплыми потоками, воздух закручивается в спираль, образуя гигантскую вращающуюся воздушную трубу, которая соединяет землю и небеса. Внутри нее возникает динамическое сопротивление центробежной силы, которая вынуждает воздушный поток двигаться вперед по кругу, и центростремительной, которая обеспечивает его поворот. Движение воздушных масс образует вихри, похожие на тугие веревки из воздуха. Они вращаются по концентрическим окружностям, при этом длина внутренней окружности всегда меньше длины внешней, и при вращении меньшей окружности относительно большей возникает прецессия – явление, при котором направление момента импульса тела изменяется под действием момента внешней силы. По правилу прецессии центростремительная сила внешней окружности будет непременно увеличивать скорость вращения внутренней окружности.

Другими словами, центростремительная сила обеспечивает движение урагана по поверхности земли. Ураган стремится захватить как можно больше территории, а центробежная сила сдерживает жадность центростремительной, заставляя ураган выбрасывать из своей воронки излишки в виде вихревых хвостов.

От обычного сильного ветра ураган отличается продолжительностью жизни в одну-две недели. Кроме классификации по силе ветра, ураганы подразделяются по месту дислокации на тропические и внетропические (ураганы умеренных широт). Тропические циклоны возникают над теплыми океанами, двигаясь с востока на запад, изгибаясь к полюсам. Ураганы умеренных широт формируются и над водой, и над сушей, двигаясь с запада на восток. Они несут значительно меньше осадков, чем тропические.

За ширину урагана принимают зону катастрофических разрушений, а также зону ветров штормовой силы с менее выраженными последствиями. Эта зона может исчисляться сотнями метров. Ширина тайфунов – от 15 до 45 км.

По всей Земле разбросаны погодные обсерватории, позволяющие объединить регулярную метеорологическую информацию и создать единую картину атмосферного поведения в планетарном масштабе. Одной из самых высоких считается обсерватория Нью-Хэмпшир, расположенная на горе Вашингтон. Именно здесь 12 апреля 1934 года был поставлен мировой рекорд скорости ветра, измеренного на земной поверхности, а именно 103,3 м/с (372 км/ч).

Прогнозирование циклонов – занятие благодарное, но сложное. В случае точного прогноза даже при самом сильном урагане можно обойтись без человеческих жертв. Но такая задача сопряжена с измерениями в опасном и труднодоступном динамичном объекте.

Раньше единственным надежным способом измерения силы ураганного ветра считался самолет-разведчик, который со своими приборами подлетал прямо к глазу урагана. Но этот метод был весьма дорогостоящим, ведь точность измерения предполагала несколько таких полетов.

Если первая методика строилась на исследованиях в воздухе, то второй способ погружал метеорологов под воду. Подземные микрофоны-гидрофоны устанавливались на пути приближающегося урагана. Сила ветра измерялась как функция от интенсивности звука, где громкость прямо пропорциональна силе шторма.

Когда человек поднялся в космос, самыми эффективными методами исследования атмосферы стали спутниковые системы. Способ далеко не самый дешевый, зато, к примеру, США экономят с его помощью два миллиарда долларов в год.

Одна из последних разработок NASA позволяет измерять силу ураганного ветра с помощью искажения GPS-сигналов. Этот метод стал достаточно модным, он не требует больших затрат, а его точность не уступает показаниям, снятым с приборов метеорологических самолетов. Разработчики планируют в 2016 году запустить систему малых спутников CYGNSS (Cyclone Global Navigation Satellite System) для изучения ураганов с помощью отраженных GPS-сигналов.

В последние годы метеорологи отмечают изменения в поведении ураганов – стихия становится все более яростной. Следуя климатологической логике, можно предположить, что эти трансформации со временем будут усиливаться. Задача ученых состоит в том, чтобы дать анализ этим событиям и помочь человечеству приспособиться к новым условиям.

Для борьбы с ураганами применяют два способа: пассивный и активный. В первом случае люди возводят защитные сооружения, а во втором происходит вмешательство в силы природы.

Следуя законам физики, чтобы остановить ураган, можно воспользоваться знанием о противостоянии двух сил внутри вихря. Если нарушить равновесие между ними, то развитие урагана остановится. Если допустить, что в правой части урагана центростремительная сила увеличивает его скорость, а с противоположной стороны центробежная сила тормозит этот процесс, то можно в левой части завихрения взорвать заряд. Появится новый хвост, уносящий излишек энергии. И пока ураган не восстановил свои силы, нужно сделать еще один взрыв… Возникает вопрос: сколько потребуется взрывов для уничтожения урагана и какова должна быть их мощность? Для каждого циклона ответ будет свой.

После урагана Катрина, что в 2005 году разрушил Новый Орлеан, появились два новых подхода, которые активно используются для борьбы с ураганами сегодня. Первую разработку предложили американские ученые: они распыляют частицы углерода в верхнее холодное облако циклона, вызывая его нагревание. Нарушается температурный баланс внутри вихря, изменяется давление, уменьшается скорость ветра, и ураган замедляется.

Противоположный метод придумали ученые из Израиля, которые, наоборот, охлаждают облака с помощью распыления йодистого серебра. Этот способ на треть снижает интенсивность урагана.

Еще одна новая идея основана на охлаждении океанской поверхности: для этого специальные суда распыляют в атмосфере мельчайшие капельки воды. В результате уменьшается испарение, а с ним и сила, подпитывающая ураган снизу. Технология называется Marine Cloud Brightening – осветление морских облаков. Недостаток ее в том, что торможение естественного испарения уменьшает объем мировых осадков ровно на такое же количество влаги, что может повлечь за собой нарушение хрупкого природного равновесия и возникновение другой беды – жестоких засух.

Энтузиасты для борьбы со стихией предлагают самые невероятные решения, при этом задача привлекает не только ученых-метеорологов. Например, основатель Microsoft Билл Гейтс предложил свой вариант: по его задумке нужно вывести в зону урагана морскую эскадру, оснащенную мощными насосами, которые будут прокачивать холодную воду из глубины океана на его поверхность, снижая температуру верхнего водяного слоя.

Экзотическая альтернатива такого способа – транспортировка в теплые океанские воды айсбергов.

Американский метеоролог Росс Хофман предлагает ограничивать поступление энергии к тропическому циклону с помощью биологически разлагающейся масляной пленки, разлитой на поверхности океана и приостанавливающей испарение.

Еще разработан электрический метод, который пока опробован лишь на моделях: он основан на создании дополнительных несамостоятельных зарядов для уменьшения плотности заряда и снижения кластера облаков в опасной зоне.

Снизить интенсивность давления урагана может искусственная ионизация атмосферы в области тропического циклона.

Предложен космический способ борьбы с ураганами, когда спутники должны собирать солнечную энергию, чтобы направить ее одним лучом в место формирования атмосферного возмущения, подогревая воздух.

Полезными оказываются даже конденсационные следы от самолетов, которые могут быть применены для изменения температуры воздушных масс. Кроме всего перечисленного, множество теоретических способов уповает на снижение давления внутри циклона, но до практического решения дело пока не дошло.

Сомневаться в том, что человек однажды противопоставит урагану оптимальное орудие, не приходится. Вопрос в том, что будет после битвы. Несмотря на то, что климатическое оружие давно запрещено конвенцией ООН, «пульт» от ураганов – слишком большое искушение для стран с амбициями. Но даже всего лишь пытаясь отвести ураган от одного города, человек может спровоцировать его перемещение в сторону другого населенного пункта. А главное – схватка со стихией чревата нарушением климатического баланса. Ураганы несут не только беду и разрушения, но и важную функцию температурного регулятора в планетарном масштабе. Почти все они идут из тропиков, охлаждая воду в океане на несколько градусов. Это тепло перемещается к холодным полюсам, уравновешивая разницу температур между ними и экватором. Перераспределяя атмосферное тепло, ураганы защищают человека от климатических аномалий и появления ветров более грозных, чем те, что бушуют на Земле сегодня.

***

Имя урагана

Чтобы понять, как человек относился к ураганам, достаточно припомнить хотя бы одно явление природы, удостоенное собственным именем. Свои имена никогда не получали ни сильное землетрясение, ни мощный оползень, ни апокалиптическое извержение вулкана.

Современная система наименования циклонов появилась в середине ХХ века. До этого ураган могли назвать именем святого, в день которого он разыгрался, или по местности, пострадавшей больше всего, или вообще по траектории движения, как в случае с ураганом «Пин» («Булавка») в 1935 году. Тезки среди реальных людей появились у циклонов благодаря австралийскому метеорологу Клементу Раггу: он нарекал ураганы в честь парламентариев, которые не поддерживали метеорологические исследования.

Когда США вступили во Вторую мировую войну, возросло количество океанских и «надокеанских» рейсов, а значит, и роль военных синоптиков, которые во избежание путаницы в сообщениях стали называть многочисленные циклоны женскими именами. После войны эту идею оценил Национальный центр ураганов США. А вскоре появилась международная система названий ураганов – список английских, испанских и французских имен (до 1979 года – только женских, а потом и мужских). Помимо того, до 1950 года у циклонов были четырехзначные номера: первые две цифры – год, вторые две – порядковый номер в этом году.

Сейчас перечень имен для циклонов создается Всемирной метеорологической организацией. Для заглавной буквы используют латинский алфавит, с начала года – с первой буквы А. Чем дальше от января, тем ближе к концу алфавита. Каждое имя начинается с букв английского алфавита, исключая Q, X, Y, Z. Один год – один список, через шесть лет к перечню можно вернуться. Но имена ураганов с самыми катастрофическими последствиями исключаются из списков – как, например, Катрина.

А у японцев своя система – в их «ураганных списках» только названия животных, цветов и деревьев.

***

Если ураган застал вас…

Дома:

– отойдите от окон;

– займите относительно безопасное место (к таким относятся ниши, дверные проемы, встроенные шкафы), а лучше – спуститесь в подвал.

На улице:

– держитесь подальше от зданий, столбов, деревьев, рекламных щитов, опор;

– спрячьтесь под мостом, железобетонным навесом, в подвале, канаве или кювете;

– защитите глаза, нос и рот.

В машине:

– если вы едете по равнине, остановитесь и оставайтесь в автомобиле;

– закройте его двери и окна.

В городском транспорте:

– покиньте его и ищите убежище.

Нельзя:

– оставаться на возвышенных местах, вблизи трубопроводов, ЛЭП, столбов, объектов с ядовитыми и легковоспламеняющимися веществами;

– прятаться под деревьями и в поврежденных зданиях;

– пользоваться электроприборами и газовыми плитами;

– трогать оборванные электропровода, трубы.

Когда ветер стих:

– не спешите покидать укрытие – шквал может вернуться через несколько минут;

– выходя из укрытия, остерегайтесь нависающих предметов, оборванных проводов, раскачивающихся вывесок, поваленных деревьев;

– не пользуйтесь электричеством и газом, пока коммуникации не проверят специальные службы;

– сохраняйте спокойствие и помогайте пострадавшим.