Лилия Алексеева - Небесные сполохи и земные заботы

Давно выявлены те районы нашей планеты, где циклоны зарождаются чаще всего. Оттуда они начинают свое движение и проходят порой огромные расстояния. Так, штормовые циклоны Западной Европы нередко приходят из тропиков. Сначала они идут вдоль берегов Северной Америки, потом пересекают Атлантический океан.

Часть из них движется потом по Европе. Русло Невы расположено вдоль обычного пути следования циклонов, и ленинградские наводнения связаны с их приходом. Так, в конце 1982 года мощный циклон зародился над Северной Америкой, прошел через южную часть Гренландии, Исландию, Скандинавию и обрушился на Балтику. У входа в Финский залив ураганный ветер поднял длинную нагонную волну, которая, разрастаясь и взламывая ледяной покров, двинулась на город. Вода поднялась на 215 сантиметров выше ординара. Приступ стихии завершился зимней грозой. Под раскаты грома ослепительные вспышки молний пронзали белую пелену густого снегопада. Это наводнение по счету 251‑е за историю города на Неве. Между прочим, основатель города Петр Первый специальным указом запретил строить мосты через Неву (первые мосты появились только после его смерти): он хотел, чтобы россияне привыкали к морскому делу! Можно представить себе, что за условия для судоходства на Неве, когда циклоны гонят воду вспять…

Пройдя Финский залив и Неву, некоторые циклоны идут еще дальше и добираются до Сибири. И вот оказалось, что пути следования зимних циклонов в северо–восточной Атлантике и Европе в годы минимума солнечной активности и в годы ее максимума отличаются друг от друга. Возможно, это наблюдение дает ключ к пониманию региональности солнечно–атмосферных связей. В самом деле, отклонение циклона от преимущественного среднего пути приводит к недостатку влаги вдоль этого пути и отражается на состоянии живой природы, которая приспособилась к средним, обычным условиям. Но циклон не пропал: он ушел и унес влагу в другое место — там выпадет избыточное количество осадков.

Таким образом, одно и то же изменение солнечной активности приведет к уменьшению количества осадков в одном месте, его увеличению в другом, и никак не скажется в остальных районах планеты. Очевидно, такой же мозаичный характер должна иметь и реакция растительности на изменение солнечной активности. В работах основоположника гелиобиологии А. Л. Чижевского встречается утверждение, что более широкие годовые кольца на срезе дерева соответствуют периодам максимальной солнечной активности. Более поздние исследования показали и прямо противоположное, на основе этого иногда подвергалась критике гелиобиология вообще. Последние исследования говорят о том, что эти результаты не являются взаимно противоречивыми, просто каждый занимает свое место в общей картине. Сотрудники Воронежского лесотехнического института нашли, что здесь мы имеем дело с гелиобиологической связью через погоду: деревья просто–напросто реагируют на избыток или недостаток влаги. Поэтому в разных географических районах эта закономерность выглядит по–разному. Более того, она даже разная для различных пород деревьев.

Что же представляет собой циклон? Отдельный наблюдатель воспринимает его как ветер, зачастую очень сильный. Воистину страшным бывает он в циклонах, зарождающихся вблизи экватора, — в так называемых тропических циклонах (они же ураганы или тайфуны). Флоридский ураган 1935 года нес, например, песок с такой скоростью, что с людей на пляже сдиралась вся одежда и кожа, на трупах оставались только кожаные пояса и ботинки.

Циклон — это гигантский атмосферный вихрь, воздух в нем вращается. Представление о том, что сильный ветер есть вихрь, по–видимому, бытовало у многих народов; об этом говорят спирали, украшающие различных богов бурь.

Для науки вихревой характер урагана был открыт ученым–любителем У. Редфилдом, содержателем небольшого магазина в штате Коннектикут (США). Энтузиаст науки, он с детства интересовался морем и штормами. В 1821 году, объезжая после шторма штат, он обратил внимание на поваленные ветром деревья, В одном месте деревья лежали верхушками к северо–западу, тогда как на некотором расстоянии верхушки указывали противоположное направление. Отсюда Редфилд сделал вывод, что шторм представляет собой вращательную систему ветров. Затем на протяжении нескольких десятилетий он анализирует судовые журналы, беседует с капитанами и владельцами кораблей, собирает и обобщает все доступные ему сведения. Редфилд установил, что все ураганы движутся вперед с переменной скоростью, их траектории имеют много общих черт, что направление вращения ураганов одинаковое (теперь мы знаем, это относится к одному полушарию Земли, по другую сторону экватора направление вращения противоположное). Под влиянием работ Редфилда в исследование ураганов включились многие его современники. Часто это были люди, по первоначальной профессии очень далекие от метеорологии — военный инженер, военный хирург и т. д., но имевшие случай наблюдать лично ураганы или их последствия. Превращение привычного неощутимого воздуха в грозную разрушительную силу, сосредоточенную на сравнительно небольшой территории, производило такое впечатление на этих исследователей и так мобилизовало их творческие силы, что им удалось привести в систему массу сведений и создать книги, не потерявшие своей ценности и до наших дней. Один из них и окрестил закрученный ветер циклоном (от греческого слова, означающего «колесо, круг, кольца змеи»).

Для всех приземных циклонов характерен один и тот же «джентльменский набор» свойств. Давление в них понижается от периферии к центру, к центру же по спирали течет воздушный поток (рис. 10), в центральной части развивающегося циклона образуется мощная облачность и выпадают осадки. Вращение Циклонов Северного полушария идет против часовой стрелки, Южного — по часовой. Кроме того, тропический циклон, ураган, имеет так называемый «глаз», зону относительного затишья в центре. У внетропических циклонов «глаза» нет.

Рис. 10. Схема тропического циклона (урагана)

Если принять некоторые из этих свойств за определяющие, то остальные можно пояснить через них. Посмотрим, например, как благодаря восходящему потоку воздуха в центре циклона появляется облачность и выпадают осадки. Выделив мысленно какой–нибудь объем воздуха, проследим за его движением. Поднимаясь в более разреженные слои атмосферы, этот объем расширяется и остывает (явление, обратное нагреванию воздуха при его быстром сжатии в велосипедном насосе). При этом содержащийся в объеме водяной пар будет конденсироваться, создавая облачность и осадки; кроме того, превращение пара в воду происходит с выделением тепла. Это тепло приводит к дополнительному расширению газа и помогает ему подниматься. Больше всего пара содержит воздух над прогретым океаном вблизи экватора, поэтому восходящие потоки должны быть особенно сильными в тропических циклонах. Именно поэтому тропический циклон мощнее внетропического.

Через понижение давления к центру циклона можно объяснить спиральность потока в нем и направление вращения циклонов в разных полушариях. Для этого достаточно лишь припомнить сообщенный нам в школе факт, что благодаря вращению Земли реки Северного полушария подмывают правые свои берега, а Южного — левые. Другими словами, речной поток отклоняется от своего основного направления и набегает на берег. У воздушных течений берегов нет, и ничто не мешает им закручиваться. Такой поток будет втекать в область пониженного давления по спирали. Это и означает, что циклон Северного полушария вращается против часовой стрелки (если смотреть сверху на движение воздуха у поверхности Земли), а циклон Южного полушария — по часовой стрелке.

Таким образом, в облике циклона многое понятно. Неясно лишь, почему он возникает. Особенно эта неясность чувствуется при сравнении циклона с другими атмосферными вихрами. Мы только что вывели ряд свойств развивающегося циклона из одного лишь факта, что в центре его существуют восходящие потоки воздуха. Но факт этот нельзя считать принципиально важным для существования самого вихря. В самом деле, у другого гигантского атмосферного вихря — антициклона — воздушные потоки в его центральной части направлены вниз. Правда, из–за такого направления потоков этот вихрь остается невидимкой: поскольку для него не характерны осадки, воздух в нем прозрачен. Но это не меняет существа дела: он очень похож на циклон. Только в центре антициклона давление повышено и вращается он всегда в сторону, противоположную направлению вращения циклона. Почему, читатель поймет, повторив наши рассуждения для растекающихся потоков.

Нельзя сказать, что циклон обязан своим существованием центральной области пониженного давления, хотя, как мы только что видели, спиральность воздушных потоков и направление вращения циклона связаны с наличием такой области. Действительно, многие образующиеся по тем или другим причинам области пониженного давления быстро «заполняются» устремляющимися в них (по спирали, конечно) потоками воздуха, и давление выравнивается. Но такого выравнивания не происходит и давление в области продолжает падать, когда на ней «заводится» циклон со всем комплексом его признаков (восходящими потоками и пр.). Что тут есть следствие чего, неясно.