Смерчи на территории СССР

Доктор географических наук А. И. Снитковский
Журнал «Метеорология и гидрология», №2, 1987.

Обобщены данные наблюдений 248 случаев смерчей на территории СССР, Получены климатические характеристики смерчей, приведены основные схемы синоптических процессов, при которых образуются смерчи.

9 июня 1984 г. в центральных областях РСФСР наблюдались редкой интенсивности смерчи. Скорость ветра в Ивановском смерче, судя по разрушениям, превысила 100 м/с. Это был самый сильный смерч, зафиксированный на территории СССР. Этот смерч привлек внимание не только метеорологов, но и многих ученых в области гидродинамики, механики жидкости и газов.
Такой интерес к проблеме смерчей связан, во-первых, с тем, что смерч представляет собой уникальный, недостаточно полно изученный физический объект, и, во-вторых, тем, что смерчи часто вызывают катастрофические разрушения, нередко с человеческими жертвами. В связи с этим возникает необходимость выявить физические закономерности образования смерчей и разработать методику их прогноза. До настоящего времени в отечественной литературе публиковались описания лишь отдельных случаев смерчей [1—3, 5, 6], систематизация их была выполнена только для небольших районов, например Белоруссии [4].
Исходными данными для настоящего обобщения явились сведения о 248 случаях смерчей на территории СССР (см. таблицу), подготовленные в Гидрометцентре СССР, республиканских и территориальных гидрометцентрах. Ряд случаев достоверных смерчей был взят из литературных источников [4 - 6]

Климатическая характеристика смерчей.
Сведения о количестве смерчей в различных районах СССР представлены ниже. Наибольшее число смерчей наблюдается на Украине, в Белоруссии, центрально-черноземном районе, Центральном районе, Прибалтике и на Черном море у побережья Кавказа.
Вследствие того, что годы наблюдений в разных районах неоднородны и плотность населения значительно уменьшается от южных к северным и от западных к восточным районам. Можно предположить, что количество смерчей в действительности в центральном, волго-вятском, северном регионах и на Урале существенно больше (в 2 — 4 раза), чем здесь приведено.
В пользу этого предположения говорит то обстоятельство, что на территории США в 20-е годы этого столетия считалось, что среднее число торнадо в год составляет 100 — 200, в то время как в последнее десятилетие это количество возросло до 500 — 700 в год. Конечно, от года к году из-за особенностей циркуляции число торнадо может заметно меняться, однако главная причина увеличения числа торнадо состоит в большем интересе общества к этому стихийному явлению. По-видимому, увеличения числа зафиксированных смерчей можно ожидать и у нас в стране, если население будет знать, куда присылать о них сообщения.

Подавляющее большинство смерчей наблюдается на европейской части СССР и Урале, и лишь небольшое их количество на юге
Западной Сибири, в Средней Азии и на озере Байкал. Восточнее Ново0сибирска сухопутные смерчи не отмечены.
Для европейской части СССР, включая район у Черноморского по0бережья Кавказа, среднее число смерчей в год составляет 8 -10. В 1969 г. их количество достигло 18, а в 1986 г. было зафиксировано только 2.
Выше приводилась вероятность смерчей на единицу площади, что является более объективной оценкой территории с наибольшей их частотой. На основании этой оценки наибольшая вероятность смер0чей приходится на Черное море вблизи побережья Кавказа, Центрально-Черноземный район, Молдавию, Белоруссию и Прибалтику.
По шкале интенсивности смерчи распределяются таким образом: 0 - 95 случаев (38%); 1 балл — 98 случаев (39%); 2 балла — 45 случаев (19%); 3 балла — 8 случаев (3,2%); 4 балла -2 случая (0,8%). Из 10 случаев смерчей интенсивностью 3 и 4 балла по два из них наблюдались в Московской и Ярославской областях, в Белоруссии и на Украине, по одному - в Горьковской и Ивановской областях.
Следовательно, наиболее сильные смерчи чаще всего проявляются в центральных областях РСФСР.
Сезон смерчей па европейской части СССР начинается в коне апреля и заканчивается в первой половине сентября, Наиболее часто смерчи наблюдаются в июне и июле. Ниже дано распределение смерчей (в скобках в %) по месяцам:

Cмерчи в октябре м ноябре наблюдаются лишь у морского побережья Кавказа и на озере Байкал, на суше они в это время не возникают. Во времени суток смерчи распределены как и грозы. Самые сильные из них наблюдались в период с 15 до 19 ч. Распределение числа случаев смерчей (в скобках %) во времени суток представлено ниже:
Как следует из этих данных, смерчи наблюдаются в любое время суток, чаще 12 – 21 ч, т.е. в период максимального развития конвекции. Наличие определенного числа смерчей в утренние и ночные часы указывает на большую роль динамического фактора, в подъеме воздуха вверх.
Анализ траекторий перемещения смерчей однозначно указывают, что движутся они в соответствии со скоростью и направлением ведущего потока.

В 73% случаев направление их движения - с юго-запада на северо-восток. Остальные случаи траектории перемещения смерчей распределяются следующим образом: с юга на север 10%; с запада на восток 6%; с юго-востока на северо-запад 5%; с северо-востока на юго-запад 5%; с северо-запада на юго-восток 1%. Траектории перемещения смерчей с востока на запад и с севера на юг не зафиксировано.
Приведенные траектории движения смерчей указывают, что смерчи в основном возникают и перемещаются под передней частью высотной барической ложны.
Средняя длина траектории перемещения смерчей составляет 25 км, изменяясь от 1 до 160 км. Средняя ширина смерчей около 160 м, чаще всего ширина смерча находится в диапазоне 105 — 250м. Эти данные получены на основании 77 наблюдений за смерчами.

Синоптические условия образования смерчей.
Как показано выше большинство смерчей наблюдается на европейской части СССР и Урале на азиатской части страны смерчи проявляются очень редко. Основная причина такого распределения смерчей на территории СССР состоит в том, что смерчи возникают в циклонах, в циркуляцию которых вовлечен морской воздух с высоким влагосодержанием, особенно это: характерно для южных циклонов, формирующихся над Средиземным или Черным морями, а затем перемещающихся на северо-восток. Циклоны, смещающиеся на юг Западной и Восточной Сибири, большую часть пути проходят над сильно прогретыми террито0риями Казахстана, Монголии и Китая, и воздух в них быстро иссушается. Вследствие этого облачные системы имеют меньшую вертикальную протяженность, и высота нижней границы облаков располагается выше 1,5 – 2 км. Смерчи чаще опускаются из облаков, нижняя граница которых находиться на которых находится на высоте нескольких сотен метров над поверхностью земли.

Смерч - явление локальное. Однако возникновение смерча в первую очередь определяется макромасштабными атмосферными процессами. Кроме того, необходимо, чтобы в атмосфере имелся еще ряд благоприятных условий для их возникновения.

Смерчи возникают вблизи атмосферных фронтов. Неподалеку от центра циклона или волнового возмущения. В 70% случаев смерчи возникают в теплом секторе циклона в 50 – 100 км впереди холодного фронта; в 20% случаев вблизи точки окклюзии; в 5% случаев впереди линии теплого фронта, но не далее 100 км от него; в 5% случаев в однородной воздушной массе.
В воздушной массе, в которой возможно развитие смерча, часто на высоте 2000 – 2500 метров имеется слой сухого воздуха с дефицитом точки россы более 10°С, ниже которого существует задерживающий слой. Наличие слоя сухого воздуха при прочих благоприятных условиях способствует образованию смерчей. Когда нисходящий поток в кучево-дождевом облаке достигает сухого слоя температура воздуха в нем вследствие испарения начинает быстро понижаться. Тогда на небольшом расстоянии возникают большие температурные контрасты и большие градиенты давления, В этой области низкого давления вероятно возникновение смерчей.

Сильные смерчи возникают в сверхмощных кучево-дождевых облаках высотой 12—14 км, вершины которых превышают тропопаузу на 1—3 км. Необходимым условием образования таких облаков является быстрый подъем теплого и влажного воздуха вдоль фронтальной поверхности и в результате окклюдирования. Процесс окклюдирования и неравномерная из-за больших скоростей ветра адвекция температуры создают в течение короткого во времени сверх сухоадиабатические вертикальные градиенты температуры в нижних слоях тропосферы, приводят к разрушению задерживающего слоя и возникновению очень мощных кучево-дождевых облаков.
Более слабые смерчи 0 и 1 классов могут возникать и в несколько других синоптических ситуациях, вдали от центров циклонов, волновых участков холодных фронтов или вблизи фронтов окклюзии. Однако и в этом случае фронты перемещаются с большими скоростями, что способствует образованию высоких облаков. Совсем слабые смерчи, диаметром до 10 — 20 м, встречаются в однородной воздушной массе — под заполняющимися обширными высотными циклонами. В таких ситуациях основная роль в образовании мощных облаков принадлежит термической конвекции.
Особое место занимают смерчи, наблюдающиеся у Черноморского побережья Кавказа. Эти смерчи возникают в результате мощных вторжений холода на Кавказ при температуре морской воды более 20°С. При этом Синоптическая ситуация у земли характеризуется погодой, присущей тыловым частям циклонов, в средней тропосфере наблюдается устойчивый западно-восточный перенос воздушных масс со скоростью около 20 м/с.
Атмосферные процессы, при которых возможно образование смерчей различной интенсивности, в целом характеризуются перемещением с юга и юго-запада на север и северо-восток циклонов и активных волновых возмущений, и их можно разделить на четыре типа (см. рисунок), Для всех четырех типов атмосферных процессов отличительными особенностями являются:
— быстрое окклюдированне полярной фронтальной системы;
— наличие в теплом секторе циклонов влажного воздуха морского происхождения

Схема процессов, при которых возможно образование смерчей. Слева - приземная карта погоды, справа - карта AT500 1 - местоположение циклона у земли 2 - район наиболее вероятного образования смерчей.

1 тип (рис. а) Характеризуется быстрым, со скоростью 40 — 60 км/ч. перемещением южного углубляющегося (падение давления более 3 - 4 гПа/3 ч) циклона на северо-восток (север пли северо-запад) вдоль передней части высотной барической ложбины на поверхности 500 гПа. В то же время в верхней тропосфере существует струйное течение, направленное с юго-запада на северо-восток, со скоростями ветра на оси 40 - 50 м/с, а в пограничном слое атмосферы — струйное течение нижних уровней, направленное с с юго-востока или с юга на северо-запад или север, со скоростями на оси 12- 18 м/с и более. При первом типе атмосферных процессов вероятно возникновение вблизи центра циклона (и впереди теплого фронта, у точки окклюзии и впере0ди холодного фронта) наиболее сильных смерчей интенсивностью 2 — 4 балла. Такая ситуация часто обусловливает смерчи в Центральном, Центрально-Чериоземзеом, Волго-Вятском, Северном районах и на Урале.

2 тип (рис б) Отличается хорошо выраженной мередиональностью процессов. Вследствие этого южные циклоны и активные волновые возмущения перемещаются на север со скоростью 50-80 км/ч. Часто в теплом секторе этих циклонов имеется фронт окклюзии тропической фронтальной системы. Образование смерчей интенсивностью 1—2 балла вероятно вблизи центра волновых возмущений и на фронте окклюзии. Такой тип процессов приводит к смерчам, чаще наблюдающимся в Прибалтике и Белоруссии.

3 тип {рис. в) Характеризуется большой скоростью перемещения воздушных масс в зональном направлении. По этой причине происходит быстрое окклюдированне полярной фронтальной системы. У точки окклюзии образуется небольшой по площади, но активный циклон быстро движущийся на восток. Вблизи центра циклона вероятно образование смерчей интенсивностью 0—2 балла. Этот тип процессов вызывает смерчи чаще в Молдавии, на юге Украины на на Северном Кавказе.

4 тип (рис. г) Отличается тем, что на периферии обширной барической ложбины у поверхности земли у точки окклюзии большой протяженности фронта окклюзии образуется циклон.
Этот циклон движется на северо-запад (северо-восток или юго-восток) в зависимости от направления ведущего потока. Вблизи центра циклона возможны смерчи интенсивностью 0—1 балл. Такие ситуации чаще при0водят к возникновению смерчей на Украине, Северном Кавказе, востоке Центрально-Черноземного района и на западе Поволжья.

Таким образом, возникновение смерчей наблюдается тогда, когда происходит взаимодействие атмосферных процессов различных масштабов. При этом: — макромасштабные процессы (эволюция циклопов и атмосферных фронтов) создают на больших пространствах благоприятные условия для возникновения конвективной неустойчивости;

— мезо масштабные процессы (неравномерная адвекция по высотам, наличие задерживающего и сухого слоев) обусловливают возникновение облачных массивов и среди них отдельных сверх-мощных кучево-дождевых облаков;

— микромасштабные процессы (понижение вследствие испарения температуры воздуха в нисходящем потоке кучево-дождевого облака) приводят к возникновению в сверхмощных облаках смерчей.

Литература

1. Будилина Е. Н.. Прох Л. 3.. Снитконский Л. И. Смерчи и шквалы умеренных широт. — Л.. Гидрометеоиздат. 1976.
2. Буз А. И. Тромб на востоке Литвы. — Труды Гидрометцентра СССР, 1985. вып. 271
3. Васильев А. А.. Песков Б. Е.. С н и т к овский А. И. Смерчи 9 нюня 1984 г. — Л.. Гидрометеоиздат. 1985.
4. Вознячук Л. П. Материалы к изучению смерчей на территории Белоруссии. — Минск. БГУ, Ученые записки Белорусского государственного университета. Серия геолого-географ., 1954, вып. 21.
5. Гайгеров С. С. Шесть тромбов в центральной части Союза и их синоптические условия. — Метеорология и гидрология. 1939, № 5.
6. Колобков И. В. Грозы и шквалы. — М.—Л., Гостехиздат, 1951.

Гидрометеорологический научно- исследовательский центр СССР Поступила 15 X 1986