Специальные функции математической физики - Кафтанова Ю.В.
ISBN 978-966-2046-62-5
Скачать (прямая ссылка):
Феномен Тунгусского метеорита поставил исследователей перед фактом, что искажения рельефа и его существенные отклонения от горизонтали могут сместить
в сторону характерные структуры очагов, которые на идеально-горизонтальной поверхности формируются строго под центром приповерхностного взрыва.
Одним из указателей на центр могут служить стволы, которые оказались не повалены, а были направлены вдоль нормали (градиента) сферической волны источника.
В случае сложного рельефа на местности можно предложить следующий способ поиска потенциальных эпицентров воздушного взрыва — по типу Тунгусского метеорита. Привожу двумерную модель — но на компьютере нужно строить трехмерную объемную ЗБ-модель.
Вначале нужно выявить эпицентр взрыва, сосны вокруг которого были повалены равномерно во всех направлениях — вкруговую (за исключением мест, экранированных рельефом). В эпицентре строится поверхность, касательная к статистически-усредненной локальной окрестности эпицентра. Нормаль к этой поверхности укажет прямую, на которой размещался источник взрыва. То есть источник взрыва совпадает с локально-усредненным градиентом к поверхности рельефа в эпицентре.
После этого поворачиваем всю систему таким образом, чтобы касательная к поверхности эпицентра была строго горизонтальной, а нормаль — вертикальной. И мы получим оценочный аналог поведения системы, которая достоверно моделирует окрестность взрыва, на которую источник оказал существенное влияние. Уже по этой картине специалисты могут точно указать и высоту, и мощность взрыва.
Аналогично можно изучать второй источник, который частично перекрывается первым. Из рассмотрения нужно исключить зону разрушений, которая была вызвана первым источником. Систему может понадобиться повернуть под другим углом, нежели для первого взрыва. И так далее.
139
138
Г л а в а III Вихревые ударные волны в атмосфере
§ 1. Торнадо и смерчи — вихревые природные аномалии
Смерч (синонимы торнадо, тромб, мезо-ураган) — это очень сильный вращающийся вихрь с размерами по горизонтали менее 50 км и по вертикали менее 10 км, обладающий ураганными скоростями ветра более 33 м/с.
Энергия типичного смерча радиусом 1 км и скоростью движения 70 м/с, по оценкам С. А. Арсеньева, А. Ю. Гу-баря и В. Н. Николаевского, равна энергии эталонной атомной бомбы в 20 килотонн тротила, подобной первой атомной бомбе, взорванной США во время испытаний Тринити в Нью-Мексико 16 июля 1945 года.
Чаще всего смерчи имеют форму вращающегося хобота, трубы или воронки, свисающей из материнского облака (отсюда и их названия: tromb — по-французски труба и tornado — по испански вращающийся).
В физике атмосферы смерчи относят к мезо-масштаб-ным циклонам и их нужно отличать от синоптических циклонов средних широт (с размерами 1500-2000 км) и тропических циклонов (с размерами 300-700 км).
Мезо-масштабные циклоны (от греческого meso — промежуточный) относятся к середине диапазона между турбулентными вихрями с размерами порядка 1000 м и менее и тропическими циклонами, образующимися в зоне конвергенции (схождения) пассатов на 5-ом градусе северной широты и выше, вплоть до 30-го градуса широты.
В некоторых тропических циклонах ветер достигает ураганной скорости 33 м/с и более (до 100 м/с) и тогда они превращаются в тайфуны Тихого океана, ураганы Атлантики или вилли-вилли Австралии.
Смерчи часто образуются на тропосферных фронтах — границах раздела в нижнем 10-километровом слое атмосферы, которые отделяют воздушные массы с
различными скоростями ветра, температурой и влажностью воздуха. В области холодного фронта (холодный воздух натекает на теплый) атмосфера особенно неустойчива и формирует в материнском облаке смерча и ниже него множество быстро вращающихся турбулентных вихрей.
Сильные холодные фронты образуются в весенне-летний и осенний период. Они отделяют, например, холодный и сухой воздух из Канады от теплого и влажного воздуха из Мексиканского залива или из Атлантического (Тихого) океана над территорией США.
Известны случаи возникновения небольших смерчей в ясную погоду при отсутствии облаков над перегретой поверхностью пустыни или океана. Они могут быть совершенно прозрачными и лишь нижняя часть, запыленная песком или водой, делает их видимыми.
Смерчи и торнадо надо отличать от образующихся на атмосферных фронтах шквальных бурь, характеризующихся быстрым (в течение 15 минут) возрастанием скорости ветра до 33 м/с и затем ее убыванием до 1-2 м/с (также в течении 15 минут).
Давление воздуха в циклонах понижено, но в смерчах падение давления может быть очень сильным, до 666 мбар при нормальном атмосферном давлении 1013,25 мбар. Масса воздуха в торнадо вращается вокруг общего центра (глаза бури, где наблюдается затишье) и средняя скорость ветра может достигать 200 м/с, вызывая катастрофические разрушения, часто с человеческими жертвами.
Внутри торнадо есть более мелкие турбулентные вихри, которые вращаются со скоростью, превышающей скорость звука (320 м/с). С гиперзвуковыми турбулентными вихрями связаны самые злые и жестокие проделки смерчей и торнадо, которые разрывают людей и животных на части или сдирают с них кожу и шкуру.
