Специальные функции математической физики - Кафтанова Ю.В.
ISBN 978-966-2046-62-5
Скачать (прямая ссылка):
Разрывы могут носить точечный характер и формироваться как круговые локальные зоны облаков.
Но не каждый разрыв границы и зоны формирования облаков обязательно влечет образование торнадо. 170
Сквозь разрывы граничной зоны сверху могут прорываться холодные турбулентные потоки — благодаря изменению давления в нижних слоях. Если вихри и турбулентности в окрестности разрыва носят локальный характер, они формируют причудливые формы облаков.
Вихри и турбулентности холодных верхних слоев могут деформировать поверхность границы в зоне разрывов непредсказуемым образом, в то время как нижние перегретые слои будут оставаться сравнительно спокойными.
При непосредственном контакте холодного сухого и влажного перегретого воздуха пар конденсируется на границе зоны их контакта и обрисовывает формируемые при контакте фигуры облаков очень четко и явно.
Поверхность границы иногда как бы проседает под действием атмосферных вихрей верхних холодных слоев, но глобально при этом не прорывается — разрядки напряжений могут носить массовый точечный характер.
I I I I
Характерные и специфические формы облаков сигнализируют об опасности торнадо. К счастью, мы можем любоваться ими в основном по фотографиям в Интернете. Торнадо может возникнуть, а может и не сформироваться — разрядка произойдет благодаря разрывам тонкого граничного слоя и постепенного смешивания потоков нижнего теплого и верхнего холодного воздуха.
Даже если турбулентности облаков носят вихревой характер, это не значит, что они сформировали классическое торнадо или смерч. Чтобы торнадо стало самим собой, помимо вихревого движения потоков воздуха и разрывов скачкообразной границы двух слоев нужна вихревая ударная волна. Только она делает эту природную аномалию столь разрушительной и страшной. 171
Торнадо — это не просто локальный прорыв тропосферных вихрей (инферно) к поверхности земли. Это еще и вовлечение в процесс вращения пограничной зоны между двумя слоями в зоне ее локального разрыва.
Могут наблюдаться разнообразные промежуточные варианты между атмосферными вихрями и торнадо, когда происходит прорыв мощных тропосферных вихрей через значительно ослабленные граничные зоны без вовлечения во вращение самой границы зон, а также с прорывом и последующим вовлечением во вращение границы двух разных температурных зон.
Как только граница оказывается вовлеченной во вращение и ей передается импульс, она начинает вести себя как упругая мембрана и самостоятельная поверхность.
Разрыв в граничной точке раскрывается, в него устремляется перегретый влажный воздух нижних слоев тропосферы, который немедленно вовлекается во вращение глобального холодного тропосферного вихря — его можно сфотографировать из космоса.
Одновременно происходит локализованный прорыв энергии вращения тропосферного вихря ниже зоны границы, с захватом в процесс вращения границы как таковой и формированием ударной вихревой волны.
Под действием глобального вихря в тропосфере разрыв деформируется, граничная поверхность раскручивается и скачкообразно теряет свойства элемента газовой среды. Разрыв практически мгновенно распространяется вдоль оси вращения до поверхности Земли, и пока хватает внутренней энергии, формируется вихревая зона ударной волны. Она постепенно расширяется под воздействием передаваемой из тропосферы энергии, и хобот становится видимым. 172
Это хорошо описывается функциями Неймана. Глобальная энергия не просто передается через локальный разрыв — она способствует формированию вихревой ударной волны, которая расширяющимся хоботом или конусом опускается к Земле и становится видимой благодаря пыли, пару и очень быстрому вращению частиц воздуха.
Пока зона ударной волны очень тонкая и скручена в тугой жгут, ее не видно. Очевидцы наблюдают опускающийся вниз расширяющийся вверху столб или хобот. Как только радиус вращения фазовых траекторий частиц, описывающих поверхность ударной волны, становится большим, вихревая ударная волна начинает вести себя, как алмазное сверло на высоких скоростях и насос одновременно.
Алмазное сверло по твердому камню и стеклу — это тонкий пустотелый цилиндр из металла, на внешнюю поверхность которого нанесены очень мелкие технические алмазы. При сверлении на низких скоростях оно может расколоть образец. При сверлении на высоких скоростях сверло буквально вгрызается в камень, превращает в пыль кольцевую зону, которую рушат острые грани алмазов, и формирует вокруг себя характерную пылевую зону.
Как технические алмазы на сверле, ведет себя и вихревая ударная волна торнадо. В окрестности же ударной волны происходит вовлечение потоков воздуха и объектов во вращение — восходящие потоки воздуха закручивают и поднимают встреченные на пути предметы. 173
В 1974 году в Харькове произошло редчайшее (к счастью) событие — над городом быстро прошел тонкий смерч в форме хобота. Его сила была не очень высока и диаметр хобота у земли очень мал, поэтому масштаб разрушений не носил фатальный характер.
Даже шквальные порывы ветра в Харькове могут быть более разрушительными и смертоносными.
