Как и зачем ученые исследуют торнадо

Как и зачем ученые исследуют торнадо? «Торнадо опустошили юг США, по предварительным подсчетам погиб 251 человек». Что может быть более шокирующим, чем такой заголовок в новостях? Торнадо относится к одним из самых жестоких природных явлений. Вращающийся в нем ветер может достигать скорости 480 км/ч (что равняется 300 милям в час), он запросто подбрасывает в воздух автомобиль или корову. Ужасно, но торнадо убивают примерно 60 человек в год в Соединенных Штатах, и это только в среднем. А 27 апреля 2011 года сотни торнадо унесли жизни 316 человек в один день. Вы не ослышались – сотни! Торнадо является массовым природным явлением, особенно в Соединенных Штатах, где фиксируется около 1300 торнадо в год. Большинство из них образуется на широкой полосе равнин, которая в народе именуется Долиной торнадо.

Торнадо фиксируются повсеместно, на всех континентах, кроме Антарктиды. Природу торнадо исследуют специалисты-метеорологи. Сегодня перед ними стоит задача больше узнать о том, как, почему и когда образуется торнадо из сильных гроз, называемых сверхъячейками. «Существует какая-то пока неизвестная составляющая, которая позволяет торнадо сформироваться из сильной грозы, но мы пока не знаем, что это», – рассказывает Джошуа Вурман, основатель Центра исследований экстремальных природных явлений в Боулдере (штат Колорадо). Если ученые смогут усовершенствовать систему предсказывания прогноза погоды, давать более точные предупреждения о торнадо заранее, это поможет спасать человеческие жизни. Напоминаем, что среднее время предупреждения торнадо – за 15 минут.

Торнадо проходит через область в округе Гошен (Вайоминг); ученые надеются его перехватить. Фото с сайта vortex2.org. Процесс образования торнадо. Торнадо – это яростно вращающийся столб воздуха, простирающийся от земли до неба. Радиус его действия достигает 1,6 км (1 мили), а расстояние, на которое они могут передвигаться, – 160 км (100 миль). Длительность их жизни – от нескольких минут до нескольких часов. Для формирования торнадо необходимы: разница в температуре воздуха – когда он теплее над землей и холоднее выше, и столкновение ветров, движущихся на разной высоте и с разными скоростями. В данных условиях ветры образуют невидимые трубы воздуха в атмосфере, и вскоре весь этот восходящий поток воздуха начинает вращаться, образуя особый вид грозы, известный как сверхъячейка. Процесс образования торнадо уже много лет находится в центре внимания исследователей. Итоги исследований удачно подвел атмосферный физик Университета штата Пенсильвания Пол Марковски: «Я действительно считаю, что у нас более или менее полное представление о процессе образования торнадо… в сравнении того, что мы знаем и не знаем, выигрывает первое». Проект VORTEX2. Из окна исследовательской машины. Ученые пытаются перехватить торнадо в Ла-Гранж (Вайоминг). Фото с сайта vortex2.org. Неизвестная составляющая. Ученым пока неизвестно, почему только одна из пяти сверхъячеек превращается в торнадо. Все сверхъячейки в Северном полушарии вращаются, как правило, против часовой стрелки. При образовании торнадо вращение становится вертикальным. «Потенциально каждая сверхъячейка может трансформироваться в торнадо, но мы пока не можем понять, в какой ячейке и когда именно активизируется вращение, характерное именно для торнадо», – говорит Марковски. В погоне за торнадо. Метеорология требует, чтобы ее ученые часто работали в довольно опасных для жизни условиях. «Мы не можем воссоздать торнадо в лаборатории, хотя и пытаемся это сделать с помощью компьютеров, – отмечает Вурман. – Чтобы по-настоящему понять эти бури, мы должны выйти в реальный мир, поэтому мы и организовываем погони за торнадо». Метеорологи «ловят» торнадо, как правило, в пик сезона, с марта по июнь, в Долине торнадо. В 1994 и 1995 годах, а затем в 2009 и 2010 годах десятки ученых объединили свои усилия. Их гигантский проект работы «на местах» был назван VORTEX. Во втором эксперименте принимали участие более 100 ученых и студентов, некоторым даже было по 18 лет. Фактически последние проекты VORTEX были крупнейшими в истории изучения торнадо. В течение нескольких недель группы ученых использовали огромное количество транспортных средств и инструментов для изучения сверхъячеек и торнадо, чтобы понять, как они могут «метать икру» – образовывать торнадо. «Справедливо будет отметить, что торнадо никогда ранее не изучались столь скрупулезно, с таким количеством приборов», – говорит метеоролог Карен Косиба, участник VORTEX 2, работающий вместе с Вурманом в Центре исследований экстремальных природных явлений. Во время проведения VORTEX 2 были изучены 25 гроз, трансформировавшихся в торнадо, и 25 не трансформировавшихся. К настоящему времени ученые завершили анализ только трех сверхъячеек. Углубленное изучение оставшихся 47 планируется на ближайшие годы. Тем не менее первые результаты уже дают основания для создания новых гипотез о процессе формирования торнадо. Например, примерно около 20 лет назад метеорологи считали, что наличия восходящего потока вращающейся трубки теплого воздуха, пока она не становилась перпендикулярной земле, достаточно для образования торнадо, как отмечает метеоролог из Университета Оклахомы в Нормане и один из главных организаторов VORTEX 2 Дон Берджесс. Благодаря данным, полученным в ходе реализации проекта VORTEX 2, метеорологи сегодня знают, что формирование торнадо не так однозначно. Была разработана еще новая гипотеза, согласно которой необходима определенная разница температур воздуха, который образует восходящий вращающийся поток. Сегодня ученые пытаются подтвердить или опровергнуть новые догадки и предположения. Естественно, ученые продолжают обращать свое внимание и на территорию, на которой торнадо стали столь обыденным явлением. Удивительно, но у метеорологов очень мало сведений о ветре торнадо, который находится прямо над уровнем земли. Метеорологические радары имеют ограниченную мощность, и им постоянно мешают помехи от холмов, деревьев и домов. Единственный способ исследовать эти ветры – поместить исследовательские приборы непосредственно в торнадо. «Погоня за торнадо» на самом деле обозначает нахождение ученого перед ним. Когда Беннетт вместе с Самарасом смогли оказаться прямо перед торнадо, они оставили стальной зонд собственной конструкции на его пути, а затем спрятались, чтобы переждать бурю. Инструменты внутри зонда записывали влажность, температуру, скорость и направление ветра. Один из его зондов зафиксировал скорость ветра торнадо в 160 км/ч (100 миль в час) буквально в нескольких сантиметрах над землей. Однако чтобы получить цельную картину, необходимы многие другие измерения. Действительно, получается смешно: если вы хотите попасть под торнадо, это очень трудно сделать. Проект VORTEX2. Ученые устанавливают инструмент. Фото с сайта vortex2.org. Как не попасть под торнадо. Если вы не хотите попасть под торнадо, всегда обращайте внимание на метеорологические предупреждения. К сожалению, заставить людей обратить внимание на эти предупреждения – еще та проблема. В 1980 году метеорологи могли предсказать только один из четырех торнадо. Сегодня в Национальной службе погоды ученые способны предсказать три из четырех торнадо. «И если мы посмотрим только на 100 или 200 сильнейших смерчей в год, от 90 до 95% из них предупредили заранее», – говорит Гарольд Брукс, метеоролог в Национальной лаборатории опасных бурь в городе Норман (штат Оклахома). Конечно, есть и много ложных тревог: за тремя из каждых четырех предупреждений не последовали торнадо. «Если мы хотим предупредить максимальное количество торнадо, мы должны принять много ложных тревог», – отмечает Брукс. С 2011 года среднее время предупреждения о торнадо было почти 15 минут, по данным Национальной службы погоды. Увеличение периода даже на несколько минут может спасти больше жизней, если бы люди сами вняли предупреждениям и начали действовать. Это – настоящая головная боль для метеорологов, когда люди просто не желают прислушаться к их предупреждениям.