Причины возникновения ураганов на Чёрном море

Ураганы, бури, штормы - метеорологические опасные явления, характеризующиеся высокими скоростями ветра. Это чрезвычайно быстрое и сильное, нередко большой разрушительной силы и значительной продолжительности движение воздуха.

Эти явления вызываются неравномерным распределением атмосферного давления на поверхности земли и прохождением атмосферных фронтов, разделяющих воздушные массы с разными физическими свойствами. Они зарождаются вокруг мощных восходящих потоков теплого влажного воздуха, быстро вращаются против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке - в Южном, при этом смещаются вместе с окружающей воздушной массой. По пути они могут усиливаться.

Считается, что возникновение урагана связано с наличием области низкого давлении, а его поддержание - с некоторым постоянным источником энергии, который представляет влажный воздух, поднимающийся над водной поверхностью. Выделяющееся при конденсации воды тепло питает ураганы энергией. Важнейшими характеристиками ураганов, бурь и штормов, являются скорость ветра, ширина зоны, охваченной ураганом, и продолжительность его действия.

Разрушительная способность ветра выражается условными баллами и зависит от скорости:

0 баллов - 18-32 м/с, слабые разрушения;

1 балл - 33-49 м/с, умеренные разрушения;

2 балла - 50-69 м/с, значительные разрушения;

3 балла - 70-92 м/с, сильные разрушения;

4 балла - 98-116 м/с, опустошительные разрушения.

Экстраординарные штормы средних широт типа ураганов на Черном (а также Азовском и Каспийском морях) возникают осенью когда вода намного теплее воздуха, в тылу основной области пониженного атмосферного давления (циклона). Поскольку сочетание таких условий реализуется не каждый год, обычно до прихода циклона вода успевает остыть, и над морем проходит "обычный циклон". Поэтому ураганоподобные штормы бывают не очень часто - в среднем раз в 7-10 лет. Зато разрушающее их действие выражено очень ярко.

Физические закономерности формирования штормов такого типа известны лишь в первом приближении, да и то только с качественной стороны и применительно к процессам, протекающим в атмосфере. В связи с новыми задачами, возникшими в последние годы (в частности, планами возведения нефтяных терминалов в районах Новороссийска и Поти, прокладки подводных трубопроводов, организации танкерных перевозок в западном направлении) необходимо более глубоко изучить данный феномен. Предстоит исследовать как его природу, так и механизмы взаимодействия ветрового потока с волнами в условиях сильной неустойчивости атмосферы. В конечном счете нужно построить модель явления, выявить предикторные (упреждающие) признаки возникновения ураганных ветра и волн и разработать методы их оперативного прогнозирования.

Связь частоты ураганов с солнечной активностью

Частота ураганов непостоянна, их активность то затухает, то повышается. Как и другие погодные явления, ураганы могут инициироваться Солнцем. Мы живем под боком спокойной, но все же живой, активной звезды, дыхание которой ощущаем по многим проявлениям, называемым солнечной активностью. Известен ее 11-летний цикл, характеризуемый числом темных пятен на диске Солнца (числа Вольфа W, публикуемые Европейским центром солнечных данных, Цюрих, Брюссель). Временнaя зависимость среднегодовых чисел Вольфа показывает переменность солнечной активности, воспроизведенной по архивным данным (1611-1850), отдельным наблюдениям (1750-1850) и непрерывному мониторингу Солнца (1850-2000).

Параметр W отражает процесс генерации магнитных полей во внешней турбулентной зоне Солнца. Восходящие потоки горячей плазмы, накладываемые на дифференциальное вращение Солнца (на разных широтах оно вращается с разной скоростью), ответственны за все внешние проявления светила: грануляцию фотосферы с ее особенностями (факелы, флокулы, протуберанцы), хромосферные вспышки, излучение короны, солнечный ветер, потоки ускоренных частиц. Советские геофизики А. Л. Чижевский (1940-е годы) и Э. Р. Мустель (1980-е годы) связывали влияние солнечной активности с земной погодой. К сожалению, их доказательства были не прямыми (космические эксперименты еще не начались), а выводились путем сопоставлений (корреляций) погодных параметров с числами W и другими параметрами солнечной активности. Не все полученные корреляции оказались достоверными, многие исследователи сомневались в полученных результатах. Главный недостаток работ заключался в том, что оставался неизвестным материальный переносчик солнечного влияния на процессы в тропосфере, где формируется земная погода. Все кажущиеся факторы влияния (солнечный ультрафиолет, рентген, корпускулярные потоки) поглощаются в стратосфере (выше 25 км), не доходя до "уровня погоды" (ниже 12 км). Сейчас эти факторы и механизм передачи установлены, о чем будет сказано ниже.

На первый взгляд числа Вольфа не подтверждают солнечного влияния на ураганы, активность которых совершенно не следует 11-летнему циклу. Анализ показал, что число ураганов одинаково во всех фазах цикла - на подъеме и спаде, в максимуме и минимуме. Самые разрушительные ураганы, упомянутые выше, тоже пришлись на все фазы. И все же зависимость ураганов от солнечной активности есть.

Более убедительное доказательство влияния солнечной активности на ураганы можно было бы получить для падения амплитуд солнечных циклов в начале XIX века и в период 1640-1720 годов (так называемый Маундеровский минимум), когда пятна на Солнце практически отсутствовали. Однако в те времена систематическое наблюдение за ураганами не велось, но есть данные о числе "смертоносных ураганов" (рис.4). Несмотря на меньшее статистическое обеспечение, обе особенности проявили себя в падении темпа возникновения ураганов. Достоверность "провала" в начале XIX века составила 3σ, в Маундеровском минимуме - 6σ. Лучшая корреляция временных последовательностей получается при той же задержке в 20 лет, что делает ее характерной величиной связи солнечной активности с происходящими на земле тропическими ураганами и тайфунами.

Переносчики влияния

Солнечные пятна сами по себе не отвечают за солнечно-земные связи. Переносчиками влияния могут быть выбросы вещества во время солнечных вспышек или корональные массовые выбросы известные, как выяснилось, уже давно, но "назначение" которых осознано только в последнее время. Как уже говорилось, анализ солнечных вспышек показал их полную непричастность к возникновению ураганов. Число вспышек возрастает в десятки раз от минимума до максимума 11-летнего цикла, тогда как темп ураганов остается постоянным. Должен быть другой "носитель", который менее "связан" с солнечными пятнами, 11-летним циклом чисел Вольфа и в то же время обладает достаточной силой, чтобы "перенести" солнечную активность на процессы происходящие на поверхности земли.

Сейчас установлено, что такими переносчиками энергии от Солнца к Земле выступают корональные выбросы, возникающие как пузыри в солнечной короне, напрямую не связанные с фотосферой и темными пятнами, что может объяснить отсутствие 11-летней цикличности ураганов.

Это сбросы старых магнитных петель конвективной зоны Солнца под напором нового нарождающегося магнитного поля - процесс, идущий все время и по всем солнечным широтам, от экватора до полюсов. Этот процесс лучше по сравнению с числом солнечных пятен, более глубоко и всесторонне отражает солнечную активность. То, что корональные выбросы ответственны за изменение темпа ураганов, отчетливо видно по одновременному возрастанию темпа ураганов и их числа в последнее десятилетие (1996-2005) по сравнению с предыдущими циклами. Корональные выбросы стали наблюдать сравнительно недавно, их статистика представлена с 1970-х годов, поэтому нет возможности провести их корреляцию со всеми данными об ураганах.

Таким образом, можно сделать вывод, что частота ураганов не постоянна, она то затухает, то повышается. Как и другие погодные явления ураганы могут инициироваться Солнцем. Однако, само Солнце напрямую не влияет на погоду на Земле. Существуют переносчики, в роли которых выбросы вещества во время солнечных вспышек или корональных массовых выбросов. Отсюда напрашивается вывод, что данная теория изучена не очень хорошо, из-за сравнительно недавнего начала ведения регулярных статистических наблюдений.