Những cơn lốc “làm nên thời tiết”

15

Những cơn lốc “làm nên thời tiết”

“…những hình xoắn ốc mang tính biểu tượng, như thể thể hiện một cơn lốc khí quyển ghê gớm, có thể được tìm thấy trong hình ảnh thần tượng và các vị thần, đã được thêm vào cho chúng ta qua thời gian của các nền văn minh cổ đại.

… Một thần tượng đến từ bờ biển Châu Đại Dương - giông bão hơn trong bộ tộc Mary ở New Zealand - cũng được trang trí bằng nhiều ngọn tháp.”

I. Sitnikov. “Betsy, Camila và những người khác…”

Đội hình này thật đáng kinh ngạc - một cơn lốc! Nó khác với các dòng chất lỏng hoặc khí đồng nhất khác chỉ ở bản chất chuyển động của nó, bao gồm chuyển động quay quanh trục bên trong của nó. Tuy nhiên, so với các dòng chảy khác, dòng xoáy có tính toàn vẹn, ổn định và độ bền vượt trội (xem «Kvant» Số 4, 1971).

Những vòng khói xoáy do người hút thuốc phóng ra bay cao lên trần nhà, trong khi khói từ điếu thuốc của anh ta vừa bốc lên sẽ vỡ thành những mảnh vụn, hòa vào không khí và tan chảy. Các thí nghiệm cổ điển với các vòng xoáy lớn được đập vào tường phòng thí nghiệm được mô tả trong một bài báo của nhà vật lý thực nghiệm người Mỹ P. Wood (xem «Kvant» số 12, 1971).

Trong tự nhiên, các xoáy xuất hiện rất nhiều. Chúng xuất hiện ở phần dòng chảy nơi tốc độ thay đổi nhanh chóng theo hướng vuông góc với dòng chảy. Mọi người đều từng nhìn thấy các dòng xoáy ở một dòng sông chảy xiết khi nó chuyển từ dòng chảy xiết sang dòng chảy chậm gần bờ. Toàn bộ chuỗi xoáy có thể kéo dài phía sau một vật thể chuyển động, chẳng hạn như súng máy. Chúng đặc biệt thuận tiện để quan sát trên đường cao tốc vào những ngày bão tuyết, khi xe bị gió ngược mạnh thổi bay và những bông tuyết thể hiện sự chuyển động của không khí trong suốt. Những dòng xoáy như vậy xuất hiện khi di chuyển xung quanh chướng ngại vật.

Bản chất xoáy của gió mạnh đã được thay thế vào năm 1821 bởi W. Redfield, chủ một cửa hàng nhỏ ở bang Connecticut (Mỹ), người khi đi du lịch quanh bang sau một cơn bão đã nhận thấy cây cối bị gió đổ. Có nơi cây ngả ngọn về hướng Tây Bắc, có nơi lại có hệ thống gió. Bằng cách nói chuyện với các thủy thủ và phân tích nhật ký tàu, ông đã xác định được hướng quay của các xoáy lớn và tìm ra quỹ đạo của tâm chúng. Năm 1831 nó được xuất bản

16

tác phẩm của W. Redfield, phác thảo kết quả nghiên cứu của ông. Những quan điểm gần hơn đã được nhà khoa học người Đức W. Dove bày tỏ. Cũng trong những năm này, bản đồ gió đầu tiên đã được xây dựng.

Trong xã hội, chuyển động xoáy là đặc điểm của bầu khí quyển Trái đất. Tuy nhiên, không phải giải pháp nào cũng “tạo nên sự khác biệt”. Thời tiết trên địa cầu phần lớn phụ thuộc vào sự hiện diện của các vòng xoáy và phản vòng khí quyển khổng lồ thiết lập chế độ gió trên một Trái đất nhất định.

Trong hệ thống đầu ra, được gọi là cyclome (Hình 1), áp suất khí quyển được hiểu từ ngoại vi đến trung tâm. Vì vậy, kiểm tra ảnh hưởng hút của Trái đất đối với hướng dòng điện hướng về tâm bão. Tất cả các cơn lốc xoáy đều có thành phần quay là tốc độ gió. Ở Bắc bán cầu nó có hướng ngược chiều kim đồng hồ, ở Nam bán cầu nó có hướng theo chiều kim đồng hồ. Khi các cơn bão đang phát triển (tức là những cơn bão mà áp suất ở tâm tiếp tục giảm) người ta quan sát thấy các dòng chảy đi lên. Đồng thời, những đám mây nặng hình thành và lượng mưa rơi xuống.

Hai tính chất cuối cùng của lốc xoáy rất giống nhau. Trên thực tế, chúng ta hãy cô lập một thể tích không khí nhất định trong đầu và xem điều gì sẽ xảy ra khi nó dâng lên. Rơi vào bầu không khí loãng hơn, thể tích này nở ra, nhiệt độ của không khí bên trong giảm xuống và hơi nước chứa trong nó ngưng tụ lại.

Hướng quay của các xoáy thuận ở các bán cầu khác nhau có thể được giải thích bằng hiệu ứng xoắn của lực Corilis (để biết thêm chi tiết, xem «Kvant» Số 2, 1975), gắn liền với chuyển động quay hàng ngày của Trái đất. Chúng ta hãy nhớ lại một thực tế nổi tiếng là tác dụng làm chệch hướng của lực này khiến các con sông cuốn trôi bờ phải của chúng. Luồng không khí không bị bờ giữ lại và do đó, khi di chuyển về phía trung tâm, nó sẽ lệch sang bên phải khi nhìn về phía trung tâm, tức là ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ trên xuống.

Lưu ý rằng gần xích đạo trong dải vĩ độ 5° ở cả hai phía, các nguồn điện mạnh không hình thành. Thực tế này rất phù hợp với nghĩa vụ trên, vì ở xích đạo thành phần nằm ngang của lực Corilis bằng không.

Trong hệ thống đầu ra của lốc xoáy, mọi thứ lại diễn ra ngược lại: áp suất tăng lên, đạt mức tối đa ở trung tâm của đầu ra. Các luồng khí đi xuống hiện diện trong xoáy thuận đang phát triển. Ồ-

Hình 1. Các mũi tên chỉ hướng gió trong lốc xoáy.

Hình 2.

Khi ăn mòn, khí nóng lên và chuyển ra khỏi trạng thái bão hòa hơi nước. Vì vậy, xoáy thuận có đặc điểm là thời tiết trong xanh, có mây một phần. Antticlones quay theo chiều kim đồng hồ ở Bắc bán cầu và ngược chiều kim đồng hồ ở Nam bán cầu. Hướng quay của xoáy thuận cũng được xác định bởi tác dụng xoắn của lực Corilis.

17

Tùy thuộc vào nơi xuất phát, lốc xoáy được chia thành nhiệt đới và ngoại nhiệt đới.

Hình 2 và 3 lần lượt thể hiện hình ảnh từ trên cao của một xoáy thuận nhiệt đới và xoáy thuận ngoài nhiệt đới. Xoáy thuận ngoài nhiệt đới (đôi khi được gọi đơn giản là lốc xoáy) là xoáy khí quyển lớn nhất, có tiết diện lên tới vài nghìn km. Chiều cao của nó thay đổi từ 2-4 đến 15-20 km. Hầu hết thời gian, tốc độ gió ở đó không vượt quá 40-70 km/h.

Kích thước ngang của bão nhiệt đới (còn gọi là cuồng phong, bão nhiệt đới, bão cuồng phong, v.v.) nhỏ hơn nhiều - chỉ vài trăm km, độ cao lên tới 12-15 km. Áp suất trong bão giảm thấp hơn nhiều so với xoáy thuận ngoài nhiệt đới. Đồng thời, tốc độ gió đạt 400-600 km/h.

Tốc độ gió cao nhất trong một cơn bão được quan sát xung quanh cái gọi là “mắt bão” - vùng yên tĩnh ở phần trung tâm của cơn bão. Điểm đen có hình dạng đúng trong Hình 3 là mắt bão. Một mô tả đầy biểu cảm về mắt bão được đưa ra bởi một người rất ăn uống đã hát xuyên qua cơn bão trên máy bay dịch vụ khí tượng - nhà báo người Pháp P. A. Molin, tác giả cuốn sách “Thợ săn bão”.

“Chúng tôi đang bay ở độ cao 3 km trong một cái giếng có đường kính 22 km, trong đó có vài đám mây ti lơ lửng, yên bình như đồ chơi. Các bậc thang của giếng này tượng trưng cho cơn bão bất động được giữ bởi nguyên nhân thiếc. Nó hướng về phía đỉnh bức tường, lối ra khỏi giếng này cách chúng tôi 15 km. Và trước mắt chúng tôi, những bức tường sôi sục này hiện ra trước mắt chúng tôi, vực thẳm khổng lồ này, phản ứng lớn này khiến chúng tôi gọi toàn bộ hiện tượng là “mắt bão”.

Lưu ý rằng xoáy thuận ngoài nhiệt đới không có “mắt”.

Ngoài ra còn có một vùng yên tĩnh (khoang) trong các xoáy quy mô nhỏ - lốc xoáy (cơn lốc xoáy, cục máu đông) (Hình 4). Kích thước của chúng rất nhỏ: chiều rộng - từ vài mét đến 2-3 km, trung bình 200-400 m, chiều cao từ vài chục đến 1500-2000 m, trung bình vài trăm mét. Tốc độ gió trong cơn lốc xoáy đôi khi vượt quá tốc độ âm thanh (1200 km/h!).

Tại tâm lốc xoáy, áp suất giảm rất thấp nên lốc xoáy

18

Hình 5.

Hình 6.

“hút” nhiều vật thể khác nhau, đôi khi rất nặng vào mình, sau đó chúng vận chuyển chúng đi một quãng đường dài. Những người ở trung tâm của cái chết đã chết. Vì vậy, không có quan sát nào về khoang của nó từ bên trong. Nhưng cô ấy được nhìn thấy màu xám xịt khi cơn lốc xoáy lướt qua đầu người quan sát. Hình 5 là ảnh chụp bên trong khoang Mertz, chụp từ trên xuống.

Hình 7.

Theo lời kể của các nhà siêu nhiên, khoang của cơn lốc xoáy giống như bên trong của một hình trụ rỗng màu đen, được chiếu sáng từ bên trong bởi ánh sáng chói lòa giữa các bức tường. Trong một số trường hợp, tia sét quan sát được không được nhìn thấy.

Một ngày nọ, mép dưới của cơn lốc xoáy lướt qua đầu người quan sát ở độ cao 6 m. Chiều rộng của khoang bên trong cơn lốc xoáy này là khoảng 130 m, trong khi độ dày của bức tường chỉ là 3 m. Ở giữa khoang có một đám mây sáng trong suốt phát ra ánh sáng xanh. Một lúc sau, khi cơn lốc xoáy đã đi qua người quan sát, phần cuối của nó lao xuống đất, chạm vào một ngôi nhà lân cận và cuốn đi ngay lập tức. Ngôi nhà tan vỡ trong không khí.

Nhìn từ phía nó, cơn lốc xoáy giống như một cây cột (Hình 6), một cái phễu (Hình 7) hoặc một cái hòm (Hình 4), treo lơ lửng ở chân một đám mây giông mạnh. Một nhóm lốc xoáy có thể hình thành cùng một lúc (Hình 8). Một bản phác thảo thú vị về một cơn lốc xoáy có hai phễu (Hình 9). Ẩn trong đám mây đen là phần nằm ngang của cơn lốc xoáy - đội hình thoát ra, quay quanh một trục kéo dài song song với bề mặt Trái đất. Phần lốc xoáy này được phi công nhìn thấy khi bay ở độ cao khoảng 300 m. Theo ông, nó giống như một cái gì đó khổng lồ

21

Chúng ta hãy thử mô tả sơ đồ “sự gặp gỡ” của hai xoáy nước. Đối với mỗi xoáy đơn lẻ, một vùng quay cực mạnh được tách ra khỏi vùng đứng yên bằng cái gọi là vùng ngoại vi, trong đó tốc độ giảm dần về 0. Hãy tưởng tượng rằng hai cơn bão ở khoảng cách xa đến mức tâm của mỗi cơn bão rơi vào vùng ngoại vi của cơn bão kia. Giả sử, với mục đích định nghĩa, các cơn bão quay ngược chiều kim đồng hồ. Mỗi người trong số họ sẽ làm cho tâm của “anh em” của nó chuyển động theo cách nó quay ngược chiều kim đồng hồ so với nó. Dễ dàng nhận thấy, điều này sẽ dẫn đến sự quay của tâm của cả hai cơn bão cũng ngược chiều kim đồng hồ so với một số vị trí trên đường thẳng nối tâm các cơn bão, gần với cơn lốc mạnh hơn. Ở các tầng thấp hơn của khí quyển, ảnh hưởng hướng về tâm bão, trong khi ở trên cùng, ảnh hưởng ra xa tâm bão. Tùy thuộc vào cường độ của các quá trình này đối với một cặp bão nhất định, chúng có thể hợp nhất nếu lực hút chiếm ưu thế hoặc rút lui khỏi nhau nếu dòng chảy ra ở các lớp trên trở nên mạnh hơn.

Đồng thời, các cơn bão tiếp tục ảnh hưởng lẫn nhau mọi lúc. Theo nhà vật lý người Mỹ K. Orr, chuyển động của họ giống với hành vi của các võ sĩ trên võ đài, chờ đợi thời điểm tung ra đòn quyết định.

Một sơ đồ tương tự cho phép chúng ta xem xét sự gặp nhau của các phản chu kỳ và cặp xoáy thuận-xoáy nghịch. Ngoài ra, nó có thể được mở rộng cho trường hợp xoáy rơi vào vùng ảnh hưởng mạnh mẽ với nó.

Sự phát triển của một xoáy nước được xác định bởi nhiều yếu tố và thực tế không thể đưa ra bất kỳ giả định nào trước về kết quả của “cuộc gặp gỡ” của hai xoáy.

Đường đi của một cơn bão đã phát triển đôi khi rất dài và khi đi qua nó, cơn lốc trải qua nhiều biến đổi khác nhau. Khi rời khỏi vùng nhiệt đới, bão có dạng lốc xoáy mạnh trong đất liền.

Bão lốc ở Tây Âu thường là những cơn bão nhiệt đới trước đây đi dọc theo bờ biển Bắc Mỹ và vượt Đại Tây Dương. Một số người trong số họ đã đi qua Châu Âu rồi đến Châu Á.

Khi một cơn bão đổ bộ vào đất liền, do bề mặt trái đất “gồ ghề” nên phần dưới của nó bắt đầu sụp đổ. Ngoài ra, khi vượt qua thực tế, bão yếu hơn do thiếu “dinh dưỡng” - độ ẩm. Nhưng nếu cơn bão tiếp giáp với phần trên thì có thể “rút cơ” với lực tương tự.

Đánh vào các khu vực đông dân cư trên thế giới, một cơn bão đã cướp đi hàng nghìn sinh mạng và gây ra thiệt hại vật chất to lớn. Năng lượng của nó rất lớn: trong một ngày, một cơn bão lớn hơn “tiêu thụ” năng lượng ngang với năng lượng của vụ nổ 13.000 megaton bom hạt nhân; Động năng của một cơn bão trung bình bằng năng lượng dự trữ của 1000 quả bom nguyên tử.

Hoạt động của các cơn bão làm thay đổi địa hình bề mặt trái đất: các đảo san hô biến mất, các bờ biển “chuyển động”, các hình dạng mới xuất hiện, v.v.

Dự báo về chuyển động của lốc xoáy và xoáy nghịch đã trở nên đáng tin cậy hơn nhiều trong hai thập kỷ qua nhờ việc sử dụng máy tính và thông tin được cung cấp bởi vệ tinh, radar và máy bay. Các thiết bị và dụng cụ tiên tiến mới hỗ trợ quan chức. Dịch vụ này đang diễn ra.