Как я уже писал, возникновение крупномасштабных, устойчивых и достаточно долгоживущих атмосферных вихрей - явление весьма распространённое. Оно очень естественно и следует из фундаментальных законов гидродинамики, и даже не требует каких-то особых температурных условий или притока энергии. Но далеко не всякий вихрь становится серьёзным ураганом. Для этого нужна энергетическая "подпитка" в виде очень тёплой воды на поверхности океана, приводящей к обильному испарению и конвекции в верхние слои тропосферы.
Первые экпериментальные попытки бороться с ураганами предпринимались ещё в 40-е и 50-е годы и были довольно наивными, из-за недостаточного понимания физики процессов. Технология была аналогична противо-градным пушкам (cloud-seeding): идея заключалась в том чтобы разрушить стенки "глаза" урагана с помощью затравки для водяных капель (обычно йодистых солей), которые проливались бы в виде дождя. Но это не работало: стенки "глаза" постоянно восстанавливались.
Чтобы понять почему такие методы не работают, нужно иметь в виду что хотя центральная конвективная ячейка ("глаз" урагана) играет важнейшую роль в его динамике, она содержит лишь небольшую долю его энергии. Если разрушить центральную ячейку, быстрое вращение окружающего воздуха сохранится. При трении вращающегося воздуха о поверхность океана сила Кориолиса (из-за вращения Земли) будет толкать нижние слои воздуха к центру вращения. Если в океане тёплая вода, это будет сопровождаться интенсивным испарениям, и быстро приведёт к восстановлению конвективной ячейки.
По тем же причинам не будет работать и крупный взрыв в центре урагана: он, конечно, временно нарушит конвекцию, но она быстро восстановится по вышеописанным причинам.
Некоторые рассматривающиеся сейчас методы основаны на другой идее: создавать искусственные маленькие ураганы, которые бы "отсасывали" энергию из атмосферы и верхнего слоя воды. Один из наиболее экзотических способов - что-то вроде "звёздных войн", нагревать верхний слой воды или столб воздуха с помощью микроволнового излучения из космоса, создавая "затравку" для атмосферного вихря умеренных размеров. Но это, конечно, довольно несерьёзно.
Другая версия была предложена Моше Аламаро из Department of Earth, Atmopspheric and Planetary Sciences (Massachusetts Institute of Technology), в сотрудничестве с российскими и немецкими учёными. Когда-то я сам работал на этом факультете (а так же защищал там Ph.D.). Недавно на эту тему была . Идея состоит в том чтобы установить на барже много старых авиационных двигателей и направлять вверх их выхлопную струю. Это должно инициировать конвективную ячейку небольшого урагана, не дав ему превратиться в очень интенсивный, типа "Катрины".
Я отношусь к этому весьма скептически. Это напоминает идею которая заложена в искуственном, контролируемом выжигании лесных территорий, чтобы не оставить сушняка для большого пожара. Но если в лесу есть лишь определённое и ограниченное количество горючего материала, то в верхнем слое тропического окена заключено несравненно больше термической энергии чем во всех ураганах вместе взятых за весь сезон. Пытаться уменьшить это количество с помощью маленьких вихрей - малопродуктивное занятие. Наоборот, маленькие вихри могут сливаться с себе подобными и образовывать большие. Подобная процедура напоминала бы не котролируемый выжиг участка леса, а разведение больших костров на территории нефтехранилища - затея сомнительная.
Есть и другая проблема с подобной затеей: для образования урагана нужен весьма крупномаштабный начальный подогрев, который вряд ли создастся несколькими десятками самолётных турбин. Необходимо чтобы конвективная ячейка "пробила" насквозь всю тропосферу, а внешние контуры урагана находились в так называемом "геострофическом режиме" (когда градиент давления балансируется силой Кориолиса - тогда возникает устойчивое вращение). Это достигается на расстояниях по крайней мере многих десятков километров - таким должен быть диаметр начальной "затравки" для урагана.
Вообще-то существовали прецеденты, когда подобный режим был вызван искусственым подогревом: во время массированных бомбардировок Дрездена и Гамбурга союзнической авиацией в 1945. Тогда горящие города превращались в подобие урагана, где в центре происходила интенсивная конвекция до самой стратосферы, а по краям возникал самоподдерживающийся вихрь напоминающий океанский ураган. Но расходовать такое количество энерги посреди океана всё-таки проблематично.
Впрочем, совсем неплохо для некоторых коньюктурных соображений: скажем, в России найдётся много авиационного топлива и много старых списанных турбореактивных двигателей. Представить себе тысячи турбин непрерывно дующих в небо посреди океана - вполне неплохой способ попилить американский бюджет. Ураганов не предотвратит, но зато меньше денег останется для каких-нибудь новых авантюр типа Ирака - опять же польза всему человечеству.
Третья группа потенциальных методов борьбы с ураганами состоит в том чтобы лишать их подпитки - резко уменьшить испарение воды с поверхности океана. Для этого рассматриваются разные способы. Один из них - тонкий слой органического материала (что-то вроде нефтяной плёнки) на поверхности воды, который бы хорошо сохранялся в штормовую погоду но саморазрушался без всяких следов несколько дней спустя. Подобную идею изучает известных специалист по ураганам Керри Эммануель с того же самого факультета (в мою бытность в MIT мой кабинет находился в нескольких дверях от его):
http://www.unknowncountry.com/news/?id=4849
Пока эксперименты с поверхостными плёнками находятся в самой начальной стадии, и так же вызывают скептицизм. Другая идея, пока достаточно аморфная - вызвать "анти-конвекцию" (апвеллинг) в океане таким образом чтобы глубинные, холодные слои поднялись на поверхность океана в месте прохождения урагана и ослабили его. По-моему, это в целом более здравое направление, которое может оказаться вплоне разумным по энергетическим затратам и не противоречит никаким законам физики или нашим знаниям об ураганах, и не имеет долгосрочных последствий на окружающую среду. Но каким образом подобное можно осуществить на практике, пока остаётся весьма туманным.
Ввиду места проживания мне посчастливилось не наблюдать за стихийными бедствиями . Но, тем не менее, это вовсе не говорит о том, что их не существует. Наш мир подвержен опасным, губительным катаклизмам природы. Они бывают очень опасными не только для человека, но и для всего живого. Поэтому такие природные явления и именуют катастрофическими.
Какими бывают катастрофы природы:
- землетрясения;
- извержение вулканов;
- ураганы;
- смерчи;
- лавины;
- цунами.
Наверняка и точно предсказать данные бедствия невозможно. Поэтому самый интересующий вопрос, беспокоящий каждого человека: какие меры следует принимать для борьбы со стихийными явлениями?
Землетрясения
Именно землетрясения, благодаря своей внезапности, уносят наибольшее количество жизней и производят самые страшные разрушения. Нужно уметь заранее прогнозировать землетрясения, также создать качественную службу оповещения населения, в сейсмоактивных зонах строить инфраструктуру с огромными требованиями для устойчивости. Еще древние китайцы придумали инструмент, который реагировал на колебания земли - при толчках шарик выпадал из пасти дракона в рот лягушки, предупреждая людей о возможном землетрясении.
Извержение вулкана
Второе место по нанесению ущерба человеку занимают вулканические извержения . К счастью, они бывают разной силы, поэтому к гибели людей и животных ведет далеко не каждое из них. Нужно очень внимательно прислушиваться к оповещающим службам , чтобы поскорее уехать из опасной зоны.
Другие природные бедствия
Не менее опасны ураганы и смерчи , они забирают с собой неимоверное количество человеческих жизней. Однако о них можно предупредить, поэтому многое зависит от того, как быстро местные власти сумеют оповестить население о надвигающейся катастрофе, а люди - покинуть опасный район. Об опасности близости цунами люди, благодаря определенным службам, тоже могут быть предупреждены. Этому способствует создание автоматизированной системы , благодаря современным каналам связи и спутниковым станциям . А вот спасение от лавин целиком зависит от того, насколько серьезно человек относится к предупреждениям специальных служб о грозящей беде. Для борьбы с лавинами появляются системы защиты , такие как снегозащитные щиты , строгий запрет вырубки лесов на склонах, где повышена вероятность схода снежных потоков.
Таким образом, каждый человек должен иметь представление, какие меры следует принимать для борьбы со стихийными явлениями. А также о том, как себя вести в той или иной ситуации.
Противоселевые мероприятия
Способы борьбы с селевыми потоками весьма разнообразны. Это возведение различных плотин для задержки твердого стока и пропуска смеси воды и мелких фракции пород, каскада запруд для разрушения селевого потока и освобождения его от твердого материала, подпорных стенок для укрепления откосов, нагорных стокоперехватывающих и водосборных канав для отвода стока в ближайшие водотоки и др.
Существуют также пассивные методы защиты, заключающиеся в том что люди предпочитают не селиться в потенциально селеопасных районах и не проводить в этих территориях дорог, линий электропередач, не возводить полей.
Выделяют 4 группы активных мероприятий :
1. Селепропускные (отводы)
2. Селенаправляющие (подпорные стенки, опояски, дамбы)
3. Селесбрасывающие (запруды, перепады, пороги)
4. Селеотбойные (полузапруды, бумы, шпоры)
Противоселевые сооружения
Основные виды:
· плотины (земляные, бетонные, железобетонные), предназначенные для аккумуляции всего твердого стока. Имеют водосборные и водопропускные узлы;
· плотины фильтрующие с решетчатыми ячейками в теле. Позволяют пропускать жидкий сток и задерживать твердый;
· плотины сквозные. Выполнены из соединенных между собой железобетонных балок с целью аккумуляции крупных камней;
· каскады запруд или низконапорных плотин;
· лотки и селедуки. Предназначаются для транзитного пропуска селевой массы под и над дорогами;
· струенаправляющие дамбы и берегозащитные стенки. Служат для отвода селевых потоков и защиты пойменных земель;
· водосборные траншеи и сифонные водосливы. Создаются для спуска моренных озёр во избежание их прорыва;
· поднапорные стенки для укрепления откосов;
· напорные стокоперехватывающие и водосбросные канавы. Служат для перехвата жидкого стока со склонов и отвода его в ближайшие водотоки.
Почти на каждом конусе выноса горных речек селевого характера и по их берегам расположены культурные земли, населенные места, транспортные пути (железнодорожные и автомобильные), ирригационные и деривационные каналы и другие народнохозяйственные объекты.
Защита народнохозяйственных объектов от селевых потоков в зависимости от характера объекта выполняется различными путями. Наиболее распространенный метод непосредственной защиты от селей является строительство различных гидротехнических сооружений.
Когда подзащитные объекты представляют собой неширокую полосу, как например, железнодорожную или автомобильную дорогу или ирригационные и деривационные каналы, то селевые потоки можно пропускать над или под ними по гидротехническим сооружениям - селеспускам. .
По плановому расположению защитные сооружения можно подразделить на два типа:
1) продольные сооружения в виде опоясок, подпорных стенок или дамб, ограждающих народнохозяйственные объекты, или защищающих размываемые участки берега, или вала на более, или менее значительном протяжении;
2) поперечные сооружения в виде системы полузапруд (шпор), отходящих от защищаемого объекта, дамб или берега в пойму реки под тем или иным углом, в основном вниз по течению.
Вторая система защиты является более распространенной, но иногда обе системы комбинируются.
Расстояние между полузапрудами изменяется от 30 до 200 м; угол полузапруды с направлением дамб или берега колеблется от 10° до 85°, обычно 25-30°; длина изменяется от 20 до 120 м.
В отношении капитальности конструкций, сооружения можно разбить на два основных класса:
I. Долговременные сооружения из кладки на цементном или известковом растворе, а также широко применяются и сборные железобетонные;
II. Недолговременные каменно-хворостяные, каменно-бревенчатые и габионные сооружения.
В практике эксплуатации наибольшее распространение получили сооружения второго класса.
Сооружения первого класса, то есть долговременные, применяются в бассейне Верхней Кубани на ее горных притоках. Повсюду они встречаются в сочетании с сооружениями второго класса. В поперечном сечении они имеют или прямоугольную, или трапециевидную форму: с наклонными либо обеими боковыми гранями, либо одной передней или задней гранью; ширина профиля меняется от 0,4 до 4,0 м, высота - от 1,0 до 3,5 м.
В некоторых случаях эти сооружения снабжены донными шпорами, защищающими их основание от подмыва; длина шпор меняется от 1,5 до 6 м, а ширина от 0,5 до 1 м.
Естественный срок службы недолговременных сооружений - 1-2 года, долговременных - 3-4 года. Фактический срок службы, однако, определяется степенью устойчивости противоселевых сооружений из местных материалов. Селевые потоки даже средней мощности обычно вызывают их полное разрушение. К сооружениям второго класса относятся: каменно-хворостяные, каменно-бревенчатые с сипаями или без них и габионные устройства.
К сооружениям второго класса относятся: каменно-хворостяные, каменно-бревенчатые с сипаями или без них и габионные устройства.
Каменно-хворостяные противоселевые сооружения по конструкции можно разделить на два вида: первый из них характеризуется тем, что имеет трапециевидное сечение из перемежающихся слоев толщиной 0,3-0,5 м хвороста и крупного камня, шириной по верху 1,5-7 м, уклоном боковых граней 1:0,5, 1:1, 1:1,5 и высотой 1-5 м.
Второй вид имеет прямоугольное сечение и состоит из двух рядов (иногда с третьим и четвертым срединными) плетневых ограждений, шириной в пределах 1,5-7 м, заглубленных в ложе реки на некоторую величину и загруженных попеременно слоями хвороста и камня (иногда эти ряды скрепляются между собой проволокой). Применяемые в этих же сооружениях сипаи, с целью придания общей устойчивости, представляют собой треноги из бревен диаметром 20 см установленных через 3-20 м, но эти дополнительные устройства, не имея связи между собой, не оправдывают своего назначения.
Каменно-бревенчатые сооружения по внешнему виду являются упрощенными ряжевыми дамбами с вертикальными несплошными стенками, укрепленными поперечными схватками и подкосами; на практике ширина таких сооружений варьирует от 1,5 до 7 м при высоте от 1,5 до 5 м.
Верхние концы опорных стоек дамбы в большинстве случаев возвышаются над верхней отметкой на некоторую величину с целью иметь возможность производить наращивание в случае заноса дамб наносами. Однако такое наращивание делает устойчивые вначале сооружения после достижения известной высоты малоустойчивыми в случае размыва отложений вдоль сооружений.
Эффективность защитных сооружений определяется видом этих сооружений, правильностью их конструкции и плановым расположением системы сооружений.
В отношении вида сооружений необходимо признать, что в тяжелых условиях работы по защите от селевых потоков наиболее эффективными являются рационально сконструированные и правильно расположенные в плане сооружения из каменной кладки на растворе или, в некоторых случаях, из сухой каменной кладки.
Каменно-хворостяные и каменно-бревенчатые сооружения являются менее эффективными, вследствие их недолговечности и большей подверженности разрушающему действию селей.
При назначении планового расположения защитных сооружений непосредственно на месте замечается стремление к возможно полной защите лишь данного объекта, без учета возможного действия этого расположения на режим реки и на другие объекты, расположенные на той же реке, так что зачастую защита одних объектов влечет за собой появление угрозы для безопасности других.
Назначение схемы расположения сооружения без учета необходимости изменения режима реки в благоприятном для работы сооружений направлении наблюдалось на многих горных водотоках бассейна Верхней Кубани. Поскольку осуществленные сооружения не изменяли аккумулятивную деятельность реки, обычно повышение ее ложа продолжалось, что обусловливало необходимость периодического повышения сооружений. В некоторых случаях наблюдалось противоположное явление размыва.
Необходимо отметить также, что при назначении планового расположения сооружений не всегда в достаточной; степени учитывалась необходимость взаимной связи между отдельными сооружениями, необходимость надежного примыкания их к устойчивым неразмываемым или неподвергающимся прямому действию потока участкам коренного берега.
В период бедствия
Сохраняйте спокойствие и избегайте паники. Окажите помощь соседям, инвалидам, детям, престарелым и людям, оказавшимся без крова.
Действуйте в соответствии с правилами поведения при сходе лавин.
Выполняйте указания органов власти и отрядов реагирования, особенно в части, касающейся эвакуации людей и скота. Не забудьте отключить газ, электроэнергию, воду и закрыть дверь на ключ.
Не используйте для эвакуации личный транспорт до специального указания властей.
Слушайте радиосообщения и не занимайте без надобности телефон во избежание перегрузок сети.
После бедствия
Сохраняйте спокойствие и избегайте паники.
Проверьте, нет ли пострадавших поблизости, окажите им помощь.
Слушайте радиосообщения, не пользуйтесь без надобности телефоном.
Сотрудничайте с официальными службами, проводящими спасательные работы и оказывающими помощь. Окажите помощь в срочных ремонтных работах. Помогите в уходе за животными.
Помогите опознать погибших. - После восстановления подачи электроэнергии, проверьте исправность водопровода и отопления.
Почему возникает цунами?
Причина возникновения цунами - подводные землетрясения. Мощные толчки создают направленное движение огромных масс воды, которые накатывают на берег волнами высотой свыше 10 метров, приводят к жертвам и разрушениям. Неудивительно, что наибольший риск возникновения стихии существует в прибрежных районах с повышенной сейсмической активностью. Так, всем известен пример цунами в Японии 2011 года , которое привело к невероятному количеству человеческих жертв и спровоцировалоаварию на АЭС "Фукусима-1"
Довольно часто возникает угроза цунами на Филлипинах, в Индонезии, в других островных государствах Тихого океана. В любом случае, последствия цунами могут быть очень серьезны и пренебрегать этой опасностью не стоит.
Как выжить при цунами?
В случае, если угроза цунам и вполне реальна, следует срочно покинуть прибрежный район, передвигаясь перпендикулярно береговой линии. Относительную безопасность обеспечивает возвышенность 30-40 метров над уровнем моря и/или удаление от берега в 2-3 километра. Такое убежище обеспечивает существенное снижение риска, даже если местности угрожаютбольшие цунами . Однако история знает примеры волн, которые преодолевали указанные расстояния и высоты. Так что, в общем случае, самым правильным стоит считать принцип «чем дальше и выше, тем лучше».
При отступлении из зоны повышенной опасности следует избегать двигаться вдоль русла реки или ручья. Эти территории подвергаются затоплению в первую очередь.
Цунами в озерах или водохранилищах менее опасны, но даже в этом случае следует проявлять осторожность. Безопасным возвышением считается 5 метров над уровнем воды. Для этой цели хорошо подойдут высокие здания.
Напротив, с осторожностью стоит относиться к спасению в зданиях, если населенному пункту угрожаетбольшое цунами из океана. Многие постройки просто не выдержат давление вала воды и рухнут. Впрочем, если ситуация не оставляет выбора, то высокие капитальные постройки – единственный шанс выжить. В них стоит подняться на самые высокие этажи, закрыть окна и двери. Как подсказывают правила поведения при землетрясениях, самые безопасные зоны в здании – это участки около колонн, несущих стен, в углах.
Спасение от цунами – это, как правило, необходимость избежать ударов второй и нескольких последующих волн. Первая волна после землетрясения обычно не слишком опасна, но усыпляет бдительность местных жителей.
В случае, если волна все же настигла человека, очень важно удержаться за дерево, столб, здание, и избегать столкновения с крупными обломками. Как только появится возможность, нужно избавиться от промокшей одежды и обуви, а после найти убежище на случай повторных волн.
Увидеть стихию в действии и, как следствие, более трезво оценить возможную опасность поможет цунами фото - специальная подборка снимков из разных частей земного шара.
После цунами
Одна из основных опасностей цунами – это повторные волны, каждая из которых может быть сильнее предыдущей. Опыт цунами 2011 и всех предыдущих лет показывает, что возвращаться обратно стоит только после официальной отмены тревоги либо спустя 2-3 часа после прекращения сильного волнения на море. В противном случае, существует серьезный риск попасть под удар стихии, ведь пауза между крупными водяными валами может достигать часа.
Вернувшись домой после цунами , следует внимательно обследовать здание на предмет устойчивости, утечек газа, повреждений электропроводки. Возможно, более удачной идеей будет дождаться профессиональных спасателей. Отдельную опасность представляет наводнение, которое, чаще всего, является прямым следствием цунами.
В случае, если это необходимо, стоит включиться в спасательную операцию и оказать помощь тем, кто в этом нуждается.
Классификация наводнений:
1. ливневые (дождевые);
2. половодья и паводки (связанные с таянием снега и ледников);
3. зажорные и заторные (связанные с ледовыми явлениями);
4. завальные и прорывные;
5. нагонные (ветровые на побережьях морей);
6. цунамигенные (на побережьях от подводных землетрясений, извержений и прибрежных крупных обвалов).
Речные наводнения делят на следующие типы:
1. низкие (небольшие или пойменные) - затапливается низкая пойма;
2. средние - затапливаются высокие поймы, иногда заселенные или техногенно обработанные (пашни, луга, огороды и др.);
3. сильные - затапливаются террасы с расположенными на них строениями, коммуникациями и др., часто требуется эвакуация населения, хотя бы частичная;
4. катастрофические - существенно затапливаются огромные пространства, включая города и поселки; требуются аварийно-спасательные работы и массовая эвакуация населения.
По масштабу проявления 6 категорий наводнений:
1. Всемирный потоп;
2. континентальные;
3. национальные;
4. региональные;
5. районные;
6. местные.
Антропогенные причины наводнений:
Прямые причины - связаны с проведением различных гидротехнических мероприятий и разрушением плотин.
Косвенные - сведение лесов, осушение болот (осушение болот - естественных аккумуляторов стока увеличивает сток до 130 - 160%), промышленная и жилищная застройка, это приводит к изменению гидрологического режима рек за счёт увеличения поверхностной составляющей стока. Уменьшается инфильтрующая способность почв и увеличивается интенсивность их смыва. Сокращается суммарное испарение из-за прекращения перехвата осадков лесной подстилкой и кронами деревьев. Если свести все леса, то максимальный сток может возрасти до 300%.
Происходит уменьшение инфильтрации из-за роста водонепроницаемых покрытий и застроек. Рост водоупорных покрытий на урбанизированной территории в 3 раза увеличивает паводки.
Способы защиты от наводнения:
Поднять уровень осведомленности населения о наводнениях и вести пропаганду мер предосторожности:
В виде специальных школьных программ;
Предупреждающих знаков, планов эвакуации, буклетов с изображениями зон риска;
Собрать данные о предыдущих наводнениях, обозначить пострадавшие зоны (глубину затопления) и отметить самые сильные наводнения.
Провести оценку рисков:
Определить потенциальные места удара стихии, частоту наводнений в зоне, объекты под угрозой затопления;
Распространить карты с этой информацией среди местных жителей, чтобы заранее можно было рассчитать степень риска для каждого человека, приготовить план аварийных действий и знать, где потребуются меры защиты от наводнения; использовать карты в образовательных и пропагандистских целях;
Установить значки уровня возможного затопления;
Подготовить публичный план действий во время наводнения.
Предпринять неструктурные меры:
Определить способы изменения зон затопления для уменьшения пагубных последствий стихии;
Организовать качественную систему раннего оповещения (прогноз погоды, высокая степень готовности команд спасения и убежищ).
Вести среди населения разъяснения по поводу причин, рисков и признаков надвигающегося наводнения.
Разработать план эвакуации, который учитывает особенности всех категорий населения.
Предпринять структурные меры:
Построить дамбы и резервуары, рвы и запруды, специальные каналы заграждения, которые помогут уменьшить объем воды;
Обеспечить питьевую воду защитой от загрязнения, так как при затоплении в нее могут попасть токсичные вещества и нечистоты.
Наземное планирование:
По возможности предотвратить строительство в зонах, где возможно затопление. Места возле рек отводить под парки или экологические резервы;
Если промышленные объекты расположены в зонах риска, удостовериться, что там соблюдены меры предосторожности и имеются планы эвакуации техники и материалов;
Защитить заболоченные земли и поймы рек; восстановить осушенные территории;
Сохранять природную растительность и лесной покров в таких зонах, что способствует удержанию воды в почве;
Обеспечить рекам возможность течь по природному руслу, не преграждать им путь.
Увеличить устойчивость зданий:
Дома, школы, другие общественные строения, системы отопления и электроснабжения разместить выше уровня затопления;
Использовать водостойкие строительные материалы (бетон, керамика);
Установить водонепроницаемые барьеры на окна и двери подвалов;
Чтобы избежать вытекания содержимого сточных труб во время наводнения внутрь дома, снабдить их специальными клапанами, препятствующими обратному потоку;
Приобрести страховку от наводнений.
Порядок действий во время наводнения:
Эвакуация на основе разработанного плана с учетом специфики групп населения, с подготовленными убежищами с водой, пищей, надлежащими санитарными условиями.
Снабдить эвакуированных информацией об уровне воды, вероятном ущербе и сроках возвращения из убежища.
Убедиться, что все коммуникации отключены во избежание травмирования людей;
Спланировать расходы на восстановление после наводнения;
Проверить, как скоро школы, органы управления и предприятия смогут возобновить работу, что значительно упростит постэвакуационные мероприятия;
Поиск временной работы для эвакуированных жителей;
Предоставить наиболее пострадавшим консультацию профессиональных специалистов.
Мероприятия после наводнения:
Провести и обнародовать оценку ущерба;
Разработать план восстановления жилых домов, возобновления подачи общественных и коммерческих услуг;
Оказать помощь населению по возвращению в свои дома после подтверждения их безопасности и снабдить советами по профилактическим мероприятиям;
Предупредить людей о возможных рисках во время восстановления жилья;
Убедиться в наличии свободного доступа пострадавших к информации об услугах помощи и поддержки;
Особым слоям населения (пожилым, больным, сиротам и т.д.) оказать индивидуальную помощь.
Извлечь урок из случившегося для успешного применения полученного опыта в будущем.
Инвестировать в мероприятия по уменьшению разрушения во время наводнений.
ВУЛКАН
Вулкан – это геологическое образование, возникающее над каналами и трещинами в земной коре, по которым на земную поверхность извергаются расплавленные горные породы (лава), пепел, горячие газы, пары воды и обломки горных пород.Различают действующие, уснувшие и потухшие вулканы, а по форме – центральные, извергающиеся из центрального выводного отверстия, и трещинные, аппараты которых имеют вид зияющих трещин и ряда небольших конусов. Основные части вулканического аппарата: магматический очаг (в земной коре или верхней мантии); жерло - выводной канал, по которому магма поднимается к поверхности; конус – возвышенность на поверхности Земли из продуктов выброса вулкана; кратер – углубление на поверхности конуса вулкана. Современные вулканы расположены вдоль крупных разломов и тектонически-подвижных областей. На территории России активно действующими вулканами являются: Ключевская Сопка и Авачинская Сопка (Камчатка). Опасность для человека представляют потоки магмы (лавы), падение выброшенных из кратера вулкана камней и пепла, грязевые потоки и внезапные бурные паводки. Извержение вулкана может сопровождаться землетрясением.
Гроза - атмосферное явление, при котором внутри облаков или между облаком и земной поверхностью возникают электрические разряды молнии, сопровождаемы громом. Как правило, гроза образуется в мощных кучево-дождевых облаках и связана с ливневым дождем, градом и шквальным усилением ветра.
Защита населения при ураганах, бурях, смерчах
Территория любого региона подвержена комплексному воздействию десятков опасных природных явлений, развитие и негативное проявление которых в виде катастроф и стихийных бедствий ежегодно наносит огромный материальный ущерб и приводит к человеческим жертвам. Наиболее характерными природными явлениями по повторяемости в зависимости от времени года и приводящими к возникновению ЧС являются ураганы, бури и смерчи. Ураганы, бури и смерчи относятся к ветровым метеорологическим явлениям, по своему разрушающему воздействию часто сравнимы с землетрясениями. Основным показателем, определяющим разрушающее действие ураганов, бурь и смерчей, является скоростной напор воздушных масс, обусловливающий силу динамического удара и обладающий метательным действием. По скорости распространения опасности ураганы, бури и смерчи, учитывая в большинстве случаев наличие прогноза этих явлений (штормовых предупреждений), могут быть отнесены к чрезвычайным событиям с умеренной скоростью распространения. Это позволяет осуществлять широкий комплекс предупредительных мероприятий как в период, предшествующий непосредственной угрозе возникновения, так и после их возникновения - до момента прямого воздействия. Эти мероприятия по времени подразделяются на две группы: заблаговременные (предупредительные) мероприятия и работы; оперативные защитные мероприятия, проводимые после объявления неблагоприятного прогноза, непосредственно перед данным ураганом (бурей, смерчем). Заблаговременные (предупредительные) мероприятия и работы осуществляются с целью предотвращения значительного ущерба задолго до начала воздействия урагана, бури и смерча и могут охватывать продолжительный отрезок времени. К заблаговременным мероприятиям относятся: ограничение в землепользовании в районах частого прохождения ураганов, бурь и смерчей; ограничение в размещении объектов с опасными производствами; демонтаж некоторых устаревших или непрочных зданий и сооружений; укрепление производственных, жилых и иных зданий, и сооружений; проведение инженерно-технических мероприятий по снижению риска опасных производств в условиях сильного ветра, в т.ч. повышение физической стойкости хранилищ и оборудования с легковоспламеняющимися и другими опасными веществами; создание материально-технических резервов; подготовка населения и персонала спасательных служб.
К защитным мероприятиям, проводимым после получения штормового предупреждения, относят:
Своевременный прогноз и оповещение населения;
- прогнозирование пути прохождения и времени подхода к различным районам урагана (бури, смерча), а также его последствий;
Оперативное увеличение размеров материально-технического резерва, необходимого для ликвидации последствий урагана (бури, смерча);
Частичную эвакуацию населения;
Подготовку убежищ, подвалов и других заглубленных помещений для защиты населения;
Перемещение в прочные или заглубленные помещения уникального и особо ценного имущества;
Подготовку к восстановительным работам и мерам по жизнеобеспечению населения.
Уменьшение воздействия вторичных факторов поражения (пожаров, прорывов плотин, аварий);
Повышение устойчивости линий связи и сетей электроснабжения;
Укрытие в прочных сооружениях и местах, обеспечивающих защиту сельскохозяйственных животных; заготовка для них воды и кормов.
Меры по снижению возможного ущерба от ураганов, бурь и смерчей принимаются с учетом соотношения степени риска и возможных масштабов ущерба к требуемым затратам. Особое внимание при проведении заблаговременных и оперативных мер по снижению ущерба обращается на предотвращение тех разрушений, которые могут привести к возникновению вторичных факторов поражения, превышающих по тяжести воздействие самого стихийного бедствия.
Важным направлением работы по снижению ущерба является борьба за устойчивость линий связи, сетей электроснабжения, городского и междугородного транспорта. Основным способом повышения устойчивости в этом случае является их дублирование временными и более надежными в условиях сильного ветра средствами.
Люди, живущие на планете в разные эпохи, неоднократно сталкивались с разнородными катастрофами, не последнее место среди которых занимают торнадо и их производные. Ветер - стихия очень мощная, с этим трудно спорить. Его сил достаточно, чтобы сносить практически любые построенные человеком сооружения, поднимать в воздух и переносить на огромные расстояния автомобили, предметы и людей. Масштабные катастрофы такого рода случаются относительно нечасто, поэтому любой ураган, торнадо, тайфун или смерч - событие экстраординарное и приковывающее к себе мировое внимание.
Ураганы: причины возникновения стихийных бедствий
Что же такое ураган? Это явление вызывается ветром огромной скорости. Возникновение урагановобъясняется просто: ветер появляется по причине разности атмосферного давления. Причем чем выразительнее амплитуда давления, тем больше Направление воздушного потока - из области повышенного давления в место с более низкими показателями.
Как правило, причины ураганов - циклоны и антициклоны, которые быстро перемещаются с места на место. Циклоны отличаются пониженным давлением, антициклоны, наоборот, повышенным. Ветры в таких огромных воздушных массах дуют в разных направлениях, в зависимости от полушария.
Условно говоря, любой ураган - это воздушный водоворот. Причины ураганов сводятся к появлению области низкого давления, в которую с бешеной скоростью устремляется воздух. Возникают такие явления на протяжении любого сезона, но на территории России чаще всего они появляются в летний период.
Смерч, буря, ураган: различия
Сильные ветры могут называться по-разному: тайфуны, ураганы, бури, смерчи или штормы. Они отличаются не только названием, но и скоростью, способом образования и продолжительностью. Например, буря - это самая слабая ветреная ипостась. Ветер во время бури дует со скоростью около 20 м/с. Длится явление максимально до нескольких суток подряд, а площадь покрытия насчитывает более сотни километров, тогда как ураган может бушевать около 12 дней, принося хаос и разрушения. При этом ураганный вихрь летит со скоростью 30 м/с.
О смерче, который многострадальные американцы называют торнадо, стоит сказать особо. Это мезоциклон, воздушный вихрь, давление в центре которого опускается до рекордно низких показателей. Воронка в виде хобота или плети во время движения увеличивается и, всасывая в себя землю и предметы, меняет цвет на более темный. превышает 50 м/с, обладая огромной разрушительной мощью. Диаметр вихревого столба составляет иногда сотни метров. Столб, спускающийся из грозового облака, втягивает в себя предметы, автомобили и здания с поистине исполинской силой. Смерч захватывает порой сотни километров, разрушая все, что окажется на дороге.
Ураганы, бури, смерчи иногда наблюдаются на российской территории. В частности, ураганы чаще всего бывают в северных регионах: на Камчатке, в Хабаровском крае, на Чукотке, на острове Сахалин. А вот смерчи в России - явление нечастое. Одно из первых упоминаний о таком явлении датируется 15 веком. Значительные разрушения принес также смерч 1984 года в городе Иваново. А в 2004 и 2009 годах ураганный вихрь не принес серьезных разрушений.
Сильные ветры на территории России
Хоть смерчи в России и редки, но ураганы и бури, конечно, бывают. По силе они, к счастью, не столь значительны, как знаменитые «Камилла» или «Катрина», но также приводят к разрушениям и жертвам. Помимо упомянутых, стоит отметить самые заметные ураганы в России.
Дата | Регион | Ущерб |
Погибли 8, ранены 157 человек. Повреждено более 2 тыс. зданий, линии электропередач. Скорость ветра составила 31 м/с. |
||
Пермская область | Повреждены жилые здания в Перми и области, нарушено водоснабжение, уничтожены линии электропередач. |
|
Кемеровская область | Град массово уничтожил обширные площади сельскохозяйственных угодий. У многих жилых домов ветром унесены крыши. Ущерб составил более 50 млн рублей. |
|
2001 год, сентябрь | Один человек погиб, 25 ранены. Деревья вырваны с корнем, некоторые сломаны. Повреждены кровли. |
|
Новосибирская область | Выбиты стекла, сорваны крыши. Ветер превышал скорость в 28 м/с. Уничтожены опоры электропередач, пострадали посевы пшеницы. |
|
Ветер повалил щиты, 3 человека лишились жизни. В целом площадь урагана распространилась на центральные области России. В Москве даже прекратил свою работу аэропорт. В районе Тулы был опрокинут автобус, повалены деревья, повреждены дома. |
||
Иркутская область | Шесть человек погибло, 58 людей серьезно пострадало. Более 200 опор было повалено, вследствие чего тысячи человек остались без света. |
|
Северная Европа | Ураган коснулся и России: в Москве пострадали жилые дома, в Санкт-Петербурге Нева вышла из берегов, в Калининграде вихрь повалил новогоднюю ёлку. Псковская область почти полностью была обесточена. |
|
2006 год, март | Юг России | Удар стихии пришелся по Владикавказу: было разрушено множество зданий, повалена масса деревьев, пострадало от урагана 7 человек. Также ветер, летящий со скоростью более 30 м/с, и обильный мокрый снег обесточили Кубань, Ростовскую область, Дагестан, Адыгею, Ставрополье и Калмыкию (в Элисте пришлось ввести |
2006 год, май | Сумасшедший вихрь, несущийся со скоростью до 40 м/с, привел к гибели 2 человек и массово повредил линии электропередач. |
|
2006 год, август | Читинская область | Циклон с Байкала принес с собой ливень и сильные шквалы. Люди лишились электроснабжения, были затоплены коллекторы на двух улицах, сорваны крыши с домов. От удара током погиб подросток. |
2007 год, май | Красноярский край | Были повреждены автомобили, на некоторое время прервана связь. |
2007 год, июнь | Приволжье и Урал | Ранено 52 человека, погибло трое. Ветер срывал провода и крыши. Падающие деревья повреждали линии электропередач. |
Томская область | Шквал снёс крыши домов, есть погибшие (женщина), 11 людей пострадало. Введен чрезвычайный режим. |
|
2007 год, июль | Татарстан | От разгула стихии пострадало более 40 населенных пунктов, повреждены жилые и административные здания. |
Русский размер
Исходя из вышеизложенной информации, можно сделать вывод: ураганы в России бывают, но их масштабы несравнимы с теми, которые бушуют в других частях света. Почему природа так милостива к русским просторам? Последствия ураганов на российских территориях, безусловно, болезненны для пострадавших, но всё же не столь фатальны и объемны, как в США или Австралии.
Дело в том, что для возникновения урагана надо, чтобы воздух, наполненный теплом и водяными частицами, соприкоснулся с холодным. А произойти это должно непременно над прохладной поверхностью. Поэтому чаще всего смерчи и ураганы происходят в прибрежных областях южных морей. Россия же не вписывается в подобную схему.
«Когда ярится океан…»
Ураган на море называется шторм. В начале 19 века адмирал английского флота по фамилии Бофорт разработал специальную шкалу, с помощью которой по сей день измеряют силу ветра. Эта система оценивания действует как на море, так и на суше. Шкала насчитывает 12-балльную градацию. Уже с 4 баллов поднимаются волны высотой до полутора метров, далее при ветре уже невозможно говорить, а против воздушного потока очень тяжело идти. В 9-балльный шторм ветер крепчает до 24 м/с, а волны достигают высоты 10 метров. Максимальный, 12-балльный ураган разрушает все на своем пути. Первыми под удар попадают маленькие и средние суда, для которых почти нет шансов выжить при таком ветре. Море дико пенится и бушует. Ураган несется со скоростью свыше 32 м/с.
Отношение к океанам имеет и тайфун. Это циклон, возникающий над поверхностью Атлантики, а свое название он получил в Азии. В переводе слово обозначает слишком сильный ветер. На Сахалинскую область обрушивается до восьми тайфунов на протяжении года. Существуют и тихоокеанские ураганы-тайфуны. Этот вид стихии имеет наиболее катастрофические последствия.
Некоторые тропические циклоны названы супертайфунами по причине их неординарности и страшной силы. Примером такого урагана может служить тайфун, названный «Джорджия». Он внезапно обрушился в 1970 году на юг Сахалина и нещадно сносил всё, что возможно. К сожалению, избежать жертв не удалось.
Самые смертоносные ураганы мира
Примеры ураганов даже за последние 20 лет мы можем наблюдать нередко. В десятку самых разрушительных вошли такие стихии, как:
- «Полин», бушевавший на территории Мексики в 1997 году.
- «Митч», в 1998 году разрушивший страны Центральной Америки; сила урагана достигала порой 320 км/ч, человеческие жертвы исчислялись десятками тысяч.
- Ураган 5-й категории «Кенна» уничтожил город Наярит; ветер вырывал с корнями деревья, рушил здания и дороги, и только по счастливой случайности не погибли люди.
- Тайфун «Иван» набросился на и США в 2004 году и нанес миллиардный ущерб.
- «Вильма» разрушила побережья Кубы и США в 2005 году; она унесла 62 человеческих жизни.
- Огромный вихрь протяженностью 900 км пронесся над просторами США в 2008 году; за 14 часов разгула стихии был нанесен колоссальный ущерб; ветер такой силы был назван «Айк».
- «Чарли» в 2004 году погулял на Ямайке, Кубе и США; сила ветра достигала 240 км/ч.
- В 2012 году ураган по имени «Сенди» унес жизни 113 человек; стихия бушевала на востоке США, особенно досталось штату Нью-Йорк.
Торнадо с женским характером
Интересно, что самые разрушительные последствия ураганов наблюдаются от тех стихий, которые названы женскими именами.
Это самые капризные и непредсказуемые ураганы, напоминающие даму в истерическом припадке. Может быть, это предубеждение, но судите сами:
- Одним из самых страшных ураганов за всю историю является «Катрина». Этот смертоносный ветер поразил США в 2005 году. Обширные наводнения, около 2 тыс. человеческих жизней, сотни пропавших без вести - вот дань, собранная стихией в тот роковой год.
- Более ранний, но не менее страшный ураган в 1970 году обрушился на Индию и Бангладеш. Назвали его странно - «Блоха». Более 500 тыс. человек погибло от наводнений, спровоцированных невиданным штормом.
- Китайский тайфун с романтическим именем «Нина» стёр с лица земли большую плотину Банкиао, чем вызвал наводнение, в результате которого, по примерным подсчетам, погибло 230 тыс. человек.
- «Камилла» пронеслась над Миссисипи в 1969 году. Метеорологи не смогли измерить силу ветра, так как приборы были уничтожены буйствующей стихией. Предполагают, что ураганные порывы достигали 340 км/ч. Повреждены сотни мостов, множество домов, 113 людей утонуло, тысячи пострадали.
Справедливости ради надо отметить, что самый страшный ураган, названный Сан-Каликсто, не имеет отношения к женским именам. Тем не менее он стал самым смертоносным из зарегистрированных. Десятки тысяч человек погибло, практически все здания были разрушены, ветер срывал кору с деревьев, перед тем как вырвать их с корнями. Огромная цунами смыла всё, что преграждало ей путь. Современные эксперты считают, что сила урагана была не менее 350 км/ч. Это страшное событие произошло в 1780 году на Карибах.
Буря! Скоро грянет буря! Или как измерить силу смерча
Для того чтобы измерить силу ветра, опять-таки используют шкалу Бофорта, несколько измененную, уточненную и дополненную. Прибор, называемый анемометром, определяет скорость воздушных потоков. Например, последний ураган «Патрисия», зафиксированный в Техасе, имел силу 325 км/ч. Этого было достаточно, чтобы снести в воду большой железнодорожный состав.
Разрушительная сила ветра начинается с 8 баллов. Это соответствует скорости воздушных потоков от 60 км/ч. При таком ветре ломаются толстые деревья. Далее ветер усиливается до 70-90 км/ч и начинает сносить заборы и небольшие строения. 10-балльный шторм вырывает деревья с корнями и уничтожает капитальные здания. Сила ветра при этом достигает 100-110 км/ч. Усиливаясь, стихия сбрасывает железные вагоны, словно спичечные коробки, валит столбы. Ураган мощностью в 12 баллов производит тотальные разрушения, проносясь со скоростью свыше 130 км/ч. Настолько смертоносными ураганы в России, к счастью, бывают крайне редко.
Катастрофические последствия
Ураган - серьезная стихия, поэтому сразу после прекращения ветра не стоит покидать укрытие, надо подождать несколько часов, прежде чем выйти на свет. Последствия смерчей, ураганов, бурь очень внушительны. Это поваленные деревья, сорванные крыши, затопленные коллекторы, разрушенные дороги, поврежденные опоры электроснабжения. Кроме того, волны, вызванные ветром, могут превратиться в цунами, сметающие все живое и построенное людьми. При разрушении плотин неизбежны глобальные наводнения, а если сточные воды попадут в резервуары с питьевыми, то часто это провоцирует неконтролируемый рост инфекционных заболеваний и даже эпидемии.
Но жизнь постепенно начнет восстанавливаться, потому что за работу возьмутся аварийно-спасательные подразделения, которым могут помочь и обычные жители. Чтобы максимально минимизировать последствия, и, по крайней мере, избежать человеческих жертв, существуют правила поведения перед, во время и после разгула стихии.
Правила поведения в чрезвычайных природных условиях
Правильные и продуманные действия при ураганеспособны спасти жизнь как самому человеку, так и его близким. После того как метеорологи обнаруживают ураган и просчитывают его траекторию, эта информация обязательно сообщается населению. Обычно подается стандартный сигнал «Внимание!» по всем каналам телевидения, радиовещания и передается необходимая общественная информация.
Подготовительный этап включает в себя следующие действия:
- остаются включенными источники информации, чтобы не упустить важные моменты;
- ученики в обязательном порядке должны быть отпущены домой;
- если ураган уже начинает бушевать, то учащиеся укрываются в подвальных помещениях;
- необходимо подготовить запасы воды, питания и медикаментов примерно на 3 дня;
- фонари, лампы, свечи, портативные печи обязательно должны быть в наличии;
- стекла оклеиваются крестообразно или в форме звезды;
- витрины защищаются большими щитами;
- балконы очищаются от предметов и хлама, которые может снести ветер;
- подоконники должны быть пусты;
- в деревнях скот загоняется в укрепленный хлев, оснащенный запасом еды и воды; летние постройки крепятся, насколько возможно;
- окна с наветренной стороны плотно закрываются, а с противоположной, наоборот, остаются открытыми.
Какие действия при урагане надо произвести, услышав о его приближении? Во-первых, выключить электроприборы и газовые печи, зафиксировать краны. Во-вторых, взять с собой чемодан с самыми необходимыми вещами и документами. Далее запасы продуктов, медикаментов, воды перенести в надежное убежище и укрыться там вместе с семьей. Если такого убежища нет, то в доме надо спрятаться под надежной мебелью, в нишах, дверных проемах. Ни в коем случае нельзя подходить к окнам, которые предварительно надо зашторить.
В том случае, если стихия застала на открытой местности, убежищем может служить любой овраг или углубление. Отличным укрытием могут стать мосты, вернее места под ними. Надо держаться подальше от рекламных щитов, оторванных проводов, узких проходов (опасность толпы), низин, так как существует возможность затопления. До урагана обязательно нужно договориться с близкими о месте встречи в случае разных непредвиденных обстоятельств.
После завершения стихии:
- не стоит зажигать спички, так как не исключена утечка газа;
- нельзя использовать неочищенную воду, поскольку, возможно, она сильно загрязнена;
- следует узнать, не нужна ли вашим соседям первая медицинская помощь.
Ураганы в России случаются нечасто, но всё же знать данные правила необходимо, потому что природные катаклизмы, в связи с климатическими переменами, склонны менять свою локализацию.
Каждый год атмосферные вихри, скорость ветра в которых достигает порой 120 км/ч, проносятся над тропическими морями, опустошая побережье. В Атлантике и восточной части Тихого океана их называют ураганами, на западном побережье Тихого океана — тайфунами, в Индийском океане — циклонами. Когда они врываются в густо населенные районы, гибнут тысячи людей, а материальный ущерб достигает миллиардов долларов. Сможем ли мы когда-нибудь обуздать беспощадную стихию? Что нужно сделать, чтобы ураган изменил свою траекторию или потерял разрушительную силу?
Прежде чем приступить к управлению ураганами, необходимо научиться точно прогнозировать их маршрут и определять физические параметры, влияющие на поведение атмосферных вихрей. Затем можно будет заняться поисками способов воздействия на них. Пока мы еще в самом начале пути, но успехи компьютерного моделирования ураганов позволяют надеяться, что мы все-таки можем справиться со стихией. Результаты моделирования реакции ураганов на мельчайшие изменения их первоначального состояния оказались весьма обнадеживающими. Чтобы понять, почему мощные тропические циклоны чутко реагируют на любые возмущения, необходимо разобраться, что они из себя представляют и как зарождаются.
Ураганы возникают из грозовых скоплений над океанами в экваториальной зоне. Тропические моря поставляют в атмосферу тепло и водяной пар. Теплый влажный воздух поднимается вверх, где пары воды конденсируются и превращаются в облака и осадки. При этом тепло, запасенное водяным паром во время испарения с поверхности океана, освобождается, воздух продолжает нагреваться и поднимается все выше. В результате в тропиках формируется зона пониженного давления, образующая так называемый глаз бури — зону затишья, вокруг которой закручивается вихрь. Оказавшись над сушей, ураган утрачивает поддерживающий его источник теплой воды и быстро ослабевает.
Так как ураганы получают большую часть энергии из тепла, освобождающегося при конденсации водяных паров над океаном и образовании дождевых облаков, первые попытки укрощения непокорных гигантов сводились к искусственному созданию облаков. В начале 60-х гг. XX в. этот метод был опробован в ходе экспериментов, проведенных научно-консультативной комиссией Project Stormfury, учрежденной правительством США.
Ученые пробовали замедлить развитие ураганов, увеличивая количество осадков в первой полосе дождей, которая начинается сразу за стеной глаза бури — скоплением облаков и сильных ветров, окружающих центр урагана. Для создания искусственных облаков с самолета сбрасывали йодистое серебро. Метеорологи надеялись, что распыляемые частицы станут центрами кристаллизации переохлажденного водяного пара, поднявшегося в холодные слои атмосферы. Предполагалось, что облака будут формироваться быстрее, поглощая при этом тепло и влагу с поверхности океана и замещая стену глаза бури. Это привело бы к расширению центральной спокойной зоны и ослаблению урагана.
Сегодня создание искусственных облаков уже не считается эффективным методом, т.к. выяснилось, что содержание переохлажденного водяного пара в воздушных массах бурь незначительно.
Чувствительная атмосфера
Современные исследования ураганов опираются на предположение, сделанное мною 30 лет назад, когда еще студентом я изучал теорию хаоса. На первый взгляд, хаотические системы ведут себя произвольно. На самом деле их поведение подчиняется определенным правилам и сильно зависит от первоначальных условий. Поэтому с виду незначительные, случайные возмущения могут привести к серьезным непредсказуемым последствиям. Например, небольшие колебания температуры воды в океане, смещение крупных воздушных потоков и даже изменение формы дождевых облаков, кружащихся вокруг центра урагана, могут повлиять на его силу и направление движения.
Высокая восприимчивость атмосферы к незначительным воздействиям и ошибки, накапливающиеся при моделировании погоды, затрудняют долгосрочное прогнозирование. Возникает вопрос: если атмосфера столь чувствительна, то нельзя ли как-нибудь повлиять на циклон, чтобы он не достиг населенных районов или хотя бы ослаб?
Раньше я и мечтать не мог о воплощении своих идей, но за последнее десятилетие математическое моделирование и дистанционное зондирование шагнули далеко вперед, так что настала пора заняться крупномасштабным управлением погодой. При финансовой поддержке Института передовых идей NASA мы с коллегами из национальной научно-конструкторской консалтинговой фирмы «Исследования атмосферы и окружающей среды» (Atmospheric and Environmental Research, AER) приступили к компьютерному моделированию ураганов, чтобы разработать перспективные методы воздействия на них.
Моделирование хаоса
Даже самые точные современные компьютерные модели для предсказания погоды несовершенны, однако они могут оказаться весьма полезными при изучении циклонов. Для составления прогнозов применяются числовые методы моделирования развития циклона. Компьютер последовательно рассчитывает показатели атмосферных условий, соответствующих дискретным моментам времени. Предполагается, что общее количество энергии, импульса и влаги в рассматриваемом атмосферном образовании остается неизменным. Правда, на границе системы ситуация несколько сложнее, т.к. приходится учитывать влияние внешней среды.
При построении моделей состояние атмосферы определяют по полному перечню переменных, характеризующих давление, температуру, относительную влажность, скорость и направление ветра. Количественные показатели соответствуют моделируемым физическим свойствам, которые подчиняются закону сохранения. В большинстве метеорологических моделей рассматриваются значения перечисленных переменных в узлах трехмерной координатной сетки. Конкретный набор значений всех параметров во всех точках сетки называется состоянием модели, которое вычисляется для последовательных моментов времени, разделенных небольшими промежутками — от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от разрешающей способности модели. Учитывается движение ветра, процессы испарения, выпадения осадков, влияние поверхностного трения, инфракрасного охлаждения и нагревания солнечными лучами.
К сожалению, метеорологические прогнозы несовершенны. Во-первых, начальное состояние модели всегда неполно и неточно, т.к. определить его для ураганов крайне сложно, поскольку проведение непосредственных наблюдений затруднено. Космические снимки отображают сложную структуру урагана, но они недостаточно информативны. Во-вторых, атмосфера моделируется только по узлам координатной сетки, а располагающиеся между ними мелкие детали не включаются в рассмотрение. Без высокой разрешающей способности смоделированная структура самой важной части урагана — стены глаза бури и прилегающих к ней областей — получается неоправданно сглаженной. Кроме того, в математических моделях таких хаотических явлений, как атмосфера, быстро накапливаются вычислительные ошибки.
Для проведения наших исследований мы модифицировали эффективно использующуюся для прогнозов схему инициализации — четырехмерную систему ассимиляции данных (four-dimensional variational data assimilation, 4DVAR). Четвертое измерение, присутствующее в названии, — это время. Исследователи из Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды, одного из крупнейших метеорологических центров мира, используют эту усложненную технологию для ежедневного предсказания погоды.
Сначала система 4DVAR ассимилирует данные, т.е. объединяет показания, полученные со спутников, кораблей и измерительных приборов на море и в воздухе, с данными предварительного прогноза состояния атмосферы, основанного на фактической информации. Предварительный прогноз дается на шесть часов с момента снятия показаний метеоприборов. Данные, поступающие с наблюдательных пунктов, не накапливаются в течение нескольких часов, а сразу обрабатываются. Объединенные данные наблюдений и предварительного прогноза используются для вычисления следующего шестичасового прогноза.
Теоретически такая комплексная информация точнее всего отражает истинное состояние погоды, поскольку результаты наблюдений и гипотетические данные корректируют друг друга. Хотя статистически этот метод вполне обоснован, исходное состояние модели и информация, необходимая для его успешного применения, все равно остаются приблизительными.
Система 4DVAR находит такое состояние атмосферы, которое, с одной стороны, удовлетворяет уравнениям модели, а с другой — оказывается близким как к прогнозируемой, так и к наблюдаемой обстановке. Для выполнения задачи проводится корректировка первоначального состояния модели в соответствии с изменениями, произошедшими за шесть часов наблюдений и моделирования. В частности, выявленные различия используются для вычисления реакции модели — как небольшие изменения каждого из параметров влияют на степень соответствия показателей моделирования и наблюдений. Расчет с помощью так называемой сопряженной модели ведется в обратном порядке через шестичасовые промежутки времени. Затем программа оптимизации выбирает наилучший вариант поправок к первоначальному состоянию модели, чтобы результаты дальнейших расчетов наиболее точно отражали реальное развитие процессов в урагане.
Поскольку корректирование выполняется методом аппроксимации уравнений, то вся процедура — моделирование, сравнение, вычисление с помощью сопряженной модели, оптимизация — должна повторяться до получения точно выверенных результатов, которые становятся основой для составления предварительного прогноза на следующий шестичасовой период.
Построив модель уже прошедшего урагана, мы можем изменять его характеристики в любой момент времени и наблюдать за последствиями внесенных возмущений. Оказалось, что на формирование бури влияют только самоусиливающиеся внешние воздействия. Представьте пару камертонов, один из которых вибрирует, а второй находится в спокойном состоянии. Если они настроены на разные частоты, то второй камертон не шелохнется, несмотря на воздействие звуковых волн, испускаемых первым. Но если оба камертона настроены в унисон, второй войдет в резонанс и начнет колебаться с большой амплитудой. Так же и мы пытаемся «настроиться» на ураган и отыскать подходящее стимулирующее воздействие, которое привело бы к желаемому результату.
Укрощение бури
Наша научная группа из AER провела компьютерное моделирование двух разрушительных ураганов, неистовствовавших в 1992 г. Когда один из них — Иники — прошел прямо над гавайским островом Кауаи, погибло несколько человек, был нанесен огромный материальный ущерб и целые лесные массивы сровнялись с землей. Месяцем ранее ураган Эндрю обрушился на Флориду южнее Майами и превратил в пустыню целый регион.
Если учесть несовершенство существующих методов прогнозирования, наш первый эксперимент моделирования имел неожиданный успех. Чтобы изменить путь Иники, мы прежде всего выбрали место в ста километрах западнее острова, в котором должен оказаться ураган через шесть часов. Затем составили данные возможных наблюдений и загрузили эту информацию в систему 4DVAR. Программа должна была рассчитать мельчайшие изменения основных параметров первоначального состояния урагана, которые модифицировали бы его маршрут нужным образом. В этом первичном эксперименте мы допускали выбор любых искусственно созданных возмущений.
Оказалось, что самые значительные преобразования коснулись первоначального состояния температуры и ветра. Типичные изменения температуры по всей сети координат составляли десятые доли градуса, но самые заметные изменения — увеличение на 2°С — оказались в нижнем слое к западу от центра циклона. Согласно расчетам, изменения скорости ветра составили 3,2-4,8 км/ч. В некоторых местах скорость ветра изменилась на 32 км/ч в результате незначительной переориентации направления ветра вблизи центра урагана.
Хотя обе компьютерные версии урагана Иники — первоначальная и с внесенными возмущениями — казались идентичными по структуре, небольших изменений ключевых переменных было достаточно, чтобы ураган развернулся за шесть часов на запад, а потом двинулся прямо на север, оставив остров Кауаи нетронутым. Относительно малые искусственные преобразования начальной стадии циклона были обсчитаны системой нелинейных уравнений, описывающих его деятельность, и через шесть часов ураган пришел в назначенное место. Мы на верном пути! В последующем моделировании использовалась координатная сетка с более высокой разрешающей способностью, а систему 4DVAR мы запрограммировали на сведение к минимуму материального ущерба.
В одном из экспериментов мы усовершенствовали программу и рассчитали приращение температуры, которое могло бы обуздать ветер у берегов Флориды и снизить ущерб, нанесенный ураганом Эндрю. Компьютеру предстояло определить наименьшие возмущения в начальном температурном режиме, которые могли бы снизить силу штормового ветра в последние два часа шестичасового периода. Система 4DVAR определила, что лучший способ ограничить скорость ветра — провести большие преобразования начальной температуры около центра циклона, а именно: изменить ее на 2-3°С в нескольких местах. Меньшие изменения температуры воздуха (меньше 0,5°С) произошли на расстоянии от 800 до 1000 км от центра бури. Возмущения привели к образованию волнообразно чередующихся колец нагрева и охлаждения вокруг урагана. Несмотря на то что в начале процесса была изменена только температура, значения всех основных характеристик быстро отклонились от реально наблюдавшихся. В неизмененной модели ураганные ветры (более 90 км/ч) накрывали южную Флориду к концу шестичасового периода, чего не наблюдалось при внесении изменений.
Чтобы проверить надежность полученных результатов, мы провели такой же эксперимент на более сложной модели с большей разрешающей способностью. Результаты оказались схожи. Правда, через шесть часов на видоизмененной модели возобновились сильные ветры, поэтому понадобились дополнительные вмешательства, чтобы уберечь южную Флориду. Вероятно, чтобы держать под контролем ураган в течение определенного промежутка времени, необходимо запускать серию запланированных возмущений.
Кто остановит дождь?
Если результаты наших исследований состоятельны и небольшие изменения температуры воздуха в ураганном вихре действительно могут повлиять на его курс или ослабить силу ветра, то встает вопрос: как этого достичь? Невозможно сразу нагреть или остудить такое обширное атмосферное образование, как ураган. Однако можно подогревать воздух вокруг урагана и таким образом регулировать температурный режим.
Наша команда планирует провести вычисление точной структуры и силы подогрева атмосферы, необходимого для снижения интенсивности урагана и изменения его курса. Несомненно, практическая реализация такого проекта потребует огромного количества энергии, но ее можно получить с помощью орбитальных солнечных электростанций. Вырабатывающие энергию спутники следует оснастить гигантскими зеркалами, фокусирующими солнечное излучение на элементах солнечной батареи. Собранную энергию затем можно будет переправить на микроволновые приемники на Земле. Современные конструкции космических солнечных станций способны распространять микроволны, не нагревающие атмосферу и поэтому не теряющие энергию. Для управления погодой важно направить из космоса микроволны тех частот, при которых они лучше поглощаются водяным паром. Различные слои атмосферы можно будет нагреть согласно заранее продуманному плану, а области внутри урагана и ниже дождевых облаков будут защищены от нагрева, т.к. дождевые капли хорошо поглощают СВЧ-излучение.
В нашем предыдущем эксперименте система 4DVAR определила большие температурные перепады там, где нельзя применить микроволновой нагрев. Поэтому было решено вычислить оптимальные возмущения при условии, что температура воздуха в центре должна оставаться постоянной. Мы получили удовлетворительный результат, но, чтобы компенсировать неизменность температуры в центре, пришлось значительно изменить ее в других местах. Интересно, что в процессе развития модели температура в центре циклона менялась очень быстро.
Другой способ подавления сильных тропических циклонов — непосредственное ограничение поступающей в них энергии. Например, поверхность океана можно было бы покрыть тонкой, биологически разлагающейся масляной пленкой, которая способна приостанавливать испарение. Кроме того, можно оказывать влияние на циклоны за несколько дней до их подхода к берегу. Крупномасштабную перестройку структуры ветров следует предпринимать на высоте полета реактивных самолетов, где изменение атмосферного давления сильно влияет на мощность и траекторию ураганов. Например, образование инверсионных следов самолетов наверняка может вызвать требуемые возмущения начального состояния циклонов.
Кто встанет у штурвала?
Если в будущем метеорологи научатся управлять ураганами, то скорее всего возникнут серьезные политические проблемы. Несмотря на то что с 1970-х гг. Конвенцией ООН запрещено использовать погоду в качестве оружия, некоторые страны могут не устоять перед искушением.
Впрочем, наши методы еще предстоит опробовать на безобидных по сравнению с ураганами атмосферных явлениях. Прежде всего следует опробовать экспериментальные возмущения для усиления осадков на сравнительно небольшой территории, контролируемой измерительными приборами. Если понимание физики облаков, их цифровое моделирование, методика сравнительного анализа и компьютерные технологии будут развиваться нынешними темпами, то наш скромный опыт может быть претворен в жизнь. Кто знает, быть может, уже через 10-20 лет многие страны займутся крупномасштабным управлением погодой с использованием подогрева атмосферы из космоса.
