Table of Contents

Торнадо представляют собой некоторые из самых впечатляющих и разрушительных сил природы, способных вырезать пути разрушений на обширных участках ландшафта за считанные минуты. Эти насильственные вращающиеся столбы воздуха очаровывали метеорологов, охотников за штормами и широкую общественность на протяжении поколений не только из-за их сырой силы, но и из-за сложных моделей, которым они следуют, когда они пересекают местность. Понимание того, как торнадо путешествуют, пути, которые они выбирают, и факторы, которые влияют на их движение, имеет решающее значение для улучшения возможностей прогнозирования, повышения мер общественной безопасности и в конечном итоге спасения жизней.

Изучение траекторий торнадо показывает сложное взаимодействие между атмосферной динамикой, географическими особенностями и сезонными погодными условиями. Хотя торнадо теоретически может поразить где угодно при правильных условиях, они демонстрируют определенные поведенческие тенденции, которые ученые документировали и проанализировали за десятилетия исследований. От печально известной аллеи Торнадо в центральной части Соединенных Штатов до менее часто пострадавших регионов по всему миру, эти штормы следуют закономерностям, которые являются предсказуемыми и удивительно изменчивыми, что делает их постоянной проблемой для метеорологов и специалистов по управлению чрезвычайными ситуациями.

Наука, стоящая за формированием Торнадо

Оригинальное название: Supercell Thunderstorms

Сверхклеточная буря характеризуется наличием мезоциклона, глубокого, постоянно вращающегося восходящего потока. Эти мощные штормовые системы служат основной питательной средой для самых сильных и долгоживущих торнадо. Из четырех основных классификаций гроз — суперклеточная, шквалистая линия, многоклеточная и одноклеточная — суперклетки являются наименее распространенными в целом и имеют потенциал быть наиболее серьезными.

Образование суперклетки требует специфических атмосферных условий, создающих среду, способствующую устойчивому вращению.Основными условиями для таких бурь являются наличие прохладного, сухого воздуха на средних уровнях в тропосфере, налегающего на слой влажного, условно неустойчивого воздуха вблизи поверхности Земли.Это наслоение создает нестабильность, которая в сочетании с сдвигом ветра производит вращающиеся восходящие потоки, характерные для суперклеток.

Они, как правило, длятся 2-4 часа, но при очень благоприятных условиях могут длиться дольше, при этом некоторые случаи торнадических суперклеток длятся более 7 часов. Это долголетие позволяет суперклеткам преодолевать значительные расстояния и производить несколько торнадо по пути, что делает их особенно опасными для сообществ на их траектории.

Роль мезоциклона

Мезоциклон представляет собой мезо-гамма-мезомасштабную (или штормовую) область вращения (вихрь), обычно около 2-6 миль (3,2-9,7 км) в диаметре, чаще всего замеченную на радаре в грозах.Мезоциклон служит двигателем, который приводит к образованию торнадо, хотя не все мезоциклоны производят торнадо.Сверхячейки являются одним из немногих типов облаков, которые обычно порождают торнадо в мезоциклоне, хотя только 30% или меньше делают это.

Развитие мезоциклона предполагает увлекательный процесс атмосферной динамики. Сдвиг ветра вызывает горизонтальный вращательный эффект в нижней атмосфере, который позже наклоняется вертикально восходящими потоками в шторме, образуя мезоциклон. Это преобразование от горизонтального к вертикальному вращению имеет решающее значение для развития торнадо.

Разница примерно в 50 миль в час между поверхностным ветром и ветрами на высоте 18 000 футов, как правило, достаточна для создания суперячеек, с посылками воздуха, обладающими так называемой вихревой вихрем — шпинатом, который выровнен с направлением, в котором движутся воздушные посылки. Поскольку эти вращающиеся воздушные посылки поступают в восходящий поток, они способствуют общему вращению мезоциклона.

От мезоциклона до торнадо

Переход от вращающегося мезоциклона к фактическому торнадо, касающемуся земли, представляет собой сложный процесс, который ученые продолжают интенсивно изучать. Генезис первого торнадо в суперклетке — сложный процесс, который обычно занимает более часа после начала шторма. Этот длительный период развития предоставляет метеорологам окно возможностей для выдачи предупреждений, хотя точное предсказание того, когда и где сформируется торнадо, остается сложной задачей.

Процесс включает три этапа: во-первых, восходящий поток начинает вращаться, а мезоциклон образует в воздухе, во-вторых, вблизи земли развивается более узкий вихрь, и, наконец, образуется торнадо от сокращения околоземного циклона. Каждая стадия включает в себя различные физические процессы и атмосферные условия, которые должны выровняться для образования торнадо.

Когда мезоциклон сильнее на более низких высотах, вероятность торнадо возрастает. Эта связь между интенсивностью мезоциклона низкого уровня и образованием торнадо стала ключевым фокусом для синоптиков, пытающихся предсказать, какие суперклетки будут производить торнадо и какие останутся неторнадическими.

Крайне важную роль в этом процессе играет опускание задней фланговой части. RFD суперклетки, как полагают, играет большую роль в торнадогенезе, затягивая существующее вращение в пределах поверхностного мезоциклона. Этот опускающий поток обертывается вокруг мезоциклона, концентрируя вращение и потенциально вызывая образование торнадо, когда условия благоприятны.

Типичные модели движения торнадо

Юго-западная и северо-восточная тенденции

Большинство из них перемещаются с юго-запада на северо-восток или с запада на восток. Это преобладающее направление движения торнадо отражает типичные модели потока среднеширотных погодных систем, которые производят сильные грозы на большей части Северной Америки. Трасса юго-запад-северо-восток настолько распространена, что она укоренилась в общественном восприятии поведения торнадо, хотя, как мы рассмотрим, это далеко не абсолютное правило.

Торнадо, включенные в исследование, распространялись с запада, запада-юго-запада и юго-запада, причем запад-юго-запад был направлением происхождения с самой высокой частотой.Исследования, анализирующие тысячи траекторий торнадо, подтвердили эту общую тенденцию, а также выявили значительные изменения, основанные на сезонах, местоположении и конкретных погодных условиях.

Торнадо образуются грозами, поэтому они часто следуют по пути своих «родительских» бурь, которые также обычно движутся с юго-запада. Эта связь между движением торнадо и движением родительского шторма имеет основополагающее значение для понимания траекторий торнадо. Торнадо по существу встроен в более крупную штормовую систему, и хотя он может проявлять некоторое самостоятельное движение, он обычно путешествует с общим штормом.

Сезонные вариации в направлении пути

Направления тропы торнадо демонстрируют захватывающие сезонные изменения, которые отражают изменения в более широких атмосферных моделях циркуляции в течение года. Пути распространяются в основном с юго-западного направления в течение января, февраля и марта, а затем с преимущественно западного направления в течение следующих шести месяцев (апрель-сентябрь), прежде чем вернуться к повторному распространению с юго-западного направления к концу годового цикла.

Эти сезонные сдвиги не случайны, но тесно связаны с положением и силой струйного потока и другими крупномасштабными атмосферными особенностями. Предыдущие исследования показали, что сезонные сдвиги в возникновении торнадо тесно связаны с метеорологическими моделями синоптического масштаба в верхнем воздухе. Зимой и ранней весной струйный поток обычно опускается дальше на юг, принося различные модели ветра, которые влияют на траектории торнадо по сравнению с летними месяцами, когда струйный поток отступает на север.

В центральных и северных районах страны в конце весны и летом преобладает более западный или северо-западный путь происхождения. Это региональное и сезонное изменение означает, что стратегии готовности к торнадо, возможно, должны учитывать различные направления подхода в зависимости от времени года и географического положения.

Региональные различия в тропах торнадо

В то время как юго-запад-северо-восточный паттерн доминирует на национальном уровне, значительные региональные изменения существуют по всей территории Соединенных Штатов и других торнадо-предрасположенных районов.Некоторые районы США, как правило, имеют больше путей с определенного направления, таких как северо-запад в Миннесоте или юго-восток в прибрежном южном Техасе, из-за увеличенной частоты определенных погодных условий, производящих торнадо.

Например, в Миннесоте часто бывают штормы, которые движутся в северо-западном направлении, что подтверждается, потому что многие из их погодных систем спускаются с севера. Эта региональная специфика отражает влияние местной географии, близости к основным водоемам и типичных трасс погодных систем, влияющих на каждую область.

Техас получает много юго-восточных фронтов, поэтому они увидят разные пути на своих штормах. Влияние Мексиканского залива на погодные условия Техаса создает уникальные условия, которые могут привести к торнадо, движущемуся в направлениях, менее распространенных в других частях страны. Прибрежные регионы, в частности, могут испытывать торнадо, связанные с тропическими системами, которые движутся в нетипичных направлениях.

Необычные и нестабильные пути торнадо

Несмотря на общие закономерности, торнадо способны к весьма необычным и непредсказуемым движениям, которые могут застать врасплох даже опытных метеорологов.Некоторые торнадо изменили направление на фоне тропы, или даже отошли в сторону, когда на его дно ударяют оттоковые ветры из ядра грозы.Эти внезапные изменения направления могут быть особенно опасны для людей, пытающихся бежать от тропы торнадо.

Торнадо могут легко поворачиваться или даже поворачиваться назад, иногда совершенно внезапно, и двигаться противоположным образом, если они попадают под правильный тип ветра из системы. Эта непредсказуемость подчеркивает, почему метеорологи и менеджеры по чрезвычайным ситуациям подчеркивают, что ищут убежище немедленно, а не пытаются обогнать торнадо, особенно в транспортных средствах.

Некоторые торнадо проследили действительно странные пути по ландшафту. Исторические записи документируют торнадо, которые двигались в петлях, зигзагах и даже полных кругах. Торнадо Джаррелла, Техас 1997 года, двигался с северо-востока на юго-запад - по существу, противоположное типичному направлению - и его медленное движение в сочетании с экстремальными ветрами привело к катастрофическому ущербу. Окружающая среда, способствующая торнадо, движущимся на запад или северо-запад, может произойти, когда ураган или тропический шторм выпадает на сушу из-за крупномасштабной циркуляции против часовой стрелки вокруг тропического циклона.

Факторы, влияющие на траектории торнадо

Сдвиг ветра и атмосферное рулевое управление

Сдвиг ветра — изменение скорости ветра и направления с высотой — играет фундаментальную роль не только в формировании торнадо, но и в определении пути, по которому будет идти торнадо. Ветры на разных уровнях атмосферы по существу «управляют» родительской грозой, и, следовательно, торнадо, встроенный в нее. Взаимосвязь между ветрами верхнего уровня и движением торнадо была задокументирована в многочисленных метеорологических исследованиях.

Направление движения торнадо тесно связано с потоком 500 га. Уровень 500 миллибаров, расположенный примерно в середине тропосферы, особенно важен для понимания движения шторма. Метеорологи регулярно изучают закономерности ветра на этом уровне при прогнозировании движения сильных гроз и потенциальных следов торнадо.

Положение систем низкого давления верхнего уровня относительно торнадо-продуцирующих штормов также влияет на траектории торнадо.Исследования показали, что торнадо, движущиеся в разных направлениях, связаны с различными положениями этих особенностей верхнего уровня. Типичный низкий центр уровня 500 мб, связанный с торнадо северо-западного юго-восточного типа, был расположен над Гудзоновским заливом примерно в 1300 милях к северо-северо-востоку от района торнадо, в то время как низкий центр, связанный с юго-западным к северо-восточному типу торнадо, был расположен над северо-восточной Монтаной примерно в 900 милях к северо-западу от района торнадо.

Терренс и географические особенности

Влияние рельефа на траектории торнадо было предметом дебатов среди метеорологов в течение десятилетий.В то время как торнадо являются в основном атмосферными явлениями, обусловленными крупномасштабными погодными условиями, лежащий в основе рельеф может иметь тонкие, но иногда значительные последствия для их поведения и движения.

Открытые равнины и равнина позволяют торнадо преодолевать большие расстояния, не сталкиваясь с препятствиями, которые могут нарушить их структуру.Регион Великих равнин США с его обширными просторами относительно плоской земли обеспечивает идеальные условия для торнадо с длинными путями, которые могут поддерживать их интенсивность на протяжении десятков миль.Некоторые из самых длинных торнадо траекторий за всю историю наблюдений произошли в этом регионе, с отдельными торнадо, пролетающими более 200 миль.

Горы и значительные изменения высоты могут влиять на поведение торнадо, хотя они, конечно, не препятствуют тому, чтобы торнадо происходили в горных районах. Торнадо были задокументированы на высотах, превышающих 10 000 футов, и пересекли горные хребты. Однако нарушение низкоуровневого потока ветра сложной местностью иногда может ослабить торнадо или вызвать их рассеивание быстрее, чем они могли бы на равнинной земле.

Городские районы представляют собой сложную среду для торнадо. Вопреки распространенному мифу, города не отражают торнадо, и многочисленные крупные столичные районы испытали прямые удары торнадо. Разнообразная местность городских ландшафтов - с высокими зданиями, различными поверхностными материалами и измененными моделями ветра - может потенциально повлиять на интенсивность торнадо и путь, хотя точный характер этих эффектов остается активной областью исследований.

Атмосферная нестабильность и штормовая структура

Степень атмосферной нестабильности и специфическая структура родительской грозы существенно влияют на поведение и движение торнадо. Высоко неустойчивые атмосферные условия могут производить более интенсивные и более долгоживущие торнадо, которые поддерживают последовательные пути на больших расстояниях. И наоборот, маргинальная нестабильность может привести к более слабым, более коротким торнадо с более неустойчивыми путями.

Внутренняя динамика грозы суперячейки также играет решающую роль.Взаимодействие между зонами восходящего и нисходящего торнадо, сила и положение мезоциклона, а также характеристики нисходящего флангового торнадо заднего фланга — все это способствует определению того, где в пределах шторма сформируется торнадо и как он будет двигаться относительно общего движения шторма.

Предполагая, что условия будут присутствовать для поддержки гроз суперклеток в целом, торнадогенез становится все более вероятным по мере увеличения сдвига ветра и относительной влажности на низком уровне. Те же самые факторы, которые делают образование торнадо более вероятным, также имеют тенденцию производить торнадо с более предсказуемыми путями, которые тесно следуют за движением родительского шторма.

Роль границ оттока и фронтальных систем

Границы оттока от предыдущих гроз и фронтальных систем могут существенно влиять на траектории торнадо, изменяя местные ветровые узоры и создавая зоны усиленной конвергенции.Когда торнадо-продуцирующий шторм взаимодействует с этими особенностями, траектория торнадо может отклоняться от того, что можно было бы ожидать, основываясь исключительно на ветров рулевого управления верхнего уровня.

Холодные фронты, тёплые фронты и сухие линии служат очагами для тяжёлого развития погоды и могут влиять на ориентацию и движение торнадо-продуцирующих штормов.Торнадо, образующиеся вдоль этих границ, могут двигаться параллельно границе, а не в типичном юго-западно-северо-восточном направлении, что приводит к необычным ориентациям пути.

Взаимодействие между несколькими погодными системами может создавать особенно сложные сценарии.Когда производящая торнадо суперячейка сталкивается с оттоком из близлежащих штормов или перемещается через среду с несколькими конкурирующими ветрами, полученный путь торнадо может стать очень нерегулярным и трудно прогнозируемым.

Характеристики и статистика тропы торнадо

Длина пути и вариации широты

Пути торнадо чрезвычайно различаются по длине и ширине, от коротких приземлений, которые затрагивают всего несколько сотен ярдов, до торнадо, которые вырезают пути разрушения длиной более 200 миль и шириной более мили.Понимание этих изменений имеет решающее значение для оценки ущерба, планирования реагирования на чрезвычайные ситуации и улучшения климатологии торнадо.

Связь с длиной и продолжительностью пути также варьируется, хотя более длинные торнадо, как правило, сильнее. Эта связь между длиной и интенсивностью пути отражает тот факт, что более интенсивные торнадо обычно связаны с более сильными и более продолжительными грозами суперклеток, которые могут поддерживать благоприятные условия в течение длительных периодов.

Ширина пути повреждения торнадо может варьироваться от нескольких ярдов для слабых торнадо до более двух миль для самых экстремальных событий. Ширина не постоянна вдоль пути; торнадо часто растут и сжимаются по мере их перемещения, отражая изменения интенсивности вращения и структуры родительского шторма. Многовихрные торнадо могут создавать сложные модели повреждений с областями экстремальных разрушений, разделенными зонами меньших повреждений.

Статистика длины торнадо показывает интересные закономерности. Большинство торнадо относительно недолговечны, с траекториями, измеряемыми менее чем пятью милями. Однако небольшой процент торнадо — обычно более сильных — может путешествовать на необычайные расстояния. Самым длинным траекторией торнадо, когда-либо зарегистрированным, был Три-штатный Торнадо 1925 года, который проехал примерно 219 миль через Миссури, Иллинойс и Индиану, хотя современный анализ предполагает, что это, возможно, было семейство торнадо, а не один непрерывный торнадо.

Скорость движения

Скорость движения торнадо по ландшафту значительно варьируется и имеет важные последствия для предупреждения о времени прохождения и решения об эвакуации. Большинство торнадо движутся со скоростью от 25 до 40 миль в час, примерно совпадая со скоростью их родительской грозы. Однако это далеко не универсально, и скорости торнадо могут варьироваться от почти стационарных до более 70 миль в час в крайних случаях.

Медленно движущиеся торнадо могут быть особенно разрушительными, поскольку они проводят больше времени над любым заданным местом, позволяя своим ветрам наносить максимальный ущерб.Упомянутый ранее торнадо Джаррелл, штат Техас, двигался со скоростью всего около 15 миль в час, и это медленное движение способствовало полному разрушению домов на его пути.Наоборот, быстро движущиеся торнадо могут быть опасными, поскольку они дают людям меньше времени для реагирования и поиска убежища.

Скорость движения торнадо может меняться в течение жизни торнадо. Торнадо может начать двигаться медленно, разгоняться до высоких скоростей, а затем снова замедляться, прежде чем рассеиваться. Эти изменения скорости движения вперед часто соответствуют изменениям в структуре родительского шторма и более широкой погодной модели, управляющей штормом.

Непрерывные вертикали против прерывистых путей

Не все торнадо являются непрерывными линиями повреждения. Некоторые торнадо проявляют циклическое поведение, касаясь, поднимая с земли, а затем снова касаясь. Это может создать прерывистый путь повреждения, который может изначально казаться работой нескольких отдельных торнадо. Понимание этого поведения важно для точной документации торнадо и климатологических записей.

Циклический торнадогенез, при котором суперклетка производит ряд торнадо с течением времени, также может создавать сложные закономерности путей повреждения.Каждый торнадо в последовательности может следовать несколько иным путем, а общая картина отражает как движение родительского шторма, так и специфические условия, которые привели к образованию каждого торнадо.

Интенсивность повреждений по пути торнадо редко бывает однородной. В случае жестоких торнадо только небольшая часть пути имеет интенсивность насилия. Большинство торнадо проявляют колеблющуюся интенсивность при движении, при этом участки пиковых повреждений перемежаются с зонами меньших разрушений. Эта изменчивость отражает изменения внутренней структуры торнадо, взаимодействия с местностью и наличие обломков для нанесения ущерба.

Географическое распределение и аллея Торнадо

Сердце аллеи Торнадо

Торнадо чаще всего встречаются в Северной Америке, особенно в центральных и юго-восточных регионах США, в разговорной речи известных как Аллея Торнадо; в США на сегодняшний день больше всего торнадо в любой стране мира.Этот регион, простирающийся от Техаса на север через Оклахому, Канзас, Небраску и в Южную Дакоту, испытывает самую высокую частоту торнадо во всем мире из-за уникальной комбинации географических и атмосферных факторов.

Великие равнины обеспечивают идеальную среду для развития торнадо.Теплый, влажный воздух из Мексиканского залива течет на север по равнинной местности, где он встречает прохладный, сухой воздух, спускающийся с Скалистых гор и холодные воздушные массы, движущиеся на юг из Канады.Это столкновение воздушных масс с совершенно разными характеристиками создает сильный сдвиг ветра и атмосферную нестабильность, необходимую для развития суперклеточной системы.

В той степени, в которой имеются записи, суперклетки наиболее часто встречаются в Великих равнинах центральной части Соединенных Штатов и южной части Канады, простирающихся на юго-восток США. Частота суперклеток в этом регионе напрямую переводится в более высокую частоту торнадо, что делает его наиболее подверженным торнадо районом на Земле.

Оригинальное название: Dixie Alley and Beyond

В то время как аллея Торнадо получает наибольшее внимание, другие регионы Соединенных Штатов испытывают значительную активность торнадо.Юго-восточные Соединенные Штаты, иногда называемые «Аллеей Дикси», стали особенно опасным регионом торнадо. Эта область, охватывающая части Арканзаса, Луизианы, Миссисипи, Алабамы и Теннесси, испытывает частые торнадо, которые часто более смертельны, чем те, которые в традиционной аллее Торнадо.

Несколько факторов делают торнадо на Дикси-Аллее особенно опасным. В регионе больше деревьев и холмов, чем на Великих равнинах, что затрудняет наблюдение за торнадо и сокращает время предупреждения. Торнадо в этом регионе часто происходят ночью, когда люди спят и реже получают предупреждения. В регионе также более высокий процент мобильных домов, которые чрезвычайно уязвимы к повреждению торнадо. Кроме того, местность и растительность могут сделать тропы торнадо более неустойчивыми и трудными для прогнозирования.

Другие регионы США также испытывают заметную активность торнадо. В долине Огайо, в штатах Средней Атлантики и даже в некоторых частях северо-востока торнадо наблюдаются с некоторой регулярностью. Хотя эти районы не испытывают такой же частоты, как Аллея Торнадо или Аллея Дикси, торнадо, которые происходят, могут быть значительными и смертельными, отчасти потому, что жители могут быть менее подготовленными, а инфраструктура может не быть разработана с учетом торнадо.

Глобальное появление торнадо

Торнадо также встречаются в Южной Африке, большей части Европы (кроме большинства Альп), западной и восточной Австралии, Новой Зеландии, Бангладеш и прилегающих к ним восточных Индии, Японии, Филиппинах и юго-восточной Южной Америке (Уругвай и Аргентина).В то время как Соединенные Штаты доминируют в глобальной статистике торнадо, торнадо действительно является всемирным явлением, которое может происходить на всех континентах, кроме Антарктиды.

В Европе ежегодно происходит несколько сотен торнадо, причем в Соединенном Королевстве наблюдается одна из самых высоких плотностей торнадо на единицу площади в мире, хотя большинство из них слабые. Бангладеш испытывает особенно смертельные торнадо из-за высокой плотности населения и уязвимого жилья. Торнадо Даулатпур-Сатурия 1989 года убил около 1300 человек, что делает его одним из самых смертоносных торнадо в истории.

Климатология торнадо в Австралии менее хорошо документирована, чем в Соединенных Штатах, но страна регулярно испытывает торнадо, особенно в юго-восточных регионах.В Аргентине регион Пампас имеет географические и атмосферные характеристики, аналогичные Великим равнинам США, и испытывает значительную активность торнадо, хотя документация и исследования менее обширны.

Это глобальное распределение суперклеток и торнадо подчеркивает, что, хотя некоторые регионы более склонны к этим штормам, основные атмосферные ингредиенты для образования торнадо могут объединяться во многих различных географических условиях.

Предсказание и отслеживание троп Торнадо

Достижения в области радарных технологий

Разработка и развертывание доплеровского метеолокатора произвели революцию в обнаружении и отслеживании торнадо. Наиболее надежным способом обнаружения мезоциклона является доплеровский метеолокатор. Эти сложные инструменты могут обнаруживать вращение в грозах, измеряя скорость частиц осадков, движущихся к радару и от него, что позволяет метеорологам идентифицировать мезоциклоны и потенциальное образование торнадо до того, как торнадо приземлится.

Торнадо можно обнаружить до или по мере их возникновения с помощью импульсно-доплеровского радара, распознавая закономерности в данных о скорости и отражательной способности, такие как крючковые эхо или шарики-обломки, а также усилиями торнадо.Крючковое эхо, отличительная радиолокационная сигнатура, показывающая осадки, обернутые вокруг мезоциклона, стало одним из наиболее узнаваемых показателей потенциального образования торнадо.

Современные радиолокационные сети обеспечивают почти непрерывное покрытие торнадо-прогнозируемых регионов, с данными, обновляемыми каждые несколько минут. Это позволяет метеорологам отслеживать эволюцию сильных гроз в режиме реального времени и выдавать предупреждения с большей точностью и временем отведения, чем это было возможно в предыдущие десятилетия. Мобильные радиолокационные установки, такие как Доплер на Колеса, предоставили беспрецедентные наблюдения на близком расстоянии торнадо, раскрывая детали их внутренней структуры и поведения, которые ранее были неизвестны.

Прогнозирование вызовов и ограничений

Несмотря на огромные достижения в технологии и понимании, прогнозирование точного пути торнадо остается чрезвычайно сложным. Даже в дни вспышки торнадо не все суперклетки являются торнадическими, и торнадические суперклетки не являются торнадическими все время. Эта изменчивость затрудняет с уверенностью предсказать, какие штормы будут производить торнадо и когда эти торнадо будут формироваться.

Если происходит торнадо, синоптики практически не имеют возможности дать общественности указания относительно текущей интенсивности торнадо, будущей интенсивности или ожидаемой продолжительности.Это ограничение означает, что все предупреждения о торнадо должны рассматриваться как потенциально опасные для жизни, даже если фактическая интенсивность торнадо сильно варьируется.

Непредсказуемый характер торнадо траекторий добавляет еще один слой сложности.В то время как метеорологи могут с разумной точностью предсказать общее движение родительской грозы, конкретный путь, который примет торнадо, включая любые внезапные повороты или изменения в направлении, остается в значительной степени непредсказуемым, пока торнадо уже находится на земле и отслеживается радаром.

Роль штормовых пятен

Несмотря на сложную технологию, подготовленные человеческие наблюдатели остаются важнейшим компонентом систем предупреждения о торнадо. Штормовые пятнистые, часто добровольцы, обученные Национальной метеорологической службой по программе SKYWARN, предоставляют наземные наблюдения, которые дополняют данные радара. Они могут подтверждать приземления торнадо, сообщать о поведении и движении торнадо и предоставлять информацию о районах, где радиолокационное покрытие может быть ограничено.

Штормовые охотники, как любители, так и профессионалы, также вносят ценные наблюдения и документацию о поведении торнадо. Их наблюдения ближнего действия и видеодокументация улучшили научное понимание структуры и динамики торнадо. Однако погоня за штормами несет значительные риски, а растущая популярность деятельности вызвала опасения по поводу безопасности и вмешательства в аварийные операции.

Интеграция отчетов о пробирках с данными радаров и компьютерными моделями создает полную картину серьезных погодных угроз.Когда пробирка подтверждает торнадо на земле, эта информация немедленно передается в Национальную службу погоды и включается в предупреждения, предоставляя общественности самую актуальную и точную информацию.

Будущие направления в предсказании Торнадо

Исследования продолжают раздвигать границы прогнозирования и понимания торнадо. Компьютерные модели высокого разрешения теперь могут симулировать отдельные грозы и торнадо с замечательными деталями, помогая ученым понять физические процессы, связанные с формированием и поведением торнадо. Эти модели постепенно включаются в оперативное прогнозирование, хотя значительные проблемы остаются в переводе результатов модели в действенные предупреждения.

Технология радара с фазированной решеткой обещает обеспечить еще более быстрые обновления, чем современные доплеровские радары, потенциально позволяя метеорологам обнаруживать образование торнадо раньше и отслеживать эволюцию торнадо с большей точностью.Радар двойной поляризации, в настоящее время стандартный для радаров Национальной метеорологической службы, предоставляет дополнительную информацию о размере и типе частиц осадков, помогая идентифицировать мусор, поднимаемый торнадо, и подтвердить возникновение торнадо.

Машинное обучение и искусственный интеллект применяются для прогнозирования торнадо, с алгоритмами, обученными на десятилетиях радиолокационных данных для выявления закономерностей, связанных с образованием торнадо. Хотя эти технологии показывают перспективы, они все еще находятся в разработке и сталкиваются с проблемами в борьбе со сложной и переменной природой штормов, вызывающих торнадо. Для получения дополнительной информации о прогнозировании суровой погоды посетите Центр прогнозирования штормов NOAA .

Документация и анализ пути торнадо

Обследования повреждений и картирование путей

После того, как происходит торнадо, метеорологи Национальной метеорологической службы проводят подробные исследования ущерба, чтобы нанести на карту путь торнадо и оценить его интенсивность. Эти исследования включают изучение моделей повреждений, опрос свидетелей и использование аэрофотоснимков для отслеживания трека торнадо по ландшафту. Полученные карты предоставляют ценные данные для климатологических исследований и помогают сообществам понять их риск торнадо.

Современные исследования повреждений все чаще включают в себя передовые технологии. Дроны обеспечивают подробные воздушные виды путей повреждения без затрат на пилотируемые самолеты. Спутниковые снимки, особенно коммерческие спутниковые данные высокого разрешения, могут выявить пути торнадо даже в отдаленных районах. Географические информационные системы (ГИС) позволяют геодезистам создавать подробные, геоссылочные карты путей торнадо, которые могут быть проанализированы наряду с другими географическими данными.

Данные доплеровской метеорологической радиолокационной станции, фотограмметрия и схемы завихрений грунта (циклоидные метки) также могут быть проанализированы для определения интенсивности и присвоения рейтинга. Эти многочисленные линии доказательств помогают обеспечить точные оценки интенсивности и документацию пути, которые имеют решающее значение для понимания климатологии торнадо и улучшения строительных норм и стандартов безопасности.

Расширенная шкала Fujita

Шкала EF была разработана таким образом, чтобы торнадо, оцененный по шкале Фудзиты, получил такой же численный рейтинг, и была реализована, начиная с 2007 года в Соединенных Штатах, с торнадо EF0, вероятно, повреждающим деревья, но не существенными структурами, тогда как торнадо EF5 может сорвать здания с их фундаментов, оставляя их голыми и даже деформировать большие небоскребы.

Расширенная шкала Фудзиты представляет собой улучшение по сравнению с первоначальной шкалой Фудзиты, включив лучшее понимание скорости ветра и отношений повреждений. В шкале рассмотрены 28 различных показателей ущерба, от небольших структур, таких как амбары и мобильные дома, до крупных зданий и деревьев, с несколькими степенями повреждения для каждого показателя. Это позволяет получить более тонкие и точные оценки интенсивности на основе конкретных типов наблюдаемых повреждений.

Оценки интенсивности по пути торнадо могут значительно различаться. Исследовательские группы отображают эти вариации, создавая картину того, как интенсивность торнадо колебалась при его перемещении. Эта информация помогает ученым понять, какие факторы вызывают торнадо для усиления или ослабления, и предоставляет ценные данные для улучшения систем прогнозирования и предупреждения торнадо.

Исторические записи Tornado Path

Всесторонние записи о траекториях торнадо в США относятся к 1950-м годам, когда всерьез началась систематическая документация о торнадо. Более ранние записи существуют, но менее полные и надежные, так как многие торнадо, особенно в сельских районах, остались незамеченными или незарегистрированными. Историческая база данных траекторий торнадо предоставляет бесценную информацию для понимания долгосрочных тенденций, оценки риска торнадо и планирования будущих событий.

Анализ исторических траекторий торнадо выявил интересные закономерности и тенденции. Некоторые области демонстрируют последовательную активность торнадо на протяжении десятилетий, в то время как другие испытали значительные изменения. Являются ли эти изменения истинными изменениями частоты торнадо или просто отражают улучшения в обнаружении и отчетности, остается предметом продолжающихся исследований и дебатов.

Изменение климата добавляет еще одно измерение к анализу траекторий и моделей торнадо. Хотя взаимосвязь между изменением климата и активностью торнадо сложна и не полностью понята, ученые изучают, могут ли потепление температур и изменение атмосферных моделей влиять на то, где и когда происходят торнадо. Некоторые исследования предполагают возможные сдвиги в моделях активности торнадо, хотя окончательные выводы остаются неуловимыми из-за проблем обнаружения тенденций в относительно редких событиях.

Стратегии безопасности и готовности

Понимание систем предупреждения

Современные системы предупреждения о торнадо работают на нескольких уровнях, от широкомасштабных прогнозов, выпущенных за несколько дней до немедленных предупреждений о торнадо на земле. Понимание этих различных уровней оповещений помогает людям принимать соответствующие решения о готовности и эффективно реагировать, когда торнадо угрожает.

Центр прогнозирования штормов выдает конвективные прогнозы, которые определяют районы, подверженные риску суровой погоды, включая торнадо, за восемь дней до начала мероприятия. Эти прогнозы становятся более конкретными по мере приближения события, а прогнозы на 1 день предоставляют подробную информацию о сроках, местоположении и потенциальной серьезности угроз торнадо. Местные национальные службы погоды выдают часы, когда условия благоприятны для развития торнадо в конкретном районе, как правило, охватывают несколько округов и длятся несколько часов.

Предупреждения о торнадо представляют собой наиболее срочный уровень предупреждения, выдаваемого, когда торнадо был обнаружен радаром или сообщен пятнистыми. Эти предупреждения обычно охватывают меньшие площади, чем часы, и выдаются на более короткие периоды времени, обычно от 30 до 60 минут. Внедрение предупреждений на основе шторма, которые описывают конкретную область, угрожаемую конкретным штормом, а не охватывают целые округа, повысило точность предупреждения и снизило показатели ложной тревоги.

Выбор приюта и меры безопасности

Знание того, где укрыться во время торнадо, имеет решающее значение для выживания. Наиболее безопасным местом является подвал или подземное укрытие, расположенное вдали от окон и под прочной мебелью или рабочей скамейкой, если это возможно. Для зданий без подвалов, внутренняя комната на самом низком этаже, предпочтительно ванная комната или шкаф с прочными стенами, предлагает лучшую защиту.

Мобильные дома и транспортные средства являются чрезвычайно опасными местами для пребывания во время торнадо. Мобильные дома, даже те, которые связаны, практически не обеспечивают защиту от торнадо и должны быть эвакуированы в пользу более существенной структуры или назначенного общественного убежища. Люди, пойманные в транспортных средствах, не должны пытаться обогнать торнадо, а вместо этого должны искать убежище в прочном здании. Если нет здания и торнадо неизбежен, лежащее в канаве или низменной области от транспортных средств может предложить некоторую защиту, хотя это последнее средство.

Школы, рабочие места и общественные здания должны иметь планы безопасности торнадо, которые определяют зоны укрытия и устанавливают процедуры для быстрого перемещения людей в безопасное место. Регулярные учения помогают гарантировать, что все знают, что делать, когда выдается предупреждение о торнадо. Крупные объекты, такие как стадионы и торговые центры, сталкиваются с особыми проблемами при быстром перемещении большого количества людей в безопасное место и должны иметь подробные планы действий в чрезвычайных ситуациях.

Готовность и планирование сообщества

Подготовленность на уровне общин существенно влияет на исходы торнадо. Сообщества в районах, подверженных торнадо, должны иметь всеобъемлющие планы управления чрезвычайными ситуациями, которые касаются угроз торнадо, включая распространение предупреждений, доступность жилья и послеторнадо. Государственные образовательные кампании помогают обеспечить понимание жителями рисков торнадо и знать, как реагировать на предупреждения.

Строительные нормы, которые учитывают риски торнадо, могут уменьшить ущерб и потери. Хотя ни одна надземная конструкция не может выдержать прямого попадания от сильного торнадо, надлежащие методы строительства могут значительно повысить устойчивость здания к более слабым торнадо и уменьшить количество образующегося мусора, который является причиной многих травм и смертей от торнадо.

Общественные приюты для торнадо обеспечивают защиту людей, которые не имеют доступа к адекватному приюту в своих домах, особенно жителей мобильных домов. Эти приюты должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать экстремальные ветры и летающий мусор и должны быть легко доступны населению, которому они служат. Надлежащие вывески и кампании по информированию общественности гарантируют, что люди знают, где находятся приюты и как быстро к ним получить доступ.

Реакция и восстановление после торнадо

Непосредственные последствия торнадо представляют собой многочисленные опасности, от сбитых линий электропередач и утечек природного газа до нестабильных структур и мусора. Реагирующие на чрезвычайные ситуации должны быстро оценивать ущерб, искать выживших и обеспечивать безопасные опасные ситуации. Хорошо подготовленные сообщества могут быстро мобилизовать ресурсы реагирования, потенциально спасая жизни в критические часы после торнадо.

Долгосрочное восстановление после крупных торнадо может занять годы и требует скоординированных усилий местных, государственных и федеральных агентств, а также некоммерческих организаций и добровольцев.Понимание типичных путей и моделей торнадо помогает общинам планировать восстановление, включая решения о восстановлении мест и реализации мер по смягчению последствий для снижения риска торнадо в будущем.

Документация путей торнадо и моделей ущерба предоставляет ценную информацию для страховых требований, помощи при стихийных бедствиях и планирования на будущее. Сообщества, которые ведут хорошие записи о событиях торнадо, могут лучше оценить свой риск и принять обоснованные решения о землепользовании, строительных нормах и инвестициях в обеспечение готовности к чрезвычайным ситуациям. Узнайте больше о безопасности торнадо из руководства по готовности к торнадо Ready.gov .

Физика движения торнадо

Динамика вращения

Торнадо обычно вращаются циклонично (при взгляде сверху это против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном полушарии). Это преобладающее направление вращения отражает влияние вращения Земли на крупномасштабные погодные системы, хотя эффект Кориолиса слишком слаб, чтобы непосредственно вызывать вращение торнадо.

Это доминирование направления вращения косвенно связано с вращением Земли, которое играет роль в управлении структурой всех крупномасштабных погодных систем, причем большинство торнадо, создаваемых грозами, встроены в более крупные погодные системы, которые определяют вертикальный сдвиг в ветрах, и эти системы вращаются циклически, причем вращение торнадо происходит из концентрации спина, присутствующего в стриженных ветрах.

Однако не все торнадо следуют этой схеме. Не все торнадо циклонические, при этом около 5 процентов всех наблюдаемых торнадо вращаются антициклонически. Эти антициклонические торнадо обычно образуются в разных частях суперклеточных гроз, чем их циклонические аналоги, и обычно слабее, хотя существуют исключения.

Скорость ветра и градиенты давления

Несколько измерений сильных ветров торнадо показывают, что максимальные возможные тангенциальные скорости ветра, генерируемые торнадо, находятся в диапазоне от 125 до 160 метров в секунду или от 450 до 575 км в час, причем большинство исследователей считают, что фактическое экстремальное значение находится вблизи нижнего конца этого диапазона, что согласуется с измерением самой быстрой скорости ветра, когда-либо измеренной, 318 миль в час, в торнадо, который ударил по пригороду Оклахома-Сити, штат Оклахома, 3 мая 1999 года.

Эти экстремальные скорости ветра происходят на относительно небольшой площади внутри торнадо, обычно в кольце вокруг центрального ядра.Распределение скоростей ветра внутри торнадо сложное, при этом самые сильные ветры обычно обнаруживаются на некотором расстоянии от центра, а не в самом центре.Эта структура влияет на то, как торнадо наносят ущерб и влияет на закономерности разрушения, наблюдаемые в обследованиях повреждений.

Падение давления в центре торнадо, хотя и значительное, не является основной причиной повреждения. Большая часть ущерба от торнадо происходит одним из двух прямых способов: воздействие экстремального ветра или удар летящего мусора. Чрезвычайные ветры несут ответственность за большинство структурных повреждений, в то время как летающий мусор вызывает большинство травм и смертей.

Множественные феномены вихрей

Многовихревое торнадо — это тип торнадо, в котором два или более столбцов вращающегося воздуха вращаются вокруг своих осей и в то же время вращаются вокруг общего центра, структуры, которая может возникать практически в любой циркуляции, но очень часто наблюдается в интенсивных торнадо, причем эти вихри часто создают небольшие участки более тяжелых повреждений вдоль основного пути торнадо.

Несколько вихревых торнадо создают сложные модели повреждений, которые трудно интерпретировать. Отдельные вихри могут быть только десятков ярдов в ширину, но могут наносить экстремальные повреждения в их узких траекториях. Поскольку эти вихри вращаются вокруг основного центра торнадо, они создают циклоидную картину повреждений с областями интенсивного разрушения, разделенными зонами меньшего повреждения.

Понимание структуры множественных вихрей важно как для оценки повреждений, так и для безопасности.Наличие множественных вихрей может вызывать быстрые колебания скорости ветра в заданном месте при прохождении различных вихрей, а общая ширина пути повреждения может быть больше ширины любого отдельного вихря из-за орбитального движения вихрей вокруг центра торнадо.

Мифы и заблуждения о тропах торнадо

Разоблачение общих мифов

Многочисленные мифы о поведении торнадо сохраняются, несмотря на научные доказательства обратного. Одно распространенное заблуждение состоит в том, что торнадо не может пересекать водоемы. Торнадо могут пересекать водоемы, развенчивая миф о том, что водоёмы безопасны от деятельности торнадо. Торнадо пересекали реки, озера и даже крупные водоёмы, сохраняя при этом свою интенсивность.

Другой стойкий миф предполагает, что торнадо привлекают мобильные домашние парки. На самом деле мобильные дома просто гораздо более уязвимы к повреждению торнадо, чем обычные конструкции, поэтому повреждение торнадо мобильных домашних парков более заметно и запоминается. Торнадо не ищут мобильные дома; они повреждают их более сильно, когда им случается нанести удар.

Идея о том, что открывающиеся окна уравняют давление и уменьшают повреждения, не только ложна, но и опасна. Время, затрачиваемое на открытие окон, лучше потратить на поиск укрытия, а разница давления между внутренней и внешней частью здания во время торнадо не является основной причиной структурного сбоя. Силы ветра и удары обломков наносят подавляющее большинство повреждений.

Некоторые люди считают, что дорожные эстакады обеспечивают безопасное укрытие от торнадо. Это крайне опасная дезинформация. Эстакады могут фактически создать эффект аэродинамической трубы, увеличивающий скорость ветра, а люди, укрывающиеся под эстакадами, подвергаются воздействию летающего мусора и риску быть выбитыми из-под эстакады. Многочисленные смерти произошли, когда люди искали убежище под эстакадами во время торнадо.

Реальность непредсказуемости торнадо

Хорошее эмпирическое правило при изучении торнадо: нет такого понятия, как всегда. Этот принцип применим практически ко всем аспектам поведения торнадо, включая их пути. Хотя существуют статистические закономерности и обеспечивают полезное руководство, отдельные торнадо могут и действительно регулярно нарушать эти закономерности.

В каждом регионе мира может быть общая погода или штормовая картина, но погода непредсказуема. Эта непредсказуемость означает, что готовность и бдительность необходимы даже в районах, которые не часто испытывают торнадо. Редкие события могут и происходят, и быть готовыми к маловероятным, но событиям с высокой последствием является отличительной чертой эффективного управления чрезвычайными ситуациями.

Сложность поведения торнадо означает, что даже эксперты иногда удивляются тому, что делают торнадо. Длинные торнадо, которые движутся более 100 миль, торнадо, которые движутся в необычных направлениях, и торнадо, которые проявляют экстремальные флуктуации интенсивности, бросают вызов нашему пониманию и возможностям прогнозирования. Продолжение исследований и наблюдений имеют важное значение для улучшения наших знаний об этих замечательных атмосферных явлениях.

Исследования и понимание будущего

Полевые исследовательские программы

Основные программы полевых исследований значительно продвинули наше понимание торнадо и их поведения.Проекты VORTEX (Verification of the Origins of Rotation in Tornadoes Experiment), проведенные в 1990-х и 2000-х годах, развернули команды ученых с мобильными радарами, метеорологическими приборами и платформами наблюдения для перехвата торнадо и сбора подробных данных о формировании и структуре торнадо.

Эти полевые программы раскрыли важные детали о формировании торнадо, которые ранее были неизвестны или плохо изучены. Последние теории и результаты программ VORTEX предполагают, что после того, как мезоциклон находится в стадии разработки, развитие торнадо связано с изменениями температуры по краю обертывания опускаемого воздуха вокруг мезоциклона. Такие идеи помогают уточнить концептуальные модели торнадогенеза и могут в конечном итоге привести к улучшению методов прогнозирования.

Продолжающиеся исследования продолжают исследовать тайны поведения торнадо. Ученые исследуют, почему некоторые суперклетки производят торнадо, а другие нет, что определяет интенсивность торнадо и продолжительность жизни, и как торнадо взаимодействуют с местностью и структурами. Каждый полевой сезон приносит новые наблюдения и данные, которые способствуют нашему эволюционирующему пониманию этих сложных явлений.

Достижения в области компьютерного моделирования

Компьютерное моделирование с высоким разрешением становится все более важным инструментом для исследования торнадо.Современные суперкомпьютеры могут имитировать отдельные грозы суперячеек с расстоянием между сетками, достаточно тонким, чтобы разрешать особенности масштаба торнадо, позволяя ученым исследовать трехмерную структуру и эволюцию торнадо способами, которые невозможны только с помощью наблюдений.

Эти симуляции позволили получить подробную информацию о внутренней структуре торнадо, процессах, которые приводят к образованию торнадо, и факторах, определяющих интенсивность торнадо. Хотя симуляции пока не могут достоверно предсказать, будет ли конкретный реальный шторм вызывать торнадо, они дают ценную информацию о физических процессах и помогают направлять приоритеты исследований.

Интеграция наблюдений и моделирования продвигает науку о торнадо. Исследователи используют наблюдения для проверки и улучшения моделей, в то время как модели помогают интерпретировать наблюдения и предлагают новые гипотезы для проверки. Этот синергетический подход постепенно заполняет пробелы в нашем понимании формирования торнадо, поведения и путей.

Исследования социального воздействия

Изучение того, как люди получают, интерпретируют и реагируют на предупреждения о торнадо, имеет решающее значение для повышения эффективности предупреждения и сокращения потерь. Исследования показали, что на реакцию предупреждения влияют многочисленные факторы, включая прошлый опыт, доверие к источникам предупреждения, а также конкретная формулировка и представление предупреждений.

Социальные уязвимости различных групп населения к воздействию торнадо значительно различаются. Такие факторы, как качество жилья, доступ к приюту, языковые барьеры и физическая мобильность, влияют на то, насколько хорошо люди могут защитить себя от торнадо. Исследования этих социальных аспектов риска торнадо помогают руководителям чрезвычайных ситуаций разрабатывать более эффективные и справедливые программы предупреждения и готовности.

Экономические исследования изучают стоимость ущерба от торнадо и эффективность различных стратегий смягчения последствий. Понимание экономических последствий торнадо помогает директивным органам принимать обоснованные решения об инвестициях в системы оповещения, строительные нормы и общинные приюты. Анализ затрат и выгод может направлять распределение ресурсов для максимального сокращения потерь и ущерба от торнадо.

Вывод: жизнь с риском торнадо

Торнадо представляют собой одно из самых мощных и непредсказуемых явлений природы, способное нанести катастрофический ущерб по тропам, которые могут растянуться на десятки или даже сотни миль.В то время как был достигнут значительный прогресс в понимании формирования торнадо, поведения и моделей движения, эти штормы продолжают бросать вызов нашим возможностям прогнозирования и требуют уважения к их разрушительному потенциалу.

Образцы и пути, по которым следуют торнадо, отражают сложное взаимодействие атмосферной динамики, географических факторов и сезонных колебаний. Большинство торнадо перемещаются с юго-запада на северо-восток или с запада на восток, хотя некоторые из них изменили направление на пути или даже отступили. Понимание этих общих закономерностей при признании возможности исключений имеет решающее значение для эффективной готовности и реагирования.

Достижения в области радиолокационной техники, компьютерного моделирования и атмосферной науки значительно улучшили нашу способность обнаруживать и предупреждать о торнадо. Время предупреждения о торнадо увеличилось, а частота ложных тревог снизилась, спасая бесчисленные жизни за последние несколько десятилетий. Однако остаются значительные проблемы, особенно в прогнозировании интенсивности торнадо и предоставлении конкретных указаний о путях и поведении торнадо.

Для общин и отдельных лиц в районах, подверженных торнадо, понимание путей и закономерностей торнадо является лишь одним из компонентов комплексной готовности. Наличие плана безопасности, знание того, где укрыться, информирование о погодных условиях и оперативное реагирование на предупреждения являются важными элементами безопасности торнадо. Никакое количество знаний о траекториях торнадо не может заменить принятие надлежащих защитных мер, когда торнадо угрожает.

По мере развития климатических моделей и роста населения в регионах, подверженных торнадо, важность исследований и готовности к торнадо будет только возрастать. Постоянные инвестиции в исследования, системы оповещения и государственное образование необходимы для снижения потерь, которые торнадо берут на себя жизни и имущество. Объединив научное понимание с практическими мерами готовности, сообщества могут стать более устойчивыми к этим мощным штормам.

Изучение путей торнадо раскрывает как силу научного исследования, так и смирение, необходимое при столкновении с самыми сильными штормами природы. Каждый торнадо учит нас чему-то новому, будь то данные, собранные сложными инструментами, или опыт тех, кто выживает в этих событиях. Продолжая наблюдать, анализировать и учиться у торнадо, мы приближаемся к цели защиты всех людей от этих замечательных, но опасных атмосферных явлений. Для последних исследований и прогнозов торнадо посетите Национальную лабораторию тяжелых штормов .