Обзор формирования и движения торнадо

Торнадо остаются одним из самых сильных атмосферных явлений на Земле. Они образуются, когда интенсивные грозы, особенно суперклетки, развивают вращающийся восходящий поток, называемый мезоциклоном. При правильных условиях это вращение затягивается и опускается, создавая видимое вороночное облако, которое, если оно касается земли, становится торнадо. Понимание того, где, когда и как эти вихри движутся, имеет решающее значение для систем раннего предупреждения и долгосрочной оценки риска.

В то время как основная механика генеза торнадо является последовательной во всем мире, закономерности, где они происходят, направления, которые они перемещают, и длины их следов резко варьируются от региона к региону.В этой статье исследуются эти различия, объясняя географические, климатические и атмосферные факторы, которые формируют следы торнадо по всему миру.

Регионы, склонные к торнадо

Ни одно место на Земле не испытывает торнадо так часто и интенсивно, как США, но значительная активность также происходит на каждом обитаемом континенте, кроме Антарктиды.Распределение событий торнадо далеко не случайно; оно следует за отдельными климатологическими зонами.

Северная Америка: глобальная точка доступа

Центральные Соединенные Штаты имеют самую высокую в мире концентрацию торнадо, обычно называемую аллеей торнадо. Этот слабо определенный регион традиционно охватывает части Техаса, Оклахомы, Канзаса, Небраски и Южной Дакоты. Здесь теплый, влажный воздух из Мексиканского залива встречает сухой, прохладный воздух из Скалистых гор и канадских равнин, создавая идеальную среду для суперклеточных гроз. Торнадо в этом регионе, как правило, происходят весной и в начале лета, часто путешествуя на большие расстояния по открытой местности.

Вторичный, но не менее опасный регион — Дикси Аллея, охватывающая юго-восточные Соединенные Штаты, включая Алабаму, Миссисипи, Джорджию и Теннесси. Торнадо Дикси Аллея чаще встречается в конце осени и начале весны, часто заворачивается дождем (что затрудняет их наблюдение) и часто происходит ночью. Следы в этом регионе могут быть такими же длинными, как и в аллее Торнадо, но часто пересекают сильно лесистые или холмистые районы, что усложняет обследования повреждений.

Канада также фиксирует десятки торнадо ежегодно, в основном в южных провинциях прерий (Саскачеван, Манитоба, Онтарио) и внутренней Британской Колумбии.В то время как в целом более слабые, чем их американские коллеги, канадские торнадо следуют аналогичным юго-западным-северо-восточным путям.

Европа: маленькая, но частая

В Европе ежегодно происходит несколько сотен торнадо, большинство из которых относительно слабые (EF0-EF2). Наиболее подверженные торнадо районы включают Великобританию, страны Бенилюкса, северную Францию и части Германии и Польши. Топография Европы более фрагментирована, чем Великие равнины, поэтому следы торнадо в целом короче. Однако хорошо задокументированная вспышка торнадо 1985 года в России и вспышка 2021 года в Германии и Чехии показывают, что сильные, длинные торнадо могут произойти.

Европейские торнадо обычно перемещаются с юго-запада на северо-восток, отражая преобладающие среднеширотные циклонные следы.Ключевым отличием от США является то, что многие европейские торнадо формируются вдоль холодных фронтов, а не от дискретных суперклеток, что приводит к более коротким, менее организованным вихрям.

Южная Америка и Австралия

В Южной Америке, в регионе, охватывающем северную Аргентину, Парагвай, южную Бразилию и Уругвай, иногда называемом регионом Пампаса или «Южноамериканским коридором торнадо», наблюдаются сильные торнадо, особенно весной и летом. Плоские сельскохозяйственные равнины позволяют прокладывать длинные пути, сопоставимые с теми, что находятся в центральной части Соединенных Штатов. Известные вспышки, такие как торнадо Сан-Хусто 1973 года в Аргентине (рейтинг F5), демонстрируют потенциал для сильных штормов.

Австралийские торнадо наиболее распространены в юго-восточной части континента, включая Новый Южный Уэльс и Викторию. Они также встречаются в северных тропических регионах, связанных с циклонами. Австралийские торнадо, как правило, короче в среднем, но торнадо 7-й авеню 1970 года в Брисбене был заметным событием длинного пути.

Типичные треки торнадо

Трасса торнадо — путь, по которому она бьется вдоль земли — является наиболее заметным свидетельством ее разрушительной силы. Длина, ширина и направление трека широко варьируются, но при анализе данных за десятилетия появляются несколько общих закономерностей.

Направление движения

В средних широтах Северного полушария торнадо в подавляющем большинстве перемещаются с юго-запада на северо-восток. Это направление регулируется преобладающими западными ветрами в средней тропосфере (поток рулевого управления). Классическим примером является Три-штатный Торнадо 1925 года, который путешествовал на 219 миль через Миссури, Иллинойс и Индиану с юго-запада на северо-восток. В Южном полушарии торнадо, как правило, перемещается с северо-запада на юго-восток, под влиянием конфигурации струйного потока. Однако при определенных условиях, таких как праводвижущие суперэлементы в Северном полушарии, торнадо может немного отклоняться вправо от среднего вектора ветра.

Длина и широта трека

Длина трассы колеблется от простых ярдов до более чем 200 миль. Подавляющее большинство торнадо являются короткими: почти 70% ходят менее 5 миль. Только около 5% торнадо превышают 20 миль в длину трассы. Эти события длинного пути почти всегда связаны с насильственными (EF4-EF5) торнадо. Ширина полосы повреждения также может резко варьироваться, от нескольких футов до почти 2,6 миль (рекордная ширина, установленная Эль-Рено 2013 года, Оклахома, торнадо). Средний торнадо имеет путь повреждения около 150 ярдов в ширину.

Факторы, которые позволяют длинные трассы включают в себя сильный, стабильный низкоуровневый струйный, который питает суперклетку, обильную нестабильность и относительно плоскую местность, которая не нарушает приток шторма.

Паттерны отслеживания в разных регионах

  • Центральные Соединенные Штаты: Длинные, прямые или слегка изогнутые следы; часто множественные торнадо из одной суперклетки образуют семейство следов.
  • Путь Дикси: Трассы могут быть длинными, но часто менее линейными из-за сложной местности; торнадо могут циклически подниматься и опускаться.
  • Европа: Трассы в среднем короче, часто 5-15 миль, с более высокой частотой периодических приземлений.
  • Южная Америка: Следы сильных торнадо напоминают следы аллеи Торнадо — иногда более 50 миль в плоских пампасах.
  • Австралия/Новая Зеландия: Трассы редко превышают 30 миль; топография ограничивает распространение.

Факторы, влияющие на тропы торнадо

Не существует двух одинаковых следов торнадо. Несколько взаимодействующих экологических и физических факторов определяют, где именно торнадо приземляется, как долго он остается на земле и по какому пути следует.

Атмосферная нестабильность и сдвига ветра

Для формирования и поддержания длинного пути должен быть глубокий слой сильного сдвига ветра — скорость ветра и направление, которые быстро меняются с высотой. Этот сдвиг помогает поддерживать вращение в суперклетке. Атмосферная нестабильность (измеряется CAPE — Конвективной доступной потенциальной энергией) питает восходящий поток. Когда оба высоки, а мезоциклон устойчив, торнадо может отслеживать на многие мили. Если сдвига ослабевает или шторм движется в стабильную воздушную массу, торнадо быстро рассеивается.

Топография и поверхность земли

Горы, долины и большие водоемы могут изменять траектории торнадо. В Аппалачских горах торнадо иногда ослабевают, когда сталкиваются с крутыми склонами, нарушающими приток. И наоборот, плоские равнины позволяют бесперебойно размножаться. Наличие лесов также может влиять на слой трения, но это вторично. Влияние рек и озер по-прежнему является областью активных исследований; например, вспышка 27 апреля 2011 года в юго-восточных США показала, что торнадо пересекают реку Теннесси без значительного ослабления.

Городские среды могут слегка изменять следы из-за повышенной шероховатости поверхности, но крупные города редко сидят прямо на пути торнадо рекордной величины.Эффект городского острова тепла может оказывать тонкое воздействие на интенсивность шторма, но это пока не совсем установлено.

Синоптические масштабные погодные модели

Положение струйного потока, расположение сухопутных линий и наличие систем низкого давления — все это направляет торнадо. В США вспышки торнадо часто происходят, когда сильное желобное рытье рыщет над равнинами, вытягивая влагу залива на север, в то время как сухой путь толкает на восток. Получающиеся штормы затем следуют вдоль теплого фронта или холодного фронта. Классическим рисунком является «запятая» системы низкого давления, где часто образуются самые сильные торнадо.

Роль заднефланкового нисходящего дрейфа

Внутри суперклетки задний фланк нисходящего потока (RFD) имеет решающее значение для образования и поддержания торнадо. RFD обертывает мезоциклон, и его взаимодействие с передним фланковым нисходящим потоком часто определяет, когда начинается торнадо (торнадогенез) и когда он закрывает (рассеивание). Переменность в силе и положении RFD может привести к внезапному подъему торнадо или резкому бегу по его пути, как наблюдается во многих высококлассных событиях.

Сезонные и дневные модели

Появление торнадо не является однородным в течение года или дня. Понимание этих циклов имеет важное значение для готовности.

Сезонные сдвиги в разных регионах

В переулке Торнадо пик сезона приходится на май — начало июня, с акцентом на центральные и южные равнины. По мере продвижения лета фокус смещается на север в Дакоту и Канаду. В переулке Дикси наблюдается отчетливый вторичный пик в ноябре и первичный пик в марте — апреле, обусловленный возвращением теплого, влажного воздуха и сильной энергии струйного потока. В Европе торнадо наиболее распространены в июне — августе, но могут происходить круглый год. В Южной Америке пик приходится на весну (октябрь — декабрь).

Суточный цикл

Большинство торнадо происходят в конце дня до раннего вечера (3-7 вечера по местному времени), когда нагрев поверхности достигает максимума, обеспечивая плавучесть, необходимую для сильных гроз. Однако ночные торнадо непропорционально смертельны, потому что их труднее увидеть и люди спят. Юго-восточные США имеют самую высокую частоту ночных торнадо.

Известные вспышки торнадо и их следы

Изучение исторических вспышек показывает разнообразие моделей трасс.

  • 2011 Супервспышка (25-28 апреля 2011 года): По юго-востоку США сотни торнадо двигались в основном на восток-северо-восток. Некоторые из них проследили более 100 миль, пересекая государственные линии. Вспышка продемонстрировала, как серия суперклеток может производить параллельные треки, разнесенные на 10-30 миль друг от друга.
  • 1974 Супервспышка (3-4 апреля 1974): ещё одно массовое событие на Среднем Западе и Юго-Востоке, включая торнадо Ксения, Огайо, пройдя 51 милю.
  • Европейская вспышка 2008 года (23 мая 2008 года): полоса торнадо в Германии и Польше проследила за 20–30 милями каждый, что необычно для Европы.
  • 2015 Вспышка пампасов (ноябрь 2015 года): Аргентина пережила несколько торнадо с длинной дорожкой, протяженностью 30–50 миль по сельскохозяйственной равнине.

Предсказание тропы торнадо и безопасность

Современная метеорология использует доплеровский радар (особенно двухполюсный радар) для обнаружения вращения в шторме и предупреждения о торнадо. Синоптики могут прогнозировать вероятное направление и скорость движения на основе штормового относительного потока ветра. Однако точное предсказание трека по-прежнему сложно. Торнадо могут отклоняться из-за правоповоротных мезоциклонов, взаимодействий с границами оттока или орографических воздействий.

Для безопасности люди должны понимать свою местную климатологию торнадо. В регионах с торнадо с длинными дорожками эффективный план включает в себя знание того, где укрыться (желательно подвал или внутреннее помещение на самом низком этаже) и наличие нескольких способов получения предупреждений, включая радио NOAA.

Для получения дополнительной информации о глобальных случаях торнадо статья в Википедии о климатологии торнадо предлагает полный обзор. Кроме того, страница безопасности торнадо Национальной метеорологической службы является авторитетным ресурсом для подготовки.

Скриншоты из Tornado Patterns Across Regions

  • Северная Америка: наиболее частые и жестокие; длинные пути от SW до NE; весенний / летний пик; сильное влияние сухой линии и влаги залива.
  • Европа: Более низкая частота, в основном слабая; более короткие треки; летний пик; часто связаны с фронтальными системами, а не с дискретными суперэлементами.
  • Южная Америка: Концентрация в Пампасах; трассы могут быть длинными (50+ миль); весенний пик; сопоставимая синоптическая установка на аллею Торнадо.
  • Австралия: Умеренная активность; более короткие трассы; летний пик; часто ассоциируется с остатками тропических циклонов или системами низкого давления.
  • Топография: Плоская местность облегчает длинные пути; горы и леса могут нарушать или сокращать пути.
  • Драйверы атмосферы: Нестабильность (CAPE) и глубокий сдвиг ветра необходимы для длинных путей; направление сдвига диктует движение.

Понимание этих региональных моделей помогает ученым улучшить модели прогнозирования и помогает сообществам повысить устойчивость.В то время как фундаментальная физика торнадо универсальна, местное выражение этой физики, сформированное географией, климатом и погодными условиями, создает увлекательную и сложную мозаику следов торнадо по всему миру.