Метеорологічне явище смерч – це найменш досліджене, але найбільш руйнівне явище. Це атмосферний вихор, що виникає у грозовій хмарі та розповсюджується у вигляді темного рукава або «хоботу» (частіше декількох) за напрямком до поверхні суші або моря.

За сучасними уявленнями структура смерчу, що досягає земної поверхні, дуже складна. У центральній частині є ядро, шириною 100-150м і менше, в якому спостерігаються потужні до 60-80м/с низхідні рухи повітря. Охолоджене повітря опускається і конвектує у землі, збільшуючи руйнівну силу смерчу і створюючи його підніжжя. Навколо ядра смерчу відзначаються величезні до 70-90м/с висхідні рухи повітря, в результаті яких по всій довжині смерчу  відбувається конденсація водяної пари, що надає смерчу білуватого кольору, який видно здалеку. Коли ж смерч вбирає в себе пил і пісок – він стає темним.

Смерч розвивається на атмосферних фронтах, що формуються у процесі адвекції теплого та вологого субтропічного (тропічного) повітря на фоні вторгнення прохолодніших арктичних та помірних повітряних мас. Потужні купчасто-дощові хмари, утворення яких супроводжує процеси утворення фронту, під час смерчу зазвичай простягаються від приземного рівня через всю товщу тропосфери до нижньої стратосфери. Смерчі найбільше притаманні центральним частинам «молодих» циклонів і нахиленим теплим секторам фронтальних зон, унаслідок стиснення тропічних повітряних мас та інтенсивного їх витіснення прохолоднішим арктичним повітрям виникають інтенсивні упорядковані вертикальні рухи, які сприяють переносу вологи на значні висоти, виникненню великої енергії нестійкості в атмосфері, вивільнення якої супроводжується смерчем.

Найнебезпечніший смерч, що досягає поверхні землі, утворюється за ситуації, коли маса хмар, що обертаються, охоплює шари повітря нижче 1км. Чим більші контрасти температури повітряних мас, чим ближче до лінії фронту вони розташовані і стрімкіше формується зона фронту, тим більша ймовірність pозвитку смерчонебезпечної ситуації.

Смерч виникає перед холодним фронтом і рухається приблизно в тому ж напрямку, що й фронт, зі швидкістю декілька десятків метрів за секунду (до 60 м/с), проходячи за кілька годин свого існування 40-60 км (іноді до 300 км).

Вирішальна та першочергова роль у зародженні смерчів належить взаємодії факторів зміни вітру з висотою та горизонтальної неоднорідності вертикальних проекцій швидкості повітря. Товщина шару зародження смерчів перебуває у межах 0,5-2 км, найчастіше за 0,5-1 км. Необхідною умовою досягнення смерчем земної поверхні є достатньо низьке розташування вищезгаданого шару (у межах нижньої третини атмосфери).

Результати численних експериментів показали, що період життєдіяльності вихору складається з наступних трьох стадій:

Тривалість стадії зароджування смерчу близько 30 хв. В результаті розвитку воронки на його осі виникають сильні висхідні рухи повітря. Утворюється невидима колона, яка є продовженням воронки. Коли колона досягає поверхні землі вона стає видимою.

Зрілість вихору – це основна стадія існування смерчу. Вона продовжується найдовше і робить найбільше руйнувань. На верхній ділянці осі вихору утворюється порівняно вузький спадний струмінь, який поширюється вниз приблизно до висоти 300м. Біля поверхні землі на осі вихору досягається абсолютний мінімум тиску. Так, на 56-й хвилині падіння тиску біля поверхні землі на осі вихору становить 110 мбар. З енергетичної точки зору стадія зрілості вихору характеризується поверненням частини кінетичної енергії вихрового руху в систему вертикальної циркуляції.

Через старіння смерчу відбувається зменшення максимальних швидкостей і зростає тиск. Максимальні швидкості зменшуються в 2-3 рази, одночасно починається зростання тиску на осі вихору, де змінюється поле вертикальної циркуляції. Воронка починає змінювати форму, тоншає, потім розривається і підіймається в хмару.

На території України за попередні 20 років зареєстровано 34 випадки виникнення смерчів. В основному смерчі спостерігаються в серпні та є найбільш характерними для степової зони центрального Полісся. Невеликі смерчі виникають майже щорічно та мають локальний характер.

Звичайний смерч складається з трьох частин: горизонтальних вихорів в материнській хмарі, воронки, додаткових вихорів, що створюють каскад і футляр. Смерчова хмара, як і будь-яка інша грозова купчасто-дощова хмара, характеризується неоднорідністю.

У 70% випадків смерчі утворюються в секторі теплого циклона в 50-100 км попереду холодного фронту; в 20% випадків поблизу точки оклюзії; в 5% випадків попереду теплого фронту, але не більше 100 км; в 5% випадків – в загальній масі повітря.

В повітряній масі, в який може розвинутися смерч, часто на висоті від 2000-2500 метрів є шар сухого повітря з дефіцитом точки роси понад 10° С, нижче якого є шар, що затримує рух. Наявність шару сухого повітря та інших сприятливих умов, сприяє утворенню смерча. Коли низхідний потік у купчасто-дощових хмарах досягає сухого шару температура починає стрімко падати через пароутворення. На невеликій відстані виникають великі температурні контрасти і великі градієнти тиску, в цій області низького тиску ймовірно, утвориться смерч.

У 73% випадків напрямок руху смерчів – від південно-західного на північний схід. Решта випадків шлях смерча полягає в наступному: з півдня на північ від 10%; із заходу на схід, 6%; з південного сходу на північний захід від 5%; з північного сходу на північний захід від 5%; з північного заходу на південний схід 1%.

Смерч – одне з жорстоких, руйнівних явищ природи. Смерч – це навіть не вітер, а скручений у тонкостінну трубу «хобот» дощу, який обертається навколо осі зі швидкістю 300-500 км/год. За рахунок відцентрових сил усередині труби створюється розрядження, і тиск падає до 0,3 атмосфер. Якщо стінка «хобота» лійки рветься, наткнувшись на перешкоду, то усередину лійки уривається зовнішнє повітря. Перепад тисків 0,5 атммосфер. розганяє повітряний вторинний потік до швидкостей 330 м/с (1200 км/ч) і більше, тобто до надзвукових швидкостей. Швидкість вітру у смерчі буває сотні кілометрів на годину, а швидкість переміщення коливається від 10-20 до 60-70 км/год і більше, що відповідає швидкості руху фронтів і циклонів. Обертання вітру у смерчі найчастіше циклонічне, одночасно спостерігається рух повітря по спіралі вгору.

Хоча багато якісних властивостей смерчів до дійсного часу зрозумілі, точна наукова теорія, що дозволяє шляхом математичних розрахунків прогнозувати їхні характеристики, ще повною мірою не створена. Труднощі обумовлені насамперед відсутністю даних вимірів фізичних величин усередині смерчу (середньої швидкості і напрямку вітру, тиску і щільності повітря, вологості, швидкості і розмірів висхідних і спадних потоків, температури, розмірів і швидкості обертання турбулентних вихорів й інших характеристик руху). У розпорядженні вчених є результати фото- і кінозйомок, словесні описи очевидців і сліди діяльності смерчів, результати радіолокаційних спостережень, але цього недостатньо.

Список літератури:

  1. Буділіна Е.М., Прох Л.З., Снітковський А.І. Смерчі і шквали помірних широт. – Л .: Гідрометеоіздат, 1976. – 32 с.
  2. Галузевий державний архів матеріалів гідрометеорологічних спостережень ДСНС України
  3. Лєсков Б.Н., Г.М. Пірнач, М.В. Сирота, В.М. Шпиг, Смерчі в Україні 22 липня 2002 року Наук. праці УкрНДГМІ, 2007, Вип. 256
  4. Ромов А.І., Шишкін Н.С., Сосновська Р.П. Смерчі на Україні 30 травня 1985 р // Метеорологія та гідрологія. – 1987. – № 2. – С. 27-36.
  5. Стихійні метеорологічні явища на території України за останнє двадцятиріччя (1986-2005рр.) НАНУ Державна гідрометеорологічна служба Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут За редакцією В.М.Ліпінського, В.І.Осадчого, В.М.Бабіченко, Київ – Ніка-Центр 2006, с. 300-305