Вихри Бенара в природе

Букреев Василий Семёнович

Таким образом, циклон является растянутым по горизонтали вихрем Бенара с массивным «хоботом» и тонкой периферией, формируемым на границе между тёплым и холодным фронтами. Облачность в начальной стадии формирования молодого циклона приобретает спиралевидный вид с вращающимися облаками (рисунок с комментариями взят из «Атлас облаков» / Федер. служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), Гл. геофиз. Обсерватория им. А.И. Воейкова ; [Д. П. Беспалов и др. ; ред.: Л. К. Сурыгина]. Санкт-Петербург : Д’АРТ, 2011. – 248 с.)

[img]http://i9.pixs.ru/storage/6/3/3/Molodoycik_8875639_25221633.jpg[/img]

Рисунок 2

«Облачный вихрь молодого циклона состоит из двух спиралевидных облачных полос теплого

и холодного фронтов, разделенных безоблачной прослойкой. На юго-восточной периферии циклона прослеживается облачный вихрь вторичного (частного) циклона, облачные спирали которого состоят из массива кучево-дождевых облаков.» Из этого же источника взята и следующая цитата. «Наблюдения за облачностью свидетельствуют, что принесенное в антициклон облако под влиянием нисходящих движений начинает медленно опускаться и рассеиваться.» А она свидетельствует о том, что антициклон является перевёрнутым вихрем Бенара, т.е. поставленным на попа.

Условиям вихря над склоном удовлетворяет движение среды по трубопроводам. Поэтому в трубопроводах возможно формирование последовательности вихрей Бенара второго состояния (т. е. подобным вихрям на склоне). Но при выходе из трубопровода вихри Бенара второго состояния разрушаются, практически не имея значимого преимущества по дальности по сравнению с ламинарным течением. Вихри же мини торнадо при выходе из трубопровода свою форму сохраняют на значительном расстоянии, что увеличивает дальность полёта струи по сравнению с ламинарным течением в трубопроводе.

2.8

Отдельным природным явлением являются грозы. Грозовые тучи в своём составе порождают одну, редко две или три ячейки (вихри) Бенара. Вихри Бенара грозовой тучи относятся к вихрям второго состояния. Но в отличие от вихря над склоном вихри грозовой тучи не испытывают недостатка влаги. И влагу из тучи они поглощают всей своей внешней поверхностью, а не только основанием. Поэтому вихри грозовой тучи не имеют пространственных ограничений. Ограничение на вихрь накладывает количество влаги, содержащейся в туче. И вихрь грозовой тучи увеличивает как свой диаметр, так и свою высоту. Вспомним о том, что вихрь Бенара в любом состоянии в любом сечении любого потока должен содержать одну и ту же величины массы среды.

Рассмотрим случай, в котором туча содержит очень большие запасы влаги, что соответствует аллее торнадо в США. Конденсация влаги поставляет вихрю энергию, за счёт которой вихрь увеличивает размеры. Т.е. каждый горизонтальный слой по всей высоте вихря содержит большую массу среды. Эта дополнительная масса обязана откуда-то появиться. Появляется же она за счёт того, что основание вихря сосёт массу из окружающей его атмосферы. А грозовые тучи всё же находятся на какой-то высоте, на которой атмосферное давление ниже, чем на поверхности земли. Основание вихря, высасывая воздух из окружающей атмосферы, переводит её в состояние, соответствующее большей высоте. Чтобы привести состояние атмосферы в равновесное состояние, природа должна опустить основание вихря ниже, приближая его к поверхности земли. И вихрь, обеспечивая возможность для дальнейшего роста, устремляется к земле.

[img]http://i12.pixs.ru/storage/6/4/5/superyache_5540014_25221645.jpg[/img]

Рисунок 2

И как только вихрь достигает поверхности земли, он преобразуется в торнадо.

[img]http://i11.pixs.ru/storage/6/4/9/tornadojpg_6363834_25221649.jpg[/img]

Рисунок 3

В интернете полно рисунков торнадо. Но на этом рисунке видно, что площадь хобота существенно меньше площади периферии (о чём свидетельствует пыль, поднятая воздухом, двигающимся в основании от периферии к центру). Если же для формирования торнадо влаги недостаточно, то грозовая туча только погрозит пальчиками молний и успокоится.

Но откуда же в атмосфере появляется влага? На побережье морей

и океанов влагу суше поставляют бризы и муссоны. Но есть ещё и такое явление как пассаты и ячейки Хедли (Гадлея) и Ферреля.

[img]http://i9.pixs.ru/storage/6/6/5/passatiAtl_5624852_25221665.jpg[/img]

Рисунок 4

Формируемые океанами пассаты своё влияние распространяют и на материки. И если в приповерхностном слое движение воздуха идёт в одном направлении (как в ячейках Хедли, так и в ячейках Ферреля), то на высоте движение идёт в противоположном направлении (как это и показано на рисунке). Конечно же идеальная картина ячеек нарушается наличием циклонов и антициклонов. Тем не менее, морская и океанская влага движением воздуха в ячейках выносится на сушу. К тому же воздух, двигающийся в ячейках на высоте, для морей и океанов является сухим. Попадая же на сушу сухой океанский воздух становится для неё влажным. Приповерхностное движение воздуха доставляет влагу суше непосредственно, формируя облачность, поставляющая осадки. Кстати, если облака заблудились и из циклона попадают в антициклон, то влага из облаков опускается вниз, повышая влажность в антициклоне. Высотное движение в ячейках повышает поверхностную влагу в антициклонах.

Интересной проблемой является наличие на земле пары кухонь погоды. Одной из кухонь является Ла Ниньо и Эль Ниньо у берегов Южной Америки (время от времени исчезающее Перуанское течение). Вторая кухня расположена у берегов Исландии.

[img]http://i9.pixs.ru/storage/7/1/9/Peruanskoe_6317241_25221719.jpg[/img]

Рисунок 5

С северной кухней погоды более или менее ясно. «Атлас облаков» свидетельствует. «Свыше 70–90 % всех циклонов в северном полушарии зимой образуется вблизи восточных побережий Канады и Гренландии и дальневосточного побережья России, а также в северной части Средиземного моря и в западных частях Черного и Каспийского морей. После зарождения циклоны перемещаются с восточной составляющей над океаном и затем выходят на территорию Европы и Западной Сибири.»

Холодное Лабрадорское течение летом холоднее тёплого воздуха, поступающего с Канады. Как и на холодном пятне на экваториальных океанских течениях тёплый воздух насыщается при этом влаги. А т. к. влажный воздух легче сухого, то он поднимается вверх, формируя вихри Бенара. Но т. к. температура воды 26,50 С в холодном течении не достигает, то возникающие вихри имеют статус вихря над склоном холма. Поэтому они и расплываются в пространстве создавая циклоны. В холодное время года напротив холодное течение является для воздуха тёплым, создавая аналог вихря Бенара над нагретым склоном холма. И по той же причине, что и летом, течение вновь формирует циклоны.

С Ла Ниньо и Эль Ниньо не всё так однозначно. Ведь Перуанское течение то существует и течёт вдоль Южной Америки (формируя Ла Ниньо), то разворачивается и идёт параллельно Антарктическому Циркумполярному течению (формируя Эль Ниньо). И пассаты, дующие с материка, то упираются на холодную воду Перуанского течения (охлаждённого у Антарктиды), то текут по тёплой воде. Иными словами, пассаты, двигающиеся с материка, в сезоны Ла Ниньо имеют меньшую температуру т. к. они охладились на Перуанском течении. В сезоны же Эль Ниньо Перуанское течение отсутствует. И пассаты имеют большую температуру. Но какое отношение это явление имеет отношение к погоде на земном шарике? Ведь между пассатами южного полушария и пассатами северного полушария существует полоса безветрия и пассаты непосредственно не общаются. И тем не менее, полоса безветрия смещается от зимы к лету. А если меняется температура южных пассатов, то неужели это явление не влияет на положение полосы безветрия? Таким образом, кухня погоды Ла Ниньо и Эль Ниньо имеет всемирный характер, определяя погоду на всём шарике. В северном же полушарии аналога Ла Ниньо и Эль Ниньо не существует. Поэтому кухня погоды у Исландии и в районе Берингового пролива имеет только локальный характер, формируя , скажем, циклоны, двигающиеся в восточном направлении.