Математика от А до Я: Справочное пособие (издание третье с дополнениями) - Романов Алексей Михайлович
Отмечается [146], что по ожидаемому в момент прогноза значению скорости и направления ветра на уровне флюгера можно приближенно рассчитать скорость и направление ветра на различных уровнях пограничного и приземного слоев, где в основном происходят аварии.
Под шквалом понимается [146] резкое усиление ветра у поверхности земли в течение короткого времени, сопровождающееся изменениями его направлений. Скорость ветра при шквале может превышать 30 м/с.
Шквалы связаны с мощными кучево-дождевыми облаками; время их существования как перемещающихся мезомасштабных объектов составляет несколько часов. При движении подобных объектов на местности возникает узкая шкваловая полоса шириной от нескольких сотен метров до нескольких километров и протяженностью до сотни километров.
Шквалы обычно сопровождаются ливнями и грозами, часто с выпадением града. Давление атмосферного воздуха перед приходом шквала сильно падает, затем при шквале оно резко возрастает в течение десятков минут, а после прекращения ливневого дождя вновь падает. Температура воздуха, резко понижающаяся при шквале, после его прохождения немного повышается, но остается более низкой по сравнению с ее значением до шквала. Падение температуры и рост давления при шквале связаны с выпадением ливневого дождя и охлаждением воздуха в его зоне.
Шквалы над сушей чаще всего развиваются во второй половине дня, когда конвективные облачные структуры становятся наиболее мощными.
Физическими условиями, благоприятными для возникновения шквалов, являются:
– неустойчивая стратификация воздушных масс;
– высокая доля водяного пара в теплом приземном воздухе (до 10% и более);
– высокая температура теплого воздуха перед холодным фронтом.
Если ожидаемая синоптическая ситуация и термодинамические условия в воздушных массах благоприятны для возникновения шквалов, то возможность их появления указывается в формулировке прогноза с заблаговременностью до 24-36 ч.
Шквалы могут оказать заметное влияние на развитие пожаров, перенося огонь с одного объекта на другой. Большая скорость ветра способствует также усилению очага горения. Токсичные выбросы при шквалах также могут быть транспортированы воздушными потоками на большие расстояния за короткие временные отрезки. При некоторых ситуациях шквальные потоки могут повлиять на возникновение пожарной ситуации и взрывов на производствах.
Другим проявлением движения воздушных масс являются смерчи или торнадо. Эти атмосферные образования представляют собой огромные вихри, возникающие, как правило, в грозовых облаках. Они имеют форму хобота или воронки и, достигая поверхности земли или водного объекта, способны разрушить и всосать в себя массивные предметы. Смерч с большой скоростью перемещается вместе с порождающим его облаком , разрушая попутно строения и здания и приводя к взрывам и пожарам в быту и на производствах. Скорости воздушных потоков внутри смерча могут достигать сотен метров в секунду.
Ветровые потоки при более слабом ветре (от 7 м/с и до 12 м/с) приводят в приземном воздушном слое к переносу твердых частиц – снега зимой, пыли и песка в теплое время года.
Перенос снега ветром над поверхностью земли называют метелью. Она возникает при сочетании сравнительного сильного ветра с выпадением снега. Разновидностью метели является поземок – перенос сухого, ранее выпавшего снега в тонком слое, непосредственно прилегающем к поверхности земли (до 12 см). Благоприятным условием для выпадения метели является выпадение снега на ледяную корку, образовавшуюся до этого на снежном покрове.
Перенос больших количеств пыли или песка называют пыльной (песчаной) бурей. Это явление типично для степных и пустынных районов. Возникают пыльные бури при скоростях ветра >12 м/с, когда турбулизованный приповерхностный воздушный слой отрывает частицы почвы (пыль и песок) от поверхности земли и переносит их на большие расстояния. При этом пыль может оставаться в воздухе несколько суток. Важное значение при прогнозе пыльных бурь имеет учет свойств подстилающей поверхности, т.е. степени закрепленности верхнего слоя почвы. Большую помощь в прогнозе пыльных бурь могут оказать спутниковые фотографии.
Метели, как и пыльные бури, могут оказывать заметное влияние на распространение в атмосфере токсичных веществ.
Атмосферные электрические разряды в виде молний наблюдаются при грозах, бурях, смерчах, а иногда и метелях. Молния представляет собой электрический разряд между облаками или между облаками и земной поверхностью. Их длина достигает несколько километров, диаметр – десятков сантиметров. Сила тока линейных молний -100 к А, продолжительность – 0,1 с.
Кроме линейных – наиболее распространенных молний – наблюдаются шаровые (объемные) и неточные (в виде ряда продолговатых объемов).
Вероятность поражения зданий и сооружений молнией зависит от интенсивности грозовой деятельности на данной местности, ее рельефа, размеров зданий и сооружений.
Интенсивность грозовой деятельности характеризуется общей годовой продолжительностью гроз в часах для каждого района страны. Общая годовая продолжительность гроз определяется по формуле:
N= 1,5 n (час/год),
где n число грозовых дней в году при средней продолжительности грозы, принимаемой равной 1,5 часа.
По данным многолетних наблюдений метеорологических станций для каждого района составлены карты грозовой деятельности. Наиболее часты и интенсивны грозы в южных районах страны, в северных районах грозы происходят редко.
Наиболее часто электрические разряды при грозах возникают при синоптической ситуации благоприятной для образования кучево-дождевой облачности. В умеренных широтах грозы возникают, как правило, когда такое облако своей вершиной достигает уровня с температурой – 23 С и ниже, а толщина облака превышает 4 км.
Влияние, оказываемое грозовыми электрическими разрядами на возникновение и развитие аварий может быть весьма значительным (см. Таблицу № 1.3).
Термин «осадки» используется в гидрометеорологии при ожидаемой температуре воздуха в пределах от 3 до – 3°С. Фазовое состояние осадков дается в терминах «дождь», «снег» и уточняющие понятия: «снег с дождем», «дождь со снегом», «снег, переходящий в дождь» и т.д.
Продолжительность осадков обозначается следующими терминами:
– кратковременные осадки при их продолжительности 3 ч. и менее;
– продолжительные осадки при их непрерывном выпадении 6 ч. и более;
– временами осадки, если они выпадают с перерывами 2 раза и более при продолжительности каждого выпадения 3 ч. и менее.
Характеристика возможных жидких и твердых осадков приводится в таблице 1.2.
Таблица № 1.2.
Ливневые осадки выпадают из кучево-дождевой облачности, возникающей при благоприятных для этого синоптических ситуациях в данном районе. Знание таких синоптических положений является одним из основных условий успешности прогноза ливневых осадков, гроз и града.
Прогноз обложных и моросящих осадков разрабатывается синоптическими, физико-статистическими и гидродинамическими (численными) методами [146]. Современные расчетные методы расчета возможных осадков основаны на параметризации внутриоблачных процессов, приводящих к образованию осадков.
Взвешенные в воздухе твердые и жидкие частицы в больших объемах создают негативно воздействующие на живые организмы атмосферные образования, называемые туманами, пылью, дымом, смогом. Физические и динамические характеристики подобных образований имеют близкую природу, и поэтому для целей выяснения их влияния на аварийные ситуации допустимо ограничится рассмотрением наиболее общего и типичного случая – туманов.
Туманом называется помутнение приземного слоя воздуха из-за наличия в нем взвешенных капель и воды, ледяных кристаллов или их смеси [146], при котором горизонтальная дальность видимости становится менее 1 км хотя бы в одном направлении. Аналогичное явление при горизонтальной видимости 1 км и более называют дымкой.
