Планета бурь

Поскольку ураганы получают большую часть энергии из тепла, освобождающегося при конденсации водяных паров над океаном и образовании дождевых облаков, первые попытки укрощения непокорных гигантов сводились к искусственному созданию облаков. Ученые пробовали замедлить развитие ураганов, увеличивая количество осадков в первой полосе дождей, которая начинается сразу за стеной глаза бури – скоплением облаков и сильных ветров, окружающих центр урагана. Для создания искусственных облаков с самолета сбрасывали йодистое серебро. Метеорологи надеялись, что распыляемые частицы станут центрами кристаллизации переохлажденного водяного пара, поднявшегося в холодные слои атмосферы. Предполагалось, что облака будут формироваться быстрее, поглощая при этом тепло и влагу с поверхности океана и замещая стену глаза бури. Это привело бы к расширению центральной спокойной зоны и ослаблению урагана.

Современные исследования ураганов, как и многих других атмосферных аномалий, основываются на отдельных положениях теории хаоса. На первый взгляд хаотические системы ведут себя достаточно произвольно, но на деле их поведение подчиняется определенным правилам и сильно зависит от первоначальных условий.

Поэтому с виду незначительные, случайные возмущения могут привести к серьезным непредсказуемым последствиям. Например, небольшие колебания температуры воды в океане, смещение крупных воздушных потоков и даже изменение формы дождевых облаков, кружащихся близко к центру урагана, могут повлиять на его силу и направление движения.

Высокая восприимчивость атмосферы к незначительным воздействиям и ошибки, накапливающиеся при моделировании погоды, затрудняют долгосрочное прогнозирование. Возникает вопрос: если атмосфера столь чувствительна, то нельзя ли как-то повлиять на циклон, чтобы он не достиг населенных районов или хотя бы ослаб?

При построении моделей состояние атмосферы определяют по полному перечню переменных, характеризующих давление, температуру, относительную влажность, скорость и направление ветра. Конкретный набор значений всех параметров во всех точках сетки называется состоянием модели, которое вычисляется для последовательных моментов времени, разделенных небольшими промежутками – от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от разрешающей способности модели. Учитывается движение ветра, процессы испарения, выпадения осадков, влияние поверхностного трения, инфракрасного охлаждения и нагревания солнечными лучами.

К сожалению, всем хорошо известно, насколько неточными бывают метеорологические прогнозы. Наверное, основная причина в том, что начальное состояние модели атмосферы всегда неполно. Даже в ясный день направление ветра на открытом месте может неоднократно менять направление, а определить ту же «розу ветров» для нарождающегося урагана вообще крайне сложно, поскольку проведение непосредственных наблюдений в этом случае всегда вызывает большие затруднения. Тут даже космические снимки, хорошо отображающие сложную структуру урагана, являются недостаточно информативными. Дело в том, что атмосфера моделируется только по узлам координатной сетки, а располагающиеся между ними мелкие детали не включаются в рассмотрение. Без высокой разрешающей способности смоделированная структура самой важной части урагана – стены глаза бури и прилегающих к ней областей – получается неоправданно сглаженной. Кроме того, в математических моделях таких хаотических явлений, как атмосфера, быстро накапливаются вычислительные ошибки.

Над сушей смерчи имеют диаметр от 100 метров до километра, а над морем – в несколько раз меньше. Как правило, смерч проходит путь до 100 километров со скоростью около сотни километров в час. Иногда можно наблюдать группу смерчей, которые при сближении разрушают друг друга.

Даже самые точные современные компьютерные модели для предсказания погоды несовершенны, однако они могут оказаться весьма полезными при изучении циклонов. Для составления прогнозов применяются числовые методы моделирования развития циклона. Компьютер последовательно рассчитывает показатели атмосферных условий, соответствующих дискретным моментам времени. Предполагается, что общее количество энергии, импульса и влаги в рассматриваемом атмосферном образовании остается неизменным. Правда, на границе системы ситуация несколько сложнее, т. к. приходится учитывать влияние внешней среды.

Построив модель уже прошедшего урагана, мы можем изменять его характеристики в любой момент времени и наблюдать за последствиями внесенных возмущений. Оказалось, что на формирование бури влияют только самоусиливающиеся внешние воздействия.