Паровой дьявол

Рисунок 1. Паровые дьяволы на озере Мичиган 31 января 1971 года, из статьи, в которой впервые было названо и описано это явление.

Внешние видео
Морской дым и паровой дьявол над Японским морем 25 декабря 2021 года, на юге Приморского края России, из Южно-Морского (недалеко от Находки).

Паровой дьявол — это небольшой слабый вихрь над водой (или иногда над влажной землей), который затягивает в вихрь туман , делая его таким образом видимым. Они образуются над большими озерами и океанами во время похолодания воздуха, когда вода еще относительно теплая, и могут быть важным механизмом вертикального переноса влаги. Они являются компонентом морского дыма .

Более мелкие паровые дьяволы и паровые вихри могут образовываться над бассейнами гейзеров даже в теплую погоду из-за очень высоких температур воды. Хотя наблюдения за паровыми дьяволами, как правило, довольно редки, горячие источники в Йеллоустонском парке производят их ежедневно.

О паровых дьяволах сообщалось и изучалось только с 1970-х годов. Они слабее водяных смерчей и отличаются от них. Последние больше похожи на слабые смерчи над водой.

Мы

Впервые о паровых дьяволах сообщили Лайонс и Пиз в 1972 году, когда они наблюдали за озером Мичиган в январе 1971 года. Этот месяц был особенно холодным для Висконсина (одним из самых холодных в 20 веке), который в сочетании с тем, что озеро Мичиган оставалось в основном ледяным. свободен, создал хорошие условия для образования парового дьявола. Лайонс и Пиз назвали паровых дьяволов в сравнении с пылевыми дьяволами на суше, с которыми они сравнимы по размеру и структуре. Они также руководствовались необходимостью отличить паровых дьяволов от гораздо более мощного водяного смерча , наземным эквивалентом которого является торнадо . Лайонс и Пиз написали свою статью с целью убедить Национальное управление океанических и атмосферных исследований включить паровых дьяволов в Международный год полей Великих озер, который неизбежно должен был состояться в 1972–1973 годах.

Появление

Паровые дьяволы представляют собой вихри обычно диаметром от 50 до 200 метров, по существу вертикальные, и высотой до 500 метров. Общая форма напоминает небольшой водяной смерч, но их не следует считать родственными. Паровые черти вращаются с циклоническим направлением движения, но не очень быстро и мощно, обычно всего несколько оборотов в минуту, а иногда, по-видимому, и вовсе нет. Обычно имеется четко выраженная внутренняя часть вращающегося столба пара и более неровная внешняя часть, от которой часто отделяются комки пара. Несколько меньшие паровые дьяволы могут образовываться над небольшими озерами, особенно над теплыми водами горячих источников бассейнов гейзеров . В этих случаях типичные размеры составляют диаметр около метра, но могут варьироваться от менее 0,1 до 2 метров и высоту от 2 до 30 метров с несколько более быстрым вращением - 60 об/мин или около того. Центральное ядро ​​парового дьявола может быть чистым, точно так же, как центр пылевого дьявола свободен от пыли. Ядро составляет около 10% ширины вращающейся колонны. Небо над паровыми чертями может быть ясным, а может быть, присутствуют кучевые облака . В некоторых случаях паровые дьяволы могут подниматься прямо в кучевые облака, в этих случаях кучевые облака могут быть вызваны паровыми дьяволами - см. ниже . Паровые дьяволы — редкое и недолговечное явление, обычно выживающее не более трех-четырех минут, а более мелкие из них над горячими источниками рассеиваются за считанные секунды. Паровых дьяволов иногда путают с водяными смерчами , поскольку они могут возникать над водой.

Паровые дьяволы могут оторваться от своей базы и быть унесены ветром вниз по течению. На небольших водоемах, таких как горячие источники, это может означать, что паровой дьявол вообще окажется над сушей, вдали от воды. Такие паровые дьяволы продолжают вращаться даже после того, как оторвались от источника тепла, но вскоре рассеиваются.

Очень маленькие паровые дьяволы могут иметь плохо выраженную колонну и неразличимое четкое внутреннее ядро. Такие вихри правильнее называть паровыми вихрями по аналогии с пылевыми вихрями на суше.

Формирование

Рисунок 2. Арктический морской туман с узким паровым дьяволом под углом 45°, озеро Шамплейн , Эссекс, Нью-Йорк, 15 января 2009 г.

Предпосылкой образования паровых дьяволов является наличие на воде слоя влажного воздуха, при этом туманный воздух (так называемый арктический паровой туман ) втягивается вверх в туманные стримеры (невращающиеся столбы парового тумана). Чтобы это произошло, водоем должен быть незамерзшим и, следовательно, относительно теплым, а также должен дуть ветер из холодного и сухого воздуха, чтобы образовался туман. Холодный воздух нагревается водой и увлажняется за счет испарения. Нагретый воздух начинает подниматься и при этом адиабатически охлаждается за счет падающего давления, в результате чего содержащийся в нем водяной пар конденсируется в потоки тумана.

Для образования паровых дьяволов воздух над водоемом должен быть очень холодным, а над поверхностью воды должен дуть довольно сильный (более 25 миль в час) ветер из сухого воздуха. Разница температур между водой и воздухом должна быть весьма заметной; паровые дьяволы на рисунке 1 образовывались при температуре воздуха -21 °C (-6 °F) и температуре воды 0,5 °C (33 °F) — разница 22 °C (39 °F). В этих условиях воздух поднимается настолько энергично, что воздушный поток становится неустойчивым и начинают образовываться вихри. Струны тумана, втянутые в вихри, делают вихри видимыми, и тогда они становятся паровыми дьяволами.

Паровой туман имеет тенденцию образовывать в горизонтальной плоскости неправильные шестиугольные ячейки , вытянутые по направлению ветра. В этом сотовом устройстве три ячейки встречаются на стыке, и именно в этих местах образуются паровые дьяволы. Этот эффект образования вихрей в вершинах шестиугольных ячеек является примером вершинных вихрей .

Слой кучевых облаков , видимый над паровыми дьяволами во время похолодания на озере Мичиган и в других местах, может быть не случайным. Исследования с помощью радиолокаторов во время вспышек холодного воздуха на озере показали, что некоторые паровые дьяволы проникают через тепловой внутренний пограничный слой (ниже которого имеет место конвективная циркуляция ) и могут иметь более важное значение для термического перемешивания, чем обычная конвекция, переносящая влажный воздух вертикально над конвекцией. граница. В результате получается крупномасштабное изображение: слой арктического парового тумана близко к поверхности воды, слой кучевых облаков чуть выше границы конвекции и регулярный массив паровых дьяволов, соединяющих их.

События

Рисунок 3. Паровой дьявол на Большом острове , Гавайи. Большие шлейфы пара вызваны попаданием лавы в океан.

Паровых дьяволов можно увидеть на Великих озерах в начале зимы. Они происходят в Атлантике у побережья Каролины , когда холодный воздух с континента дует через Гольфстрим . Паровые черти могут встречаться на небольших озерах и даже над горячими источниками, но гораздо реже, чем на крупных водоемах. Паровые дьяволы также могут образовываться над влажной землей, если воздух холодный и солнце нагревает землю.

Небольшие паровые дьяволы возникают на некоторых крупных горячих источниках в Йеллоустонском парке , где слой парового тумана нависает над бассейнами, и ветер может начать поднимать его вверх, образуя клубы тумана. Одним из таких примеров является Большой призматический источник в бассейне Йеллоустонского гейзера Мидуэй . При образовании паровых дьяволов температура воздуха может быть высокой с точки зрения комфорта человека. В 1982 году при температуре воздуха от 17 до 21 °C наблюдалось скопление из семнадцати паровых дьяволов. Хотя это намного выше, чем, например, температура воздуха над Великими озерами, температура воды также пропорционально выше и очень близка к кипению, поэтому разница температур все еще составляет 79 °C.

Еще одно известное место в Йеллоустоне, гейзер Old Faithful , производит горизонтальные паровые дьяволы. В целом, в Йеллоустоне, вероятно, наиболее часто встречаются доступные паровые дьяволы. Каждый час на наиболее производительных локациях производится несколько паровых дьяволов. О паровых дьяволах над бассейнами гейзеров впервые сообщил Холле в 1977 году.

См. также

• Огненный вихрь
• Густнадо
• смерч
• Морской дым
• Пыльный дьявол

Библиография

• Аллаби, Майкл Энциклопедия погоды и климата , том. 1, Нью-Йорк: имеющиеся факты, 2002 г. ISBN   0-8160-4801-0 .
• Баррик, Кеннет А. «Экологический обзор бассейнов гейзеров: ресурсы, нехватка, угрозы и выгоды», Environmental Reviews , vol. 18, нет. 1, стр. 209–238, 1 февраля 2010 г.
• Блюстейн, Говард Б. Аллея Торнадо: чудовищные штормы на Великих равнинах , Нью-Йорк: Oxford University Press, 1999. ISBN   0-19-510552-4 .
• Холле, Рональд Л. «Паровые дьяволы» над бассейном гейзера» , Monthly Weather Review , vol. 105, вып. 7, стр. 930–932, июль 1977 г.
• Холле, Рональд Л. «Паровые дьяволы Йеллоустона», Weatherwise , том. 60, нет. 3, с. 9 мая – июня 2007 г. дои : 10.3200/WEWI.60.3.8-9
• Лайонс, Вашингтон, и Пиз С.Р., «Паровые дьяволы» над озером Мичиган во время январской арктической вспышки» , Monthly Weather Review , vol. 100, вып. 3, стр. 235–237, март 1972 г.
• Цурн-Бирхимер, Сюзанна; Эйджи, Эрнест М.; Сорбян, Збигнев «Конвективные структуры при вспышке холодного воздуха над озером Мичиган во время Lake-ICE» , Журнал атмосферных наук , том. 62 (2005), вып. 7, часть 2, стр. 2414–2432.