Wiry powietrza

Cyklony tropikalne
Cyklon jest to bardzo silny wir powietrza nawiedzający obszary zwrotnikowe i podzwrotnikowe. Najczęściej jest to falowe zaburzenie prądu pasatów na skutek gwałtownego spadku ciśnienia. Wilgotne powietrze pod wpływem ciepła staje się lżejsze i unosi się gwałtownie do góry ruchem spiralnym, a następnie zostaje uwolniona energia w postaci ciepła skraplania i wzrastającej prędkości wiatru. Cyklony występuje min. na Karaibach, nad zatoką Meksykańską, na Morzu Arabskim, w Zatoce Bengalskiej, w Indonezji i przy północnych wybrzeżach Australii. Mają swoje regionalne nazwy. Np. na wschodnim Pacyfiku zwane są tajfunami, a u wybrzeży Ameryki Środkowej huraganami.
Cyklon powstaje zawsze nad morzem przy temperaturze 26 – 27oC, więc najczęściej latem i jesienią, kiedy woda jest najcieplejsza. Średnica cyklonu sięga kilkuset kilometrów, a prędkość wiatru dochodzi do ponad 200 km/h. Typowe dla cyklonu jest „oko”, znajduje się ono w jego centrum i ma średnicę około 20 km. Charakteryzuje się bardzo silnymi prądami wznoszącymi i niskim ciśnieniem. W tym miejscu wiatr jest bardzo słaby, a zachmurzenie małe. Natomiast na obrzeżu piętrzą się ogromne masy chmur – cumulusy w postaci koncentrycznych pierścieni i występują gwałtowne opady. Między centrum cyklonu, a jego skrajem występują różnice ciśnień do kilkudziesięciu hektopaskali, co powoduje powstanie bardzo silnych wiatrów. W pełni rozwinięty huragan może osiągać tropopauzę znajdującą się na wysokości od 12 do 20 km nad powierzchnią Ziemi. Nad morzem cyklon może się utrzymywać bardzo długo, natomiast kiedy jego centrum przesunie się nad ląd zaczyna on tracić swą energię. Towarzyszy temu ulewa, wiatr i gwałtowne przypływy morza, które powodują straszliwe zniszczenia i spustoszenie terenu.
Huragan „Gilbert” powstały w 1988 roku nad Zatoką Meksykańską miał średnicę 1500 km. Przemieszczał się on z prędkością od 18 do 25 kilometrów na godzinę, ale prędkość wiatru w pobliżu oka cyklonu przekraczała 320 km/h. Ciśnienie w centrum huraganu było rekordowo niskie i wynosiło 885 mb. Wezbranie sztormowe miało wysokość 6 m, a po zaledwie kilku godzinach opady wynosiły pomiędzy 250, a 380 mm.
Kalkuta i Bangladesz były wielokrotnie niszczone przez cyklony. Są to miasta położone przy ujściu rzek Ganges i Brahmaputra, niezabezpieczone przed falami przypływów z Zatoki Bengalskiej. W Kalkucie w 1737 roku wezbrany nurt porwał ok. 300 tyś. osób. Jednak jeszcze większe straty poniósł Bangladesz w 1970 roku. W nocy nadeszła fala przypływu, która zmiotła wszystko u ujścia rzeki zalewając 25 wysp. Z powodu politycznych niepokojów akcja ratunkowa nie została właściwie przeprowadzona. Opóźnienie spowodowało, że rozkładające się ciała zanieczyściły wodę, co za sobą poniosło rozszerzenie się wielu chorób. Plony uległy zniszczeniu i ludzie zaczęli umierać z głodu. Ocenia się, że wskutek kataklizmu życie straciło od 300 000 do miliona osób.
Siła cyklonów tropikalnych jest tak wielka, że od dziesiątków lat meteorologowie starają się zawczasu ostrzegać mieszkańców zagrożonych terenów o kataklizmie. Dzisiaj te zjawiska śledzone są z kosmosu przez krążące nad Ziemią satelity. Naukowcy starają się przewidywać trasę cyklonu i ewentualnie powiadamiają władze o niebezpieczeństwie, dzięki temu można sprawnie przeprowadzić ewakuację ludności.
Szkwały
Szkwał, czyli nawałnica to raptowny i krótkotrwały (do kilku minut) bardzo silny wzrost prędkości wiatru połączony z nagłą zmianą jego kierunku i wzrostem ciśnienia atmosferycznego. Najczęściej towarzyszy silnie rozbudowanym chmurom.
Trąby powietrzne
Trąba powietrzna jest wirem atmosferycznym o małej średnicy, lecz wyjątkowo dużej sile. Przeważnie ma kształt leja złączonego szerszym końcem z chmurą kłębiastą deszczową, czyli z cumulonimbusem. Średnica trąby powietrznej nie przekracza kilometra, a może mieć zaledwie kilka metrów. Cały układ obraca się w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara i porusza się z prędkością 50 – 100 m/s, natomiast prędkość powietrza wokół centrum trąby może dochodzić do 400 km/h.
Trąba powietrzna powstaje mniej więcej w tych samych warunkach co burza, dlatego najczęściej towarzyszą jej grzmoty, błyskawice i obfite opady (na ogół gradu). Dzieje się tak zwykle w środkowej części chmury burzowej, gdzie występują gwałtowne prądy. Kiedy dolne warstwy atmosfery są rozgrzane i wilgotne, a górne zimne dochodzi do zachwiania równowagi termodynamicznej. Wytwarzają się ogromne prądy konwekcyjne na skutek gwałtownego unoszenia się powietrza w wysokich warstwach atmosfery powstają chmury burzowe. Czasami powstaje z nich wydłużona, lejowata chmura, która przeważnie sięga ziemi. Na obrzeżu leja powietrze przemieszcza się z niesamowitą prędkością. Na skutek wirowania spada ciśnienie we wnętrzu trąby, co powoduje oziębianie się powietrza i skraplanie zawartej w nim wilgoci.
Letnie warunki pogodowe są najlepsze dla uformowania się trąby, ale pojawiają się one także zimą. Zjawisko te jest rzadkością w Europie, pojawia się kilka razy w roku w Azji Środkowej, a najczęściej w Stanach Zjednoczonych.
Współczesna nauka, mimo że wciąż bada specyfikę powstawania trąb powietrznych, nie jest w stanie ich powstrzymać ani zmienić ich kierunku.
Tornada
Tornado to trąba powietrzna w pd. - wsch. części USA i nad Zatoką Meksykańską, odznaczającej się dużą średnicą (ponad 1 km) i wielką siłą niszczącą. Prędkość wiatru w wirze dochodzi do 800 km/h, a ciśnienie spada poniżej wszelkich norm. Jest to najbardziej gwałtowny i niszczycielski powietrzny żywioł.
Tornada w przeciwieństwie do trąb powietrznych występują w lecie dosyć często, zwykle późnym popołudniem lub wczesnym wieczorem. Wędrują one z południowego zachodu na północny wschód. Ponieważ występują w miesiącach letnich, prawdopodobnie do ich powstania przyczynia się nagrzewanie dolnych warstw atmosfery, a przede wszystkim dopływ wilgotnego i gorącego powietrza czoła wędrownych niżów. Meteorolodzy są zdania, że siła owych wirów wynika z faktu, iż tornada powstają zawsze w rejonie powierzchni, która rozdziela zimne i ciepłe masy powietrza. Obszar Stanów Zjednoczonych szczególnie sprzyja powstawaniu tornad, ponieważ północnoamerykańskie niże charakteryzują się dużymi różnicami temperatury. Łańcuchy górskie w zachodniej części kontynentu umożliwiają rozprzestrzenianie się chłodnej masy powietrza w dolnych partiach atmosfery, gdy tymczasem górą posuwa się ona dalej i przedostaje się nad niezwykle gorącą warstwę. Zanim zdąży nadejść rzeczywisty front chłodny, zimne powietrze obniża się gwałtownie ku ziemi, a gorące wznosi. W takich warunkach powstaje tornado.
O potędze tornad świadczą fakty. W 1842 roku, w stanie Ohio olbrzymi wir pędził z prędkością 550 km/h czyniąc pustoszenia na ogromną skalę. W powietrzu unosiły się fragmenty budynków, które były przenoszone na odległość od kilkuset metrów do kilku kilometrów i roztrzaskiwane o ziemię. Natomiast tornado z 1896 roku spowodowało śmierć 460 mieszkańców Saint Louis w stanie Missouri.
Nie ma zatem nic dziwnego w tym, że ludzie próbują poznać mechanizm powstawania tornad oraz przyczyny, które zmieniają ich trasę. Jednak grupie amerykańskich naukowców, wyposażonej w najnowocześniejszy sprzęt meteorologiczny, udało się na razie przewidywać tornada z zaledwie kilku minutowym wyprzedzeniem, co daje jedynie możliwość schowania się do schronu. Człowiek pomimo dysponowania najnowszymi zdobyczami techniki wobec takich zjawisk natury jak tornado okazuje się zupełnie bezsilny.