Мультивихревой торнадо

Мультивихревой торнадо — это тип торнадо, характеризующийся наличием двух или более отдельных вихревых воронок (субвихрей), вращающихся вокруг общего центра и входящих в состав единой материнской воронки. Данное явление относится к классу интенсивных атмосферных вихрей и часто ассоциируется с наиболее разрушительными торнадо, достигающими высших категорий по шкале Фудзиты (F4, F5) или усовершенствованной шкале Фудзиты (EF4, EF5).

Механизм образования

Формирование мультивихревой структуры связано с неустойчивостью в поле скорости и давления внутри основного вихря. В отличие от классического одиночного торнадо, где вращение относительно равномерно, в мультивихревом торнадо возникают вторичные центры вращения. Основным механизмом считается сдвиговая неустойчивость (неустойчивость Кельвина — Гельмгольца), возникающая на границе между быстро вращающимся ядром торнадо и окружающим его более медленным потоком воздуха. При определённых условиях, когда градиент скорости становится критическим, основной вихрь распадается на несколько меньших, но более интенсивных вихрей.

Другой механизм — вихревое растяжение. Внутри мощного восходящего потока (мезоциклона) могут возникать локальные зоны с повышенной завихренностью. Под действием растяжения эти зоны усиливаются и формируют отдельные воронки, которые затем втягиваются в общую структуру.

Ключевым фактором является наличие сильного вертикального сдвига ветра и высокой неустойчивости атмосферы, характерных для суперъячейковых гроз. Мультивихревые торнадо почти всегда возникают в суперъячейках с мощным мезоциклоном.

Структура и характеристики

Мультивихревой торнадо представляет собой сложную динамическую систему. Основные элементы:

• Материнская воронка: Общая, часто широкая и тёмная воронка, которая может казаться «размытой» или «пушистой» по краям. Она не всегда видна полностью, так как может быть заслонена пылью и обломками.
• Субвихри (вторичные вихри): Небольшие, но чрезвычайно интенсивные воронки, вращающиеся вокруг общего центра. Они имеют чёткие границы, часто видны как «хоботы» или «жгуты», свисающие из материнской воронки. Диаметр субвихрей может составлять от нескольких метров до нескольких десятков метров.
• Центральная зона: Внутри мультивихревого торнадо может существовать относительно спокойная зона пониженного давления, где ветер слабее. Однако эта зона нестабильна и может быстро меняться.

Ключевая особенность — орбитальное движение субвихрей. Они не просто вращаются вокруг центра, а движутся по сложным траекториям, напоминающим орбиты планет. Скорость вращения субвихрей вокруг общего центра может быть сопоставима со скоростью их собственного вращения. Это приводит к тому, что на земле образуется характерный след повреждений: серия узких, сильно разрушенных полос, разделённых участками с меньшими разрушениями. При прохождении такого торнадо над застроенной территорией создаётся впечатление, что разрушения наносились «точечно» или «взрывами».

Отличие от одиночного торнадо

Основное различие заключается в структуре и характере разрушений:

Классификация и примеры

Мультивихревые торнадо не выделяются в отдельную категорию по шкале Фудзиты, так как их интенсивность оценивается по максимальным разрушениям, которые как раз и производят субвихри. Однако их можно классифицировать по числу и расположению субвихрей:

• Бинарные (двухвихревые): Два субвихря, вращающихся вокруг общего центра. Встречаются реже других типов.
• Тройные и более: Наиболее распространённый тип для мощных торнадо. Количество субвихрей может достигать десятков (например, торнадо 1999 года в Оклахома-Сити имел не менее 20 субвихрей).
• Циклоидальные: Субвихри расположены по окружности, образуя подобие циклоидальной кривой на следе разрушений.

Известные примеры:

• Торнадо «Трёх штатов» (США, 1925 год): Один из самых смертоносных в истории. Хотя точных данных нет, по характеру разрушений (узкие полосы полного уничтожения) предполагается, что он был мультивихревым.
• Торнадо в Оклахома-Сити (США, 3 мая 1999 года): Классический пример. Имел категорию F5, скорость ветра в субвихрях достигала 135 м/с (486 км/ч). Оставил след разрушений длиной 61 км, в котором чередовались зоны полного сноса домов и участки с относительно сохранившимися постройками.
• Торнадо в Джоплине (США, 22 мая 2011 года): Категория EF5. Хотя визуально наблюдался как единая широкая воронка, анализ повреждений показал наличие нескольких субвихрей, которые и произвели наиболее сильные разрушения в центре города.
• Торнадо в Мур (США, 20 мая 2013 года): Категория EF5. Имел чётко выраженную мультивихревую структуру, что подтверждается многочисленными видеозаписями и характерным следом разрушений.

Опасность и разрушительная сила

Мультивихревые торнадо представляют наибольшую угрозу для жизни и имущества. Их опасность обусловлена несколькими факторами:

1. Экстремальная скорость ветра: В субвихрях скорость ветра может значительно превышать среднюю скорость материнской воронки. Именно субвихри способны поднимать в воздух и переносить на большие расстояния тяжёлые предметы (автомобили, железобетонные плиты, целые дома).
2. Непредсказуемость траектории: Субвихри могут двигаться по сложным траекториям, отклоняясь от общего направления движения торнадо. Это делает прогнозирование зоны поражения крайне затруднительным.
3. Локальность разрушений: Из-за прерывистого следа создаётся ложное впечатление, что торнадо «прыгает» или «выбирает» цели. Это может привести к недооценке опасности и запоздалой реакции.
4. Разрушение инфраструктуры: Субвихри способны разрушать даже хорошо укреплённые здания (подвалы, убежища), если они оказываются на их пути.

Исследования и прогнозирование

Изучение мультивихревых торнадо затруднено из-за их высокой опасности и непредсказуемости. Основные методы:

• Метеорологические радиолокаторы (доплеровские): Позволяют обнаружить мезоциклон и, в некоторых случаях, идентифицировать наличие нескольких вихрей внутри торнадо по характерному радиолокационному эху (например, «кольцо» из нескольких ярких пятен).
• Мобильные доплеровские радары: Устанавливаются на автомобили и позволяют получать данные о поле ветра внутри торнадо на расстоянии до нескольких километров. Именно с их помощью были зафиксированы рекордные скорости ветра в субвихрях.
• Анализ повреждений (следовой анализ): Наземные и аэрофотосъёмки позволяют реконструировать структуру торнадо по характеру разрушений. Наличие узких полос полного уничтожения, разделённых зонами меньших повреждений, является надёжным признаком мультивихревой структуры.

Прогнозирование возникновения мультивихревых торнадо остаётся сложной задачей. Современные методы позволяют с высокой вероятностью определить зону, где возможно образование торнадо, но предсказать, будет ли он мультивихревым, пока невозможно. Это связано с тем, что процесс распада вихря зависит от множества мелкомасштабных факторов, которые не разрешаются современными моделями прогноза погоды.

Источники

1. Bluestein, H. B. (2013). Severe Convective Storms and Tornadoes: Observations and Dynamics. Springer.
2. Davies-Jones, R. (1986). Tornado dynamics. Thunderstorm Morphology and Dynamics.
3. Wurman, J., & Alexander, C. R. (2005). The 30 May 1998 Spencer, South Dakota, storm. Part II: Comparison of observed damage and radar-derived winds. Monthly Weather Review.
4. National Weather Service. (2011). Joplin, Missouri, Tornado of May 22, 2011: Service Assessment.
5. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Tornadoes: Multi-Vortex Tornadoes.