Пыльный дьявол (также известный в регионе как грязевой дьявол ) — это сильный, хорошо сформированный и относительно недолговечный вихрь . Его размер варьируется от маленького (18 дюймов/полметра в ширину и несколько ярдов/метров в высоту) до большого (более 30 футов/10 м в ширину и более полумили/1 км в высоту). Основное вертикальное движение направлено вверх. Пыльные дьяволы обычно безвредны, но в редких случаях могут вырастать достаточно большими, чтобы представлять угрозу как для людей, так и для имущества. [1] [2]
Они сопоставимы с торнадо, поскольку оба являются погодным явлением, включающим вертикально ориентированный вращающийся столб ветра. Большинство торнадо связаны с более крупной родительской циркуляцией, мезоциклоном на спине сверхъячейковой грозы . Пыльные вихри образуются как закрученный восходящий поток в солнечную погоду в ясную погоду, редко приближаясь по интенсивности к торнадо.
Пыльные вихри образуются, когда карман горячего воздуха вблизи поверхности быстро поднимается через более холодный воздух над ней, образуя восходящий поток. Если условия подходящие, восходящий поток может начать вращаться. По мере того, как воздух быстро поднимается, столб горячего воздуха растягивается вертикально, тем самым перемещая массу ближе к оси вращения, что вызывает усиление эффекта вращения за счет сохранения углового момента . Вторичный поток в пылевом вихре заставляет другой горячий воздух ускоряться горизонтально внутрь к основанию вновь формирующегося вихря. По мере того, как больше горячего воздуха устремляется к развивающемуся вихрю, чтобы заменить поднимающийся воздух, эффект вращения становится еще более интенсивным и самоподдерживающимся. [3] Полностью сформированный пылевой вихрь представляет собой воронкообразную трубу, через которую движется горячий воздух, как вверх, так и по кругу. По мере того, как горячий воздух поднимается, он охлаждается, теряет свою плавучесть и в конечном итоге перестает подниматься. По мере того, как он поднимается, он вытесняет воздух, который опускается за пределы ядра вихря. Этот возврат холодного воздуха действует как противовес вращающемуся наружному стенке с горячим воздухом и поддерживает стабильность системы. [4]
Эффект вращения, наряду с поверхностным трением , обычно создает импульс движения вперед. Пыльный вихрь может поддерживаться, если он движется над близлежащими источниками горячего поверхностного воздуха. [5]
Поскольку имеющийся горячий воздух вблизи поверхности направляется вверх по пылевому дьяволу, в конечном итоге окружающий более холодный воздух будет втянут. Как только это происходит, эффект оказывается драматичным, и пылевой дьявол рассеивается за секунды. Обычно это происходит, когда пылевой дьявол движется медленно (истощение) или начинает входить в местность, где температура поверхности ниже. [6]
Определенные условия увеличивают вероятность образования пылевых вихрей.
Многие пылевые дьяволы обычно небольшие и слабые, часто менее 3 футов (0,9 м) в диаметре с максимальной скоростью ветра в среднем около 45 миль в час (70 км/ч), и они часто рассеиваются менее чем через минуту после образования. В редких случаях пылевой дьявол может стать очень большим и интенсивным, иногда достигая диаметра до 300 футов (90 м) с ветром свыше 60 миль в час (100 км/ч+) и может существовать более 20 минут, прежде чем рассеяться. [7] Из-за их малого диаметра сила Кориолиса не имеет существенного значения в самом пылевом дьяволе, поэтому пылевые дьяволы с антициклоническим вращением случаются. [8]
Пыльные вихри обычно не вызывают травм, но редкие, сильные пылевые вихри в прошлом наносили ущерб и даже приводили к смерти. [9] Один такой пылевой вихрь обрушился на ярмарку округа Коконино в Флагстаффе, штат Аризона , 14 сентября 2000 года, причинив значительный ущерб нескольким временным палаткам, стендам и киоскам, а также некоторым постоянным конструкциям ярмарки. Было сообщено о нескольких травмах, но не было ни одного смертельного случая. Исходя из степени нанесенного ущерба, предполагается, что пылевой вихрь вызвал ветер скоростью до 75 миль в час (120 км/ч), что эквивалентно торнадо EF0 . [10] 19 мая 2003 года пылевой вихрь сорвал крышу двухэтажного здания в Ливане, штат Мэн , в результате чего она обрушилась и погиб человек внутри. [11] [12] 18 июня 2008 года женщина около Каспера, штат Вайоминг, погибла, когда пылевой вихрь заставил небольшой навес для очков на бейсбольном поле для молодежи перевернуться на нее. Она пыталась укрыться от пылевого вихря, зайдя за навес. [13] В Ист- Эль-Пасо, штат Техас , в 2010 году трое детей в надувном батуте были подхвачены пылевым вихрем и подняты на высоту более 10 футов (3 м), пролетев через забор и приземлившись на заднем дворе в трех домах от них. [14] [15] В Коммерс-Сити, штат Колорадо, в 2018 году мощный пылевой вихрь подбросил в воздух два переносных туалета ; никто не пострадал. [16] [17] В 2019 году большой пылевой вихрь в уезде Юйчэн, провинция Хэнань, Китай, убил 2 детей и ранил 18 детей и 2 взрослых, когда надувной батут поднялся в воздух. [18]
Пыльные вихри были замешаны примерно в 100 авиакатастрофах. [19] Хотя многие инциденты были простыми проблемами руления, несколько имели фатальные последствия. Пыльные вихри также считаются серьезной опасностью для парашютистов и пилотов парапланеризма , поскольку они могут привести к сложению парашюта или параплана практически без предупреждения на высотах, которые считаются слишком низкими для отцепки , и способствовать серьезным травмам или смерти парашютистов. [20] [21] [22] Так было в случае 1 июня 1996 года, когда пылевой вихрь заставил парашют парашютиста сложить парашют примерно в 30 футах (9,1 м) над землей. Позже он скончался от полученных травм. [23] Пыльные вихри также могут способствовать возникновению лесных пожаров. Один случай произошел в Энгебеке, коммуна Биллунн , Дания , в 1868 году, когда пылевой вихрь бросил пучок в обогреватель, что вызвало лесной пожар, который, возможно, распространился на площадь от 10 000 до 50 000 гектаров или даже больше. [24]
Пыльные вихри, даже небольшие, могут создавать радиошумы и электрические поля напряженностью более 10 000 вольт на метр. [25] Пыльный вихрь подхватывает мелкие частицы грязи и пыли. Когда частицы вращаются, они становятся электрически заряженными через контакт или фрикционную зарядку ( трибоэлектризация ). Вращающиеся заряженные частицы также создают магнитное поле, которое колеблется от 3 до 30 раз в секунду. [26]
Эти электрические поля могут помогать вихрям поднимать материал с земли и в атмосферу. Полевые эксперименты показывают, что пылевой дьявол может поднимать 1 грамм пыли в секунду с каждого квадратного метра (10 фунтов/с с каждого акра) земли, над которой он проходит. Большой пылевой дьявол размером около 100 метров (330 футов) в поперечнике у основания может поднять около 15 метрических тонн (17 коротких тонн) пыли в воздух за 30 минут. Гигантские пылевые бури, которые проносятся через пустыни мира, вносят 8% минеральной пыли в атмосферу каждый год во время нескольких бурь, которые происходят. Для сравнения, значительно меньшие пылевые дьяволы, которые кружатся над пустынями летом, поднимают примерно в три раза больше пыли, таким образом, оказывая большее совокупное воздействие на содержание пыли в атмосфере. Когда это происходит, их часто называют песчаными столбами . [27]
Марсианские пылевые дьяволы — это конвективные атмосферные вихри , которые возникают на поверхности Марса . Они были обнаружены по данным, полученным с зондов НАСА Viking , и были сфотографированы орбитальными спутниками и поверхностными марсоходами в последующих миссиях.
Хотя марсианские пылевые дьяволы по форме и внешнему виду сопоставимы с земными, они могут быть во много раз больше тех, что встречаются на Земле . Они могут быть достаточно мощными, чтобы представлять угрозу для марсоходов и другой техники, [28] хотя некоторые задокументированные встречи на самом деле принесли пользу марсоходам, очистив их от пыли.В Австралии пылевой дьявол более известен как «Вилли-Вилли». [29] В Ирландии пылевые дьяволы известны как «sí gaoithe» или «волшебный ветер». [30] [31]
Горячие золы под свежевыпавшим пеплом в недавно выжженных районах иногда могут образовывать многочисленные пылевые вихри. Более легкий вес и более темный цвет пепла могут создавать пылевые вихри, которые видны на высоте сотен футов.
Пепельные вихри образуются подобно пылевым вихрям и часто наблюдаются в нестабильные дни на участках, оставленных недавними пожарами.
Угольные дьяволы обычны в угольном городе Цагаан-Хад в провинции Южная Гоби , Монголия . Они возникают, когда пылевые дьяволы подхватывают большие объемы складированного угля. Их темный цвет делает их похожими на некоторые торнадо.
Огненные вихри или завихрения, иногда называемые огненными дьяволами или огненными торнадо, можно увидеть во время интенсивных пожаров в горючих строительных конструкциях или, чаще, во время лесных или кустарниковых пожаров. Огненный вихрь представляет собой вихреобразное образование горящих газов, выделяющихся из горючего материала. Генезис вихря, вероятно, аналогичен пылевому дьяволу. В отличие от пылевого дьявола, маловероятно, что высота, достигаемая вихрем огненного газа, больше видимой высоты вертикального пламени из-за турбулентности в окружающих газах, которая препятствует созданию устойчивого пограничного слоя между вращающимися/поднимающимися газами относительно окружающих газов. [32]
«Сенной дьявол» — это нежный вихрь, который образуется в теплом воздухе над полями свежескошенного сена . Вихрь образуется из столба горячего воздуха, поднимающегося от земли в тихие солнечные дни, подбрасывая и закручивая стебли и пучки сена в воздухе, не причиняя вреда, часто к удовольствию детей и зрителей. [33] [34] [35]
Те же условия могут привести к возникновению снежного вихря , снежного дьявола или иногда называемого «снежным вихрем», хотя дифференциальное нагревание более затруднено в заснеженных районах. [36]
Паровые дьяволы представляют собой небольшую вихревую колонну насыщенного воздуха различной высоты, но малого диаметра, образующуюся, когда холодный воздух лежит над гораздо более теплым водоемом или насыщенной поверхностью. [37] Их также часто можно увидеть в паре, поднимающемся от электростанций . [38]
