Циклон

I

Цикло́н (от греч. kyklon — кружащийся, вращающийся)

атмосферное возмущение с пониженным давлением в центре и вихревым движением воздуха. Различают Ц. внетропические и тропические. Последние обладают особыми свойствами и возникают гораздо реже (см. Циклон тропический).

Минимальное атмосферное давление в Ц. приходится на центр Ц. (рис. 1); к периферии оно растет, т. е. горизонтальные барические градиенты (См. Барический градиент) направлены снаружи Ц. внутрь. В хорошо развитом Ц. давление в центре на уровне моря может понижаться до 950—960 мбар (1 бар = 10⁵ н/м²), а в отдельных случаях до 930—920 мбар (при среднем давлении на уровне моря около 1012 мбар). Замкнутые изобары (линии равного давления) неправильной, но в общем овальной формы ограничивают область пониженного давления (барическую депрессию) поперечником от нескольких сотен км до 2—3 тысяч км. В этой области воздух находится в вихревом движении. В свободной атмосфере, выше пограничного слоя атмосферы (См. Пограничный слой атмосферы) (около 1000 м) он движется приблизительно по изобарам, отклоняясь от барического градиента на угол, близкий к прямому, вправо в Северном полушарии и влево в Южном (вследствие влияния отклоняющей силы Кориолиса и центробежной силы, возникающей при движении по криволинейным траекториям). В пограничном слое ветер вследствие силы трения более или менее значительно (в зависимости от высоты) отклоняется от изобар в сторону барического градиента. У земной поверхности ветер образует с барическим градиентом угол порядка 60°, т. е. к вращательному движению воздуха присоединяется течение воздуха вовнутрь Ц. (рис. 1). Линии тока принимают форму спиралей, сходящихся к центру Ц. Скорости ветра в Ц. сильнее, чем в смежных областях атмосферы; иногда они достигают более 20 м/сек (шторм) и даже более 30 м/сек (ураган).

В связи с восходящими составляющими движения воздуха, особенно вблизи фронтов атмосферных (См. Фронты атмосферные), в Ц. преобладает облачная погода. Основная часть атмосферных осадков во внетропических широтах выпадает именно в Ц. Вследствие вихревого движения воздуха в область Ц. втягиваются различные по температуре Воздушные массы из разных широт Земли. С этим связана температурная асимметрия Ц.: в разных его секторах температуры воздуха различны. Это относится в особенности к подвижным циклонам, возникающим на главных фронтах тропосферы (арктических, антарктических, полярных). Наблюдаются, однако, слабые («размытые») Ц. над тёплыми участками земной поверхности (пустыни, внутренние моря) — т. н. термические депрессии — малоподвижные, с достаточно равномерным распределением температуры.

С высотой изобары Ц. постепенно теряют замкнутую форму. Это происходит по-разному, в зависимости от стадии развития Ц. и от распределения температуры в нём. В начальной стадии развития подвижной (фронтальный) Ц. охватывает лишь нижнюю часть тропосферы. В стадии наибольшего развития Ц. может распространяться на всю высоту тропосферы и даже простираться в нижнюю стратосферу. Термические депрессии всегда ограничиваются нижней тропосферой.

Подвижные Ц. перемещаются в атмосфере в общем с З. на В. В каждом отдельном случае направление перемещения определяется направлением общего переноса воздуха в верхней тропосфере. Противоположные (с В. на З.) перемещения редки. Средние скорости перемещения Ц. порядка 30—45 км/ч, но встречаются Ц., которые движутся быстрее (до 100 км/ч), особенно в начальных стадиях развития; в заключительной стадии Ц. могут подолгу не менять положения. Перемещение Ц. через какой-либо район вызывает резкие и значительные местные (локальные) изменения не только атмосферного давления и ветра, но также температуры и влажности воздуха, облачности, осадков.

Подвижные Ц. развиваются обычно на ранее возникших главных фронтах тропосферы, как волновые возмущения при переносе воздуха по обе стороны фронта (рис. 2, 2). Неустойчивые фронтальные волны растут и превращаются в циклонические вихри. Перемещаясь вдоль фронта (обычно вытянутого по широте), Ц., в свою очередь, деформирует его, создавая меридиональные составляющие ветра и тем способствуя переносу тёплого воздуха в передней (восточной) части Ц. к высоким широтам и холодного воздуха в тыловой (западной) части Ц. — к низким широтам. В южной части Ц. в нижних слоях создаётся т. н. тёплый сектор, ограниченный тёплым и холодным фронтами (стадия молодого Ц. — рис. 2, 3). В последующем, при смыкании холодного и тёплого фронтов (окклюзия Ц.), тёплый воздух оттесняется холодным воздухом от земной поверхности в высокие слои, тёплый сектор ликвидируется, и в Ц. устанавливается более равномерное распределение температуры (стадия окклюдированного Ц. — рис. 2, 4). Запас энергии, способной превратиться в кинетическую, в Ц. иссякает; Ц. затухает или объединяется с другим Ц.

На главном фронте обычно развивается серия (семейство) Ц., состоящая из нескольких Ц., перемещающихся один за другим. В конце развития серии отдельные ещё не затухшие Ц., объединяясь, образуют обширный, малоподвижный, глубокий и высокий центральный Ц., состоящий из холодного воздуха во всей своей толще. Постепенно и он затухает. Одновременно с образованием Ц. возникают между ними промежуточные Антициклоны с высоким давлением в центре. Весь процесс эволюции отдельного Ц. занимает несколько дней; серия Ц. и центральный Ц. могут существовать одну-две недели. В каждом полушарии в каждый момент можно обнаружить несколько главных фронтов и связанных с ними серий Ц.; общее число Ц. за год составляет много сотен над каждым полушарием.

Есть определенные широты и области, в которых образование главных фронтов и фронтальных возмущении происходит относительно регулярно (см. Фронты климатологические). В результате существуют определенные географические закономерности в повторяемости возникновения и перемещения Ц. и антициклонов и их серий, т. е. в т. н. циклонической деятельности. Однако влияния суши и моря, топографии, орографии и др. географических факторов на образование и перемещение Ц. и антициклонов и их взаимодействие делают общую картину циклонической деятельности очень сложной и быстро меняющейся. Циклоническая деятельность приводит к междуширотному обмену воздухом, количеством движения, тепла, влаги, что делает её важнейшим фактором в общей циркуляции атмосферы (См. Циркуляция атмосферы).

Лит.: Пальмен Э., Ньютон Ч., Циркуляционные системы атмосферы, пер. с англ., Л., 1973; Петерсен С., Анализ и прогноз погоды, пер. с англ., Л., 1961; Хромов С. П., Основы синоптической метеорологии, Л., 1948; Зверев А. С., Синоптическая метеорология и основы предвычисления погоды, Л., 1968; Погосян Х. П., Циклоны, Л., 1976.

С. П. Хромов.

Рис. 1. Схема циклона в Северном полушарии: линии — приземные изобары, стрелки — направление ветра. Н — центр циклона.

Семейство циклонов над территорией СССР. 14 октября 1977 г.

Рис. 2. Схема развития циклона: а — распределение давления и воздушных течений в средней тропосфере (на выс 4—6 км); б — распределение давления, ветров и воздушных масс вблизи земной поверхности; в — вертикальный разрез по линии А — А. 1 — до возникновения циклона (на вертикальном разрезе, параллельномлинии фронта, холодный воздух течет под тёплым); 2 — циклон в стадии волны; 3 — молодой циклон; 4 — циклон в стадии окклюзии; 5 — старый, термически симметричный циклон. Н — низкое давление; В — высокое давление; ТВ — тёплый воздух; ХВ — холодный воздух.

II

Цикло́н

в промышленности, аппарат для очистки воздуха (газа) от взвешенных в нём твёрдых частиц (капель) под действием центробежной силы (рис.). Запылённый газовый поток обычно вводится со значительной скоростью в верхнюю часть корпуса Ц. через патрубок, расположенный по касательной или по спирали к окружности цилиндрической поверхности Ц.; в результате газ приобретает вращательное движение и движется по спирали сверху вниз, образуя внешний вихрь. При этом под действием центробежной силы инерции взвешенные частицы отбрасываются к стенкам Ц., опускаются вместе с газом в низ корпуса Ц. и затем выносятся через пылеотводящий патрубок. Очищенный от пыли газ поднимается кверху через выходную трубу, образуя внутренний вихрь, и выходит наружу. Получили распространение также Ц. с осевым вводом газа, в которых вращательное движение газовому потоку придаётся с помощью т. н. направляющего аппарата, выполненного в виде винтообразных лопастей (винта) или розетки с наклонными лопатками.

Степень очистки газа от пыли в Ц. зависит от геометрических размеров и формы аппарата, свойств пыли, скорости потока газа и т.д. Улавливание частиц в Ц. улучшается с повышением скорости газового потока (наиболее эффективные скорости находятся в интервале 20—25 м/сек), а также с уменьшением диаметра Ц. Поэтому для получения высокого кпд при большом количестве очищаемого газа применяют несколько параллельно установленных Ц. В Ц. наиболее совершенных конструкций можно достаточно полно улавливать частицы размером 5 мкм и более. См. также Гидроциклон.

Циклон: а — общий вид; б — схема; 1 — коническая часть корпуса; 2 — цилиндрическая часть корпуса, образующая кольцевое пространство; 3 — выходная труба; 4 — металлический зонт.