Гроза всегда вызывает у меня восхищение и чувство уважения к природе. В ней есть что-то таинственное, но самое приятное - сидеть дома и смотреть в окно, любуясь стихией .
Почему происходит гроза
Гроза - яркое природное явление в атмосфере. В одно время на нашей планете происходит до 2000 гроз. Возникают в атмосферных фронтах , когда холодные массы воздуха вытесняют теплые. В течение года в умеренных широтах происходит около 20 гроз, а на участках близких к экватору , почти половина года приходится на это явление. Реже всего грозы встречаются над океанами.
Зарождается гроза из высокого белого облака, которое стремительно увеличивается. Эти облака - исполины, толщина их может превышать 10 километров . Нижняя часть всегда плоская , а когда верхняя часть доходит до стратосферы , оно сплющивается, принимая форму наковальни . Ураганный ветер - постоянный спутник грозы, часто формирующий грозовой шквал - резкий порыв ветра. Бывали случаи, когда шквалы причиняли сильные разрушения. Перед возникновением грозы, как правило, очень душно и жарко . Прогретый воздух устремляется вверх, все выше и выше, порой достигая высоты в несколько километров. Там он охлаждается и уже не может сдерживать влагу. Так образуются облака, однако поступление теплого воздуха не прекращается, облака сгущаютс я , тем самым формируя грозовые тучи .
Еще один спутник грозы - молния , распространяющаяся в атмосфере со скоростью света . Поэтому ее вспышку мы наблюдаем в то самое время, когда происходит сам разряд. В облаке молекулы при движении трутся, что способствует появлению напряжения . Температура разряда свыше 25000 градусов, и она настолько прогревает воздух, что он расширяется со сверхзвуковой скоростью . Так мы слышим гром. Иногда можно наблюдать шаровые молнии - огненные шары, чья природа до сих пор остается загадкой. Нередки случаи, когда такой шар, плывя над земной поверхностью, попадает в помещение вместе со сквозняком.
Меры безопасности
Во время разгула этой стихии, необходимо придерживаться следующих мер безопасности:
- находиться как можно дальше от окон ;
- не приближаться к металлическим конструкциям;
- не оставаться на открытых участках;
- противопоказано купаться в водоемах.
Самое богатое грозами место
С появлением спутников стало возможным наблюдать атмосферные явления по всему земному шару. Так было установлено место, которое по праву можно считать чемпионом по количеству гроз - город Тороро в Уганде . Здесь в году насчитывается 260 грозовых дней .
Энергия, заключенная в обыкновенном грозовом облаке, равна силе термоядерной мегатонной бомбы.
Гроза - атмосферное явление, при котором в кучевых облаках, находящихся на высоте 7 - 15 км и состоящих из смеси капель и кристаллов, возникают многократные искровые электрические разряды - молнии, сопровождающиеся громом, ливнями, градом и усилением ветра.
Объем грозового облака достигает от сотен до нескольких тысяч км3. Масса водно-ледяных частиц при этом объеме - 106 - 107 т. Потенциальная энергия грозового облака составляет от 1013 до 1014 Дж и равна энергии термоядерной мегатонной бомбы. Электрические заряды, питающие молнии, содержат в себе от 10 до 100 К, а электрические токи, создающие эти заряды, от 10 до 100 А. Напряженность электрического поля внутри облака - 105 В/м.
Молнии, обычно линейные, длиной несколько километров, диаметром десятки сантиметров, относятся к безэлектродным разрядам, так как зарождаются в скоплении заряженных частиц, преобразуя электрическую энергию в тепловую. Особый вид молнии - шаровая. Это светящийся шар диаметром от 10 - 20 см и более, состоящий из неравновесной плазмы, появляющийся после удара линейной.
Гром - звуковое явление, вызванное колебаниями воздуха при повышении давления на пути молнии.
Град - вид осадков, состоящий из сферических частиц льда размером от 5 до 55 мм. В 1 мин. на 1 м2 земной поверхности падает от 500 до 1 000 градин плотностью 0,5 - 0,9 г/см2. Продолжительность выпадания чаще составляет 5 - 10 мин., реже - 60.
На просторах воздушного океана очень часто разыгрываются бурные и грозные явления, порождающие у людей страх еще с самых древних времен. Одно из таких явлений недаром носит название "гроза" . Человек потратил много веков, чтобы разгадать тайну этого грозного явления природы.
Гроза - атмосферное явление, при котором в мощных кучево-дождевых облаках и между облаками и землёй возникают сильные электрические разряды - молнии, сопровождающиеся громом. Как правило, при грозе выпадают интенсивные ливневые осадки, нередко град и наблюдается усиление ветра, часто до шквала.
Средняя продолжительность ливневого дождя - 25 мин., в основном, сильный дождь продолжается от 5-15 мин., затем его интенсивность ослабевает, причем гораздо медленнее, чем нарастает в начале его выпадения.
По условиям развития грозы разделяются: на внутримассовые и фронтальные. Внутримассовые грозы над материком возникают в результате местного прогревания воздуха от земной поверхности, что приводит к развитию в нём восходящих токов местной конвекции и к образованию мощных кучево-дождевых облаков. Поэтому внутримассовые грозы над сушей развиваются преимущественно в послеполуденные часы. Над морями наиболее благоприятные условия для развития конвекции наблюдаются в ночные часы, и максимум в суточном ходе приходится на 4-5 часов утра.
Фронтальные грозы возникают на фронтальных разделах, т. е. на границах между тёплыми и холодными воздушными массами и не имеют регулярного суточного хода. Над материками умеренного пояса они наиболее часты и интенсивны летом, в засушливых районах - весной и осенью. Зимние грозы возникают в исключительных случаях - при прохождении особенно резких холодных фронтов. Вообще зимняя гроза- явление очень редкое, но все же бывает. Жители г.Владивостока могли наблюдать грозу 1 января 1999 г.
Грозы на Земле распределены весьма неравномерно: в Арктике они возникают раз в несколько лет, в умеренном поясе в каждом отдельном пункте бывает несколько десятков дней с грозами. Тропики и экваториальная область являются самыми грозоопасными районами Земли, и получили название "пояс вечных гроз". Есть у них свой "полюс" - район Бютензорга на острове Ява: здесь грозы буйствуют 322 дня в году. В пустыне Сахара гроз вообще почти не бывает.
В Приморском крае сезон гроз начинается со второй половины мая и продолжается до октября. Распределение количества гроз в течение сезона по территории края неравномерно, так максимум грозовой деятельности в континентальных районах приходится на первую половину лета, а для прибрежных районов - июнь, сентябрь, что объясняется максимальным числом вторжений холодных воздушных масс с Охотского моря. Во Владивостока в июне и в сентябре отмечается 6-7 дней с грозами, а в остальные месяцы грозового сезона 1-2 дня.
Самые продолжительные грозы (июнь - июль) наблюдаются в западных районах края 7-11 часов, горных районах - 3-4 часа. В августе в континентальных районах грозовая деятельность ослабевает (1-3 раз в месяц).
В континентальных районах Приморья отмечается обычный суточный ход гроз. Максимум их наступает между 15-18 часами, минимум - между 6-12 часами. Суточный ход гроз в прибрежных районах более сложный, т.к. он определяется взаимоотношением суши и моря, так максимум наблюдается между 18-21 часами, минимум - между 6-12 часами. Во Владивостоке отмечается наличие двух максимумов: один между 15-17 часами, другой - в 23-24 часа.
Энциклопедичный YouTube
1 / 5
Шаровая молния / Спрайты, эльфы, джеты / Грозовые явления
Правила Поведения во время Грозы
Атмосферное электричество. Молнии (рассказывает физик Владимир Бычков)
Галилео. Эксперимент. Газовый разряд в колбе
Субтитры
География гроз
Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 100 молний в секунду. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и экваториальной зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку . В полярных районах Арктики и Антарктики и над полюсами гроз практически не бывает. Интенсивность гроз следует за солнцем: максимум гроз приходится на лето (в средних широтах) и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер .
Среднегодовое число дней с грозой в некоторых городах России :
| Город | Число дней с грозой |
|---|---|
| Архангельск | 20 |
| Астрахань | 14 |
| Барнаул | 32 |
| Благовещенск | 28 |
| Брянск | 28 |
| Владивосток | 13 |
| Волгоград | 21 |
| Воронеж | 26 |
| Екатеринбург | 28 |
| Иркутск | 15 |
| Казань | 28 |
| Калининград | 18 |
| Красноярск | 24 |
| Москва | 24 |
| Мурманск | 4 |
| Нижний Новгород | 28 |
| Новосибирск | 20 |
| Омск | 27 |
| Оренбург | 28 |
| Петропавловск-Камчатский | 1 |
| Ростов-на-Дону | 31 |
| Самара | 25 |
| Санкт-Петербург | 16 |
| Саратов | 28 |
| Сочи | 50 |
| Ставрополь | 26 |
| Сыктывкар | 25 |
| Томск | 24 |
| Уфа | 31 |
| Хабаровск | 25 |
| Ханты-Мансийск | 20 |
| Челябинск | 24 |
| Чита | 27 |
| Южно-Сахалинск | 7 |
| Якутск | 12 |
Стадии развития грозового облака
Необходимыми условиями для возникновения грозового облака является наличие условий для развития конвекции или иного механизма, создающего восходящие потоки запаса влаги, достаточного для образования осадков, и наличия структуры, в которой часть облачных частиц находится в жидком состоянии, а часть - в ледяном. Конвекция, приводящая к развитию гроз, возникает в следующих случаях:
- при неравномерном нагревании приземного слоя воздуха над различной подстилающей поверхностью. Например, над водной поверхностью и сушей из-за различий в температуре воды и почвы. Над крупными городами интенсивность конвекции значительно выше, чем в окрестностях города.
- при подъёме или вытеснении тёплого воздуха холодным на атмосферных фронтах. Атмосферная конвекция на атмосферных фронтах значительно интенсивнее и чаще, чем при внутримассовой конвекции. Часто фронтальная конвекция развивается одновременно со слоисто-дождевыми облаками и обложными осадками, что маскирует образующиеся кучево-дождевые облака.
- при подъёме воздуха в районах горных массивов. Даже небольшие возвышенности на местности приводят к усилению образования облаков (за счёт вынужденной конвекции). Высокие горы создают особенно сложные условия для развития конвекции и почти всегда увеличивают её повторяемость и интенсивность.
Все грозовые облака, независимо от их типа, последовательно проходят стадии кучевого облака, стадию зрелого грозового облака и стадию распада.
Классификация грозовых облаков
В 20 веке грозы классифицировались в соответствии с условиями формирования: внутримассовые, фронтальные или орографические . В настоящее время более принято классифицировать грозы в соответствии с характеристиками самих гроз, и эти характеристики в основном зависят от метеорологического окружения, в котором развивается гроза.
Основным необходимым условием для образования грозовых облаков является состояние неустойчивости атмосферы, формирующее восходящие потоки. В зависимости от величины и мощности таких потоков формируются грозовые облака различных типов.
Одноячейковое
Одноячейковые кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb) облака развиваются в дни со слабым ветром в малоградиентном барическом поле. Их называют ещё внутримассовыми или локальными. Они состоят из конвективной ячейки с восходящим потоком в центральной своей части, могут достигать грозовой и градовой интенсивности и быстро разрушаться с выпадением осадков. Размеры такого облака: поперечный - 5-20 км, вертикальный - 8-12 км, продолжительность жизни - около 30 минут, иногда - до 1 часа. Серьёзных изменений погоды после грозы не происходит.
Формирование облачности начинается с возникновения кучевого облака хорошей погоды (Cumulus humilis). При благоприятных условиях возникшие кучевые облака быстро растут как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, при этом восходящие потоки находятся почти по всему объёму облака и увеличиваются от 5 м/с до 15-20 м/с. Нисходящие потоки очень слабы. Окружающий воздух активно проникает внутрь облака за счёт смешения на границе и вершине облака. Облако переходит в стадию средних кучевых (Cumulus mediocris). Образующиеся в результате конденсации мельчайшие водяные капли в таком облаке сливаются в более крупные, которые уносятся мощными восходящими потоками вверх. Облако ещё однородное, состоит из капель воды, удерживаемых восходящим потоком, - осадки не выпадают. В верхней части облака при попадании частиц воды в зону отрицательных температур капли постепенно начинают превращаться в кристаллы льда. Облако переходит в стадию мощного кучевого облака (Cumulus congestus). Смешанный состав облака приводит к укрупнению облачных элементов и созданию условий для выпадения осадков и образования грозовых разрядов. Такое облако называют кучево-дождевым (Cumulonimbus) или (в частном случае) кучево-дождевым лысым (Cumulonimbus calvus). Вертикальные потоки в нём достигают 25 м/с, а уровень вершины достигает высоты 7-8 км.
Испаряющиеся частицы осадков охлаждают окружающий воздух, что приводит к дальнейшему усилению нисходящих потоков. На стадии зрелости в облаке одновременно присутствуют и восходящие, и нисходящие воздушные потоки.
На стадии распада в облаке преобладают нисходящие потоки, которые постепенно охватывают все облако.
Многоячейковые кластерные грозы
Это наиболее распространённый тип гроз, связанный с мезомасштабными (имеющими масштаб от 10 до 1000 км) возмущениями. Многоячейковый кластер состоит из группы грозовых ячеек, двигающихся как единое целое, хотя каждая ячейка в кластере находится на разных стадиях развития грозового облака. Грозовые ячейки, находящиеся в стадии зрелости, обычно располагаются в центральной части кластера, а распадающиеся ячейки - с подветренной стороны кластера. Они имеют поперечные размеры 20-40 км, их вершины нередко поднимаются до тропопаузы и проникают в стратосферу. Многоячейковые кластерные грозы могут давать град, ливневые дожди и относительно слабые шквальные порывы ветра. Каждая отдельная ячейка в многоячейковом кластере находится в зрелом состоянии около 20 минут; сам многоячейковый кластер может существовать в течение нескольких часов. Данный тип грозы обычно более интенсивен, чем одноячейковая гроза, но много слабее суперъячейковой грозы.
Многоячейковые линейные грозы (линии шквалов)
Многоячейковые линейные грозы представляют собой линию гроз с продолжительным, хорошо развитым фронтом порывов ветра на передней линии фронта. Линия шквалов может быть сплошной или содержать бреши. Приближающаяся многоячейковая линия выглядит как тёмная стена облаков, обычно покрывающая горизонт с западной стороны (в северном полушарии). Большое число близко расположенных восходящих/нисходящих потоков воздуха позволяет квалифицировать данный комплекс гроз как многоячеечный, хотя его грозовая структура резко отличается от многоячейковой кластерной грозы. Линии шквалов могут давать крупный град (диаметром более 2 см) и интенсивные ливни, но больше они известны как системы, создающие сильные нисходящие потоки и сдвиги ветра , опасные для авиации. Линия шквалов близка по свойствам к холодному фронту, но является локальным результатом грозовой деятельности. Часто линия шквалов возникает впереди холодного фронта. На радарных снимках эта система напоминает изогнутый лук (bow echo). Данное явление характерно для Северной Америки, на территории Европы и Европейской территории России наблюдается реже.
Суперячейковые грозы
Основная статья: Суперячейка
Суперячейка - наиболее высокоорганизованное грозовое облако. Суперячейковые облака относительно редки, но представляют наибольшую угрозу для здоровья и жизни человека и его имущества. Суперячейковое облако схоже с одноячейковым тем, что оба имеют одну зону восходящего потока. Различие состоит в размере суперячейки: диаметр порядка 50 км, высота - 10-15 км (нередко верхняя граница проникает в стратосферу) с единой полукруглой наковальней. Скорость восходящего потока в суперъячейковом облаке значительно выше, чем в других типах грозовых облаков: до 40-60 м/с. Основной особенностью, отличающей суперъячейковое облако от облаков других типов, является наличие вращения. Вращающийся восходящий поток в суперячейковом облаке (в радарной терминологии называемый мезоциклоном), создаёт экстремальные по силе погодные явления, такие, как крупный град (диаметром 2-5 см, иногда и более), шквалы со скоростью до 40 м/с и сильные разрушительные смерчи . Окружающие условия являются основным фактором в образовании суперъячейкового облака. Необходима очень сильная конвективная неустойчивость воздуха. Температура воздуха у земли (до грозы) должна быть +27…+30 и выше, но главным необходимым условием является ветер переменного направления, вызывающий вращение. Такие условия достигаются при сдвиге ветра в средней тропосфере. Осадки, образующиеся в восходящем потоке, переносятся по верхнему уровню облака сильным потоком в зону нисходящего потока. Таким образом, зоны восходящего и нисходящего потоков оказываются разделёнными в пространстве, что обеспечивает жизнь облака в течение длительного периода времени. Обычно на передней кромке суперъячейкового облака наблюдается слабый дождь. Ливневые осадки выпадают вблизи зоны восходящего потока, а наиболее сильные осадки и крупный град выпадают к северо-востоку от зоны основного восходящего потока. Наиболее опасные условия наблюдаются неподалёку от зоны основного восходящего потока (обычно смещённые к задней части грозы).
Физические характеристики грозовых облаков
Самолётные и радарные исследования показывают, что единичная грозовая ячейка обычно достигает высоты порядка 8-10 км и живёт порядка 30 минут. Изолированная гроза обычно состоит из нескольких ячеек, находящихся в различных стадиях развития, и длится порядка часа. Крупные грозы могут достигать в диаметре десятков километров, их вершина может достигать высоты свыше 18 км, и они могут длиться много часов.
Восходящие и нисходящие потоки
Восходящие и нисходящие потоки в изолированных грозах обычно имеют диаметр от 0,5 до 2,5 км и высоту от 3 до 8 км. Иногда диаметр восходящего потока может достигать 4 км. Вблизи поверхности земли потоки обычно увеличиваются в диаметре, а скорость в них падает по сравнению с выше расположенными потоками. Характерная скорость восходящего потока лежит в диапазоне от 5 до 10 м/с и доходит до 20 м/с в верхней части крупных гроз. Исследовательские самолёты, пролетающие сквозь грозовое облако на высоте 10 000 м, регистрируют скорость восходящих потоков свыше 30 м/с. Наиболее сильные восходящие потоки наблюдаются в организованных грозах.
Шквалы
В некоторых грозах возникают интенсивные нисходящие воздушные потоки, создающие на поверхности земли ветер разрушительной силы. В зависимости от размера такие нисходящие потоки называются шквалами или микрошквалами. Шквал диаметром более 4 км может создавать ветер до 60 м/с. Микрошквалы имеют меньшие размеры, но создают ветер скоростью до 75 м/с. Если порождающая шквал гроза образуется из достаточно тёплого и влажного воздуха, то микрошквал будет сопровождаться интенсивным ливневым дождём. Однако, если гроза формируется из сухого воздуха, осадки во время выпадения могут испариться (испаряющиеся в воздухе полосы осадков или virga), и микрошквал будет сухим. Нисходящие воздушные потоки являются серьёзной опасностью для самолётов, особенно во время взлёта или посадки, так как они создают вблизи земли ветер с сильными внезапными изменениями скорости и направления.
Вертикальное развитие
В общем случае, активное конвективное облако будет подниматься до тех пор, пока оно не утратит плавучесть. Потеря плавучести связана с нагрузкой, создаваемой образовавшимися в облачной среде осадками, или смешением с окружающим сухим холодным воздухом, или комбинацией этих двух процессов. Рост облака также может быть остановлен слоем блокирующей инверсии, то есть слоем, где температура воздуха растёт с высотой. Обычно грозовые облака достигают высоты порядка 10 км, но иногда достигают высот более 20 км. Когда влагосодержание и нестабильность атмосферы высоки, то при благоприятном ветре облако может вырасти до тропопаузы, слоя, отделяющего тропосферу от стратосферы. Тропопауза характеризуется температурой, остающейся приблизительно постоянной с ростом высоты и известной как область высокой стабильности. Как только восходящий поток начинает приближаться к стратосфере, то довольно скоро воздух в вершине облака становится холоднее и тяжелее окружающего воздуха, и рост вершины останавливается. Высота тропопаузы зависит от широты местности и от сезона года. Она варьируется от 8 км в полярных регионах до 18 км и выше вблизи экватора.
Когда кучевое конвективное облако достигает блокирующего слоя инверсии тропопаузы, оно начинает растекаться в стороны и образует характерную для грозовых облаков «наковальню». Ветер, дующий на высоте наковальни, обычно сносит облачный материал по направлению ветра.
Турбулентность
Самолёт, пролетающий сквозь грозовое облако (залетать в кучево-дождевые облака запрещается), обычно попадает в болтанку, бросающую самолёт вверх, вниз и в стороны под действием турбулентных потоков облака. Атмосферная турбулентность создаёт ощущение дискомфорта для экипажа самолёта и пассажиров и вызывает нежелательные нагрузки на самолёт. Турбулентность измеряется разными единицами, но чаще её определяют в единицах g - ускорения свободного падения (1g = 9,8 м/с 2). Шквал в один g создаёт опасную для самолётов турбулентность. В верхней части интенсивных гроз зарегистрированы вертикальные ускорения до трёх g.
Движение
Скорость и движение грозового облака зависит от направления ветра, прежде всего, взаимодействия восходящего и нисходящего потоков облака с несущими воздушными потоками в средних слоях атмосферы, в которых развивается гроза. Скорость перемещения изолированной грозы обычно порядка 20 км/ч, но некоторые грозы двигаются гораздо быстрее. В экстремальных ситуациях грозовое облако может двигаться со скоростями 65-80 км/ч - во время прохождения активных холодных фронтов. В большинстве гроз по мере рассеивания старых грозовых ячеек последовательно возникают новые грозовые ячейки. При слабом ветре отдельная ячейка за время своей жизни может пройти совсем небольшой путь, меньше двух километров; однако в более крупных грозах новые ячейки запускаются нисходящим потоком, вытекающим из зрелой ячейки, что создаёт впечатление быстрого движения, не всегда совпадающего с направлением ветра. В больших многоячейковых грозах существует закономерность, когда новая ячейка формируется справа по направлению несущего воздушного потока в северном полушарии и слева от направления несущего потока в Южном полушарии.
Энергия
Энергия, которая приводит в действие грозу, заключена в скрытой теплоте, высвобождающейся, когда водяной пар конденсируется и образует облачные капли. На каждый грамм конденсирующейся в атмосфере воды высвобождается приблизительно 600 калорий тепла. Когда водяные капли замерзают в верхней части облака, дополнительно высвобождается ещё около 80 калорий на грамм. Высвобождающаяся скрытая тепловая энергия частично преобразуется в кинетическую энергию восходящего потока. Грубая оценка общей энергии грозы может быть сделана на основе общего количества воды, выпавшей в виде осадков из облака. Типичной является энергия порядка 100 миллионов киловатт-часов, что по приблизительной оценке эквивалентно ядерному заряду в 20 килотонн (правда, эта энергия выделяется в гораздо большем объёме пространства и за гораздо большее время). Большие многоячейковые грозы могут обладать энергией и в 10 и в 100 раз большей.
Погодные явления под грозами
Нисходящие потоки и шквальные фронты
Нисходящие потоки в грозах возникают на высотах, где температура воздуха ниже, чем температура в окружающем пространстве, и этот поток становится ещё холоднее, когда в нём начинают таять ледяные частицы осадков и испаряться облачные капли. Воздух в нисходящем потоке не только более плотный, чем окружающий воздух, но и он несёт ещё горизонтальный момент количества движения, отличающийся от окружающего воздуха. Если нисходящий поток возникает, например, на высоте 10 км, то он достигнет поверхности земли с горизонтальной скоростью, заметно большей, чем скорость ветра у земли. У земли этот воздух выносится вперёд перед грозой со скоростью, большей, чем скорость движения всего облака. Именно поэтому наблюдатель на земле ощутит приближение грозы по потоку холодного воздуха ещё до того, как грозовое облако окажется у него над головой. Распространяющийся по земле нисходящий поток образует зону глубиной от 500 метров до 2 км с отчётливым различием между холодным воздухом потока и тёплым влажным воздухом, из которого формируется гроза. Прохождение такого шквального фронта легко определяется по усилению ветра и внезапному падению температуры. За пять минут температура воздуха может понизиться на 5 °C или больше. Шквал образует характерный шквальный ворот с горизонтальной осью, резким падением температуры и изменением направления ветра.
В экстремальных случаях фронт шквала, созданный нисходящим потоком, может достичь скорости, превышающей 50 м/с, и приносит разрушения домам и посевам. Более часто сильные шквалы возникают, когда организованная линия гроз развивается в условиях сильного ветра на средних высотах. При этом люди могут подумать, что эти разрушения вызваны смерчем. Если нет свидетелей, видевших характерное воронкообразное облако смерча, то причину разрушения можно определить по характеру разрушений, вызванных ветром. В смерчах разрушения имеют круговую картину, а грозовой шквал, вызванный нисходящим потоком, несёт разрушения преимущественно в одном направлении. Следом за холодным воздухом обычно начинается дождь. В некоторых случаях дождевые капли полностью испаряются во время падения, что приводит к сухой грозе. В противоположной ситуации, характерной для сильных многоячейковых и суперъячейковых гроз, идёт проливной дождь с градом, вызывающий внезапные наводнения.
Смерчи
Смерч - это сильный маломасштабный вихрь под грозовыми облаками с приблизительно вертикальной, но часто изогнутой осью. От периферии к центру смерча наблюдается перепад давления в 100-200 гПа. Скорость ветра в смерчах может превышать 100 м/с, теоретически может доходить до скорости звука. В России смерчи возникают сравнительно редко. Наибольшая повторяемость смерчей приходится на юг европейской части России.
Ливни
В небольших грозах пятиминутный пик интенсивных осадков может превосходить 120 мм/ч, но весь остальной дождь имеет на порядок меньшую интенсивность. Средняя гроза даёт порядка 2,000 кубометров осадков, но крупная гроза может дать в десять раз больше. Большие организованные грозы, связанные с мезомасштабными конвективными системами, могут создать от 10 до 1000 миллионов кубометров осадков.
Электрическая структура грозового облака
Распределение и движение электрических зарядов внутри и вокруг грозового облака является сложным непрерывно меняющимся процессом. Тем не менее, можно представить обобщённую картину распределения электрических зарядов на стадии зрелости облака. Доминирует положительная дипольная структура, в которой положительный заряд находится в верхней части облака, а отрицательный заряд находится под ним внутри облака. В основании облака и под ним наблюдается нижний положительный заряд. Атмосферные ионы, двигаясь под действием электрического поля, формируют на границах облака экранирующие слои, маскирующие электрическую структуру облака от внешнего наблюдателя. Измерения показывают, что в различных географических условиях основной отрицательный заряд грозового облака расположен на высотах с температурой окружающего воздуха от −5 до −17 °C. Чем больше скорость восходящего потока в облаке, тем на большей высоте находится центр отрицательного заряда. Плотность объёмного заряда лежит в диапазоне 1-10 Кл/км³. Существует заметная доля гроз с инверсной структурой зарядов: - отрицательным зарядом в верхней части облака и положительным зарядом во внутренней части облака, а также со сложной структурой с четырьмя и более зонами объёмных зарядов разной полярности.
Механизм электризации
Для объяснения формирования электрической структуры грозового облака предлагалось много механизмов, и до сих пор эта область науки является областью активных исследований. Основная гипотеза основана на том, что если более крупные и тяжёлые облачные частицы заряжаются преимущественно отрицательно, а более лёгкие мелкие частицы несут положительный заряд, то пространственное разделение объёмных зарядов возникает за счёт того, что крупные частицы падают с большей скоростью, чем мелкие облачные компоненты. Этот механизм, в целом, согласуется с лабораторными экспериментами, которые показывают сильную передачу заряда при взаимодействии частиц ледяной крупы (крупа - пористые частицы из замёрзших водяных капелек) или града с ледяными кристаллами в присутствии переохлаждённых водяных капель. Знак и величина передаваемого при контактах заряда зависят от температуры окружающего воздуха и водности облака, но также и от размеров ледяных кристаллов, скорости столкновения и других факторов. Возможно также действие и других механизмов электризации. Когда величина накопившегося в облаке объёмного электрического заряда становится достаточно большой, между областями, заряженными противоположным знаком, происходит молниевый разряд. Разряд может произойти также между облаком и землёй, облаком и нейтральной атмосферой, облаком и ионосферой. В типичной грозе от двух третей до 100 процентов разрядов приходятся на внутриоблачные разряды, межоблачные разряды или разряды облако - воздух. Оставшаяся часть - это разряды облако-земля. В последние годы стало понятно, что молния может быть искусственно инициирована в облаке, которое в обычных условиях не переходит в грозовую стадию. В облаках, имеющих зоны электризации и создающих электрические поля, молнии могут быть инициированы горами, высотными сооружениями, самолётами или ракетами, оказавшимися в зоне сильных электрических полей.
Меры предосторожности во время грозы
Меры предосторожности обусловлены тем, что молния бьёт в основном в более высокие предметы. Это происходит потому, что электрический разряд идёт по пути наименьшего сопротивления, то есть по более короткому пути.
Во время грозы ни в коем случае нельзя:
- находиться возле линий электропередачи;
- прятаться от дождя под деревьями (особенно под высокими или одиноко стоящими);
- плавать в водоёмах (так как голова пловца выступает из воды, кроме того, вода, благодаря растворённым в ней веществам, обладает хорошей электропроводностью);
- находиться в открытом пространстве, в «чистом поле», так как в этом случае человек значительно выступает над поверхностью;
- забираться на возвышенности, в том числе на крыши домов;
- пользоваться металлическими предметами;
- находиться возле окон;
- ездить на велосипеде и мотоцикле.
Несоблюдение этих правил часто приводит к гибели людей или получению ожогов и тяжёлых травм.
Многие люди боятся страшного явления природы - грозы. Это обычно происходит, когда солнце закрывается мрачными тучами, гремит жуткий гром и идет сильный дождь.
Конечно, бояться молнии следует, ведь она может даже убить или стать Это известно давно, поэтому и придумали различные средства для защиты от молний и грома (например, металлические шесты).
Что же происходит там наверху и откуда берется гром? И молния как возникает?
Грозовые тучи
Обычно огромные. По высоте они достигают нескольких километров. Визуально не видно, как внутри этих гремучих туч все бурлит и кипит. Это воздуха, включающие в себя капельки воды, с большой скоростью перемещаются снизу вверх и наоборот.
Самая верхняя часть этих туч по температуре достигает -40 градусов, и капли воды, попадающие в эту часть тучи, замерзают.
О происхождении грозовых туч
Прежде чем мы узнаем, откуда берется гром и молния как возникает, вкратце опишем, как формируются грозовые тучи.
Большая часть этих явлений происходит не над водной гладью планеты, а над континентами. Кроме того, грозовые облака интенсивно формируются над континентами тропических широт, где у поверхности земли воздух (в отличие от воздуха над водной поверхностью) сильно прогревается и поднимается быстро вверх.
Обычно на склонах разных возвышенностей образуется подобный прогретого воздуха, который втягивает в себя влажный воздух с обширных площадей земной поверхности и поднимает его вверх.
Таким образом и образуются так называемые кучевые облака, превращающиеся в грозовые облака, описанные чуть выше.
А теперь проясним, что же такое молния, откуда берется она?
Молния и гром
Из тех самых замерзших капель образуются кусочки льда, которые также перемещаются в облаках с огромной скоростью, сталкиваясь, разрушаясь и заряжаясь электричеством. Те льдинки, которые легче и меньше, остаются наверху, а те, что крупнее, - тают, спускаясь вниз, вновь превращаясь в капельки воды.
Таким образом, в грозовой туче возникают два электрических заряда. В верхней части отрицательный, в нижней - положительный. При встрече разных зарядов возникает мощный и происходит молния. Откуда берется она, стало понятно. А дальше что происходит? Вспышка молнии мгновенно разогревает и расширяет вокруг себя воздух. Последний нагревается так сильно, что происходит эффект взрыва. Это и есть гром, пугающий все живое на земле.
Выходит, что все это - проявления Тогда возникает следующий вопрос о том, последнее откуда берётся, причем в таких больших количествах. И куда оно девается?
Ионосфера
Что такое молния, откуда берется она, выяснили. Теперь немного о процессах, сохраняющих заряд Земли.
Ученые выяснили, что заряд Земли в общем невелик и составляет всего лишь 500 000 кулонов (как у 2 автомобильных аккумуляторов). Тогда куда исчезает тот отрицательный заряд, которые переносится молниями ближе к поверхности Земли?
Обычно в ясную погоду Земля потихоньку разряжается (постоянно между ионосферой и поверхностью Земли проходит слабый ток через всю атмосферу). Хоть и воздух считается изолятором, в нем есть небольшая доля ионов, которая позволяет существовать току в объёме всей атмосферы. Благодаря этому, хоть и медленно, но отрицательный заряд переносится с земной поверхности на высоту. Поэтому и объем суммарного заряда Земли всегда сохраняется неизменным.
На сегодня самым распространенным мнением является то, что молния шаровая представляет собой особый вид заряда в форме шара, причем существующий довольно продолжительное время и перемещающийся по непредсказуемой траектории.
Единой теории возникновения этого явления на сегодня нет. Существует много гипотез, но пока ни одна не получила признания в среде ученых.
Обычно, как свидетельствуют очевидцы, возникает в грозу или в шторм. Но имеются и случаи её возникновения и в солнечную погоду. Чаще она порождается обычной молнией, иногда возникает и спускается с облаков, а реже появляется неожиданно в воздухе или даже может выйти из какого-то предмета (столб, дерево).
Некоторые интересные факты
Откуда берется гроза и молния, мы выяснили. Теперь немного о любопытных фактах, касающихся вышеописанных природных явлений.
1. Ежегодно Земля испытывает приблизительно 25 миллионов вспышек молний.
2. Молния имеет среднюю длину приблизительно в 2,5 км. Есть и разряды, простирающиеся в атмосфере на 20 км.
3. Есть поверье, что молния не может дважды ударить в одно место. В действительности это не так. Результаты анализа (по географической карте) мест ударов молний за предшествующие несколько лет показывают, что молния и несколько раз может ударить в одно и то же место.
Вот и выяснили что такое молния, откуда берется она.
Грозы образуются как следствие сложнейших атмосферных явлений планетарного масштаба.
Каждую секунду на планете Земля происходит примерно 50 вспышек молниий.
Мы живем в мире природы, а значит, она с нами тесно повязана, а мы, соответственно, с ней. Природные явления в жизни сопровождают нас очень часто, например гроза.
Что такое гроза? Наука нам говорит, что это природное явление, которое проходит в атмосфере и сопровождается громом и молнией. Осадки разной интенсивности, шквалы и град - все эти явления могут сопровождать грозу. Это одно из природных явлений, которое несет опасность для человека.
Если на небе появились мощные кучево-дождевые облака, то скоро ожидайте грозы. Грозы бывают фронтальные и внутримассовые. Первые образуются, когда проходит теплый или холодный фронт, другие – при местном перегреве воздуха. Грозы зимой почти не бывает. Она проходит весной, летом и осенью, когда тепло. Ее продолжительность может быть около двух часов. Обычно гроза начинается под вечер, но может иногда и начаться утром.
Немного о молнии
Ученые давно исследовали, что такое гроза. Молния – вот еще один фактор, который возникает при грозах. Резкая вспышка на небе во время грозы. Кто не видел такого явления? Это тоже явление природы, которое возникает вследствие искрового разряда электростатического заряда облака. Разность электрических потенциалов, может быть несколько миллионов вольт, между частицами облака или двумя разными облаками приводит к появлению молнии. От двух до пятидесяти километров могут располагаться облака от земли, и от этой длины зависит и длина молнии. Тридцать тысяч градусов – такая температура в канале молнии. Если она попадает в какие-то предметы, то может их расщепить или поджечь. Около трех тысяч человек в мире каждый год погибают от молнии. Разряд выбирает наименьшее электрическое сопротивление, а это значит, что, скорее всего, он попадет в тонкое и высокое дерево. Поэтому, рекомендуется ставить громоотводы. Эти явления природы изучали много ученых, в том числе и М. В. Ломоносов.
Существуют правила поведения при грозе и молнии. Эти правила обязательно нужно исполнять, потому, что при молнии есть всегда угроза жизни. В истории есть немало случаев, когда молния попадала в корабли и самолеты, нанося, при этом большой ущерб технике и забирала из жизни людей.
Загрузка...
