Грозовая туча. Грозовые тучи и молнии
Гроза – природное явление, при котором образуются электрические разряды внутри облаков или между облаком и земной поверхностью. При такой погоде возникают темные грозовые тучи. Как правило, это событие сопровождается громом, ливнем, градом и сильным ветром.
Образование
Для того чтобы возникла грозовая туча, необходимо наличие нескольких факторов для развития такого понятия, как конвекция. Этими структурами являются достаточное количество влаги для осадков и элементы облачных частиц в жидком и ледяном состоянии.
Конвекция способствует развитию грозы в таких случаях:
• неравномерное нагревание воздуха возле поверхности земли и в верхних ее слоях. Примером может служить различная температура суши и водной поверхности;
• во время вытеснения теплого воздуха холодным в атмосферных слоях;
• грозовая туча появляется в горах при подъеме воздуха.
Каждое такое облако проходит стадии кучевого, зрелого грозового и ступень распада.
Структура
Движение и распределение электрических зарядов вокруг и внутри грозового облака – это непрерывный и постоянно меняющийся процесс. Дипольная структура является доминантной. Ее смысл в том, что отрицательный заряд расположен в нижней части облака, а положительный — в верхней. Атмосферные ионы, двигающиеся под воздействием электрического поля, создают на границах облака так называемые экранирующие слои, прикрывая ими электрическую структуру.
В зависимости от географического расположения основной отрицательный заряд находится там, где температура воздуха составляет от −5 до −17 °C. Плотность объемного заряда составляет 1-10 Кл/км³.
Перемещение грозовых туч
Скорость любых облаков, в том числе и грозовых, напрямую зависит от движения земли. Темп перемещения изолированной грозы чаще всего достигает 20 км/ч, а иногда и все 65-80 км/ч. Последнее явление происходит во время движения активных холодных фронтов. В большинстве случаев во время распада прежних грозовых ячеек образуются новые.
Грозу в действие приводит энергия. Она заключена в скрытой теплоте, которая освобождается при конденсации водяного пара, образуя облачную каплю. Оценку энергии грозы в целом можно сделать на основе количества осадков.
Распределение
Одновременно на нашей планете существуют тысячи грозовых туч, в которых среднее количество молний достигает отметки ста в секунду. Они распределяются неравномерно над поверхностью Земли. Над океанами такая погода наблюдается в десять раз реже, чем над материками. Грозовые тучи чаще всего находятся в местах тропического и субтропического климата. Максимум молниевых разрядов сосредоточено в Центральной Африке.
В таких районах, как Антарктика и Арктика, грозовой активности в основном не бывает. И напротив, горные территории типа Кордильер и Гималаев являются привычными местностями для таких молниевых явлений, как грозовая туча. По временам года эта погода случается в большинстве случаев летом в дневные часы и редко вечером и утром.
Грозы в других природных явлениях
Грозовая туча обычно сопровождается сильными дождями-ливнями.
В среднем при такой погоде выпадает 2 тыс. кубометров осадков. При более крупных грозах — в десять раз больше.
Смерч (а также торнадо) – это вихрь, который создает грозовая туча. Он опускается вниз, нередко до самого уровня земли. Имеет вид хобота, сформированного из облака, размером в сотни метров. Диаметр воронки обычно составляет около четырехсот метров.
Помимо этих природных явлений грозовая туча способствует появлению шквалов и нисходящего потока. Последний возникает на высоте, где температура воздуха меньше, чем в окружающей среде. Поток становится еще более холодным, когда в нем тают частицы ледяных осадков, которые испаряются в облачные капли.
Распространяющийся нисходящий поток образует четкое различие в цветах между теплым влажным и холодным воздухом. Движение шквального фронта можно легко распознать по резкому понижению температуры — пять градусов по Цельсию и больше — и сильному ветру (может достигать и превышать 50 м/с).
Разрушения смерчем имеют круговую форму, а нисходящим потоком – прямую.
Оба явления в конечном результате приводят к дождю. В редких случаях осадки испаряются во время падения. Это явление носит название «сухая гроза». В иных случаях происходят ливень, град, а затем и наводнения.
Техника безопасности
Существует ряд правил поведения во время погоды, которую сопровождают гром и молния. Грозовые тучи чрезвычайно опасны для жизни всех существ не только на улице (хотя это самый большой риск), но и возле окон внутри помещений. Важно знать, что молниевые разряды чаще всего бьют в высокие объекты. Это обусловлено тем, что электрические частицы идут по пути наименьшего сопротивления.
Во время грозы старайтесь не находиться вблизи электростанций и линий электропередачи, под высокими, одиноко стоящими деревьями, на открытой территории (таких как поле, долина или луг). Опасным является плаванье в реке, озере и других водоемах, поскольку вода имеет хорошую электропроводность.
Самолет, который пролетает сквозь кучево-дождевое облако, попадает в зону турбулентности.
В такие моменты транспорт кидает во все стороны под действием потоков облака. Пассажиры ощущают сильную тряску, а самолет – нагрузку, которая для него крайне нежелательна.
Имеет высокий риск пользование мотоциклом, велосипедом или другими предметами, которые сделаны из металла. Также опасно для жизни находиться на любой возвышенности, такой как крыши домов, к которым ближе всего находятся грозовые тучи. Фото подобных природных явлений производят впечатление красоты и эффектности, но риск наблюдения за такой погодой с улицы может стоить человеку его жизни.
Грозовая туча — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3
Cтраница 3
Одно решительного заявления о солидарно-ети BeSp aSoro п ра ельсгва с Францией было тогда достаточно, чтобы оазогаать пето собир авшЦеся грозовые тучи. [31]
Мощные восходящие потоки теплого влажного воздуха ( значительно более мощные, чем в случае обычного кучевого облака) обусловливают сильный рост грозовой тучи в высоту.
На таких высотах восходящие воздушные потоки затухают. Там образуются большие скопления ледяных кристалликов, которые начинают падать сквозь тучу вниз, увлекая за собой некоторое количество холодного воздуха. Важно отметить, что возникший у вершины тучи нисходящий поток холодного воздуха, попадая в нижние этажи тучи, не затухает, а, напротив, усиливается. Таким образом, наблюдается довольно сложная картина — наряду с восходящими потоками воздуха, нагретого у поверхности земли, возникают нисходящие потоки воздуха, охлажденного в верхней части тучи.
[32]
Аэрозоли играют большую роль в различного рода явлениях неорганической природы, например в метеорологических ( в образовании туманов, облаков, грозовых туч, дождя, снега, в электрогрозовых явлениях и пр. В технике и производстве аэрозоли играют, пожалуй, более отрицательную, чем положительную роль. Все же некоторые производства и технически важные процессы всецело основаны на применении аэрозолей.
[33]
Хотя исследование операций как научное направление возникло в конце 30 — х годов XX века, в эпоху, когда над нашим миром собирались грозовые тучи, его зарождение относится к значительно более отдаленному времени. Рассмотрим вкратце основные моменты его развития. [34]
Оно не зависит от радиуса шара и позволяет оценить влияние, например, круглой проводящей крупинки, попавшей в изоляцию, или влияние куполообразной крыши, над которой проходит грозовая туча. [35]
Грозовая туча образуется в жаркий день, когда воздух у поверхности земли сильно прогрет и хорошо насыщен водяными парами. Происходит мощная конвекция: потоки нагретого влажного воздуха устремляются вверх. [36]
Грозовые тучи надвигавшейся войны сгущались над Европой, и социалисты всех стран должны были определить общие меры борьбы с агрессивной политикой империалистических держав. Это было важно и для большевистской партии, активно выступавшей против бюджетных ассигнований царского правительства на военные цели и разоблачавшей его колониальную политику.
| Зависимость потенциала и расстояний по воздуху и дереву от протяженности токоотвода и импульсного сопротивления. [38] |
Если грозовая туча с определенным электрическим зарядом ( например, отрицательным) находится над каким-либо недостаточно хорошо заземленным объектом, то на последнем через индукцию возникают электрические заряды, равные зарядам тучи. [39]
Помимо появления волн при включении, отключении, коротком замыкании или изменении нагрузки, а также при случайных заземлениях возможны еще возникновения волн под действием атмосферных явлений. Соседство грозовых туч, снег, дождь, движение воздуха, особенно во время восхода и заката солнца, — все это может привести к накоплению на изолированных проводах статических зарядов. Положительные заряды в проводах находятся в связанном состоянии с зарядами тучи и могут быть сосредоточены на небольшой длине линии, а свободные отрицательные заряды по мере своего возникновения распространяются по всей длине линии и через несовершенную изоляцию стекают на землю.
Помимо появления волн при включении, отключении, коротком замыкании или изменении нагрузки, а также при случайных заземлениях возможны еще волны под действием атмосферных явлений. Соседство грозовых туч, снег, дождь, движение воздуха, особенно во время восхода и заката солнца, — все это может привести к накоплению на изолированных проводах статических зарядов. Значительные заряды мог т образоваться, когда по соседству с линией находятся грозовые тучи. Положительные заряды в проводах находятся в связанном состоянии с зарядами тучи и мог т быть сосредоточены на небольшой длине линии, а свободные отрицательные заряды распространяются по всей длине линии и через несовершенную изоляцию стекают на землю; благодаря малой плотности этих зарядов их влиянием на процессы в линии можно пренебречь. [41]
Когда надвигаются темные грозовые тучи и сверкают яркие молнии, происходят могучие разряды электричества.
Но разряды молнии длятся лишь ничтожные доли секунды и для практического применения такой вид электроэнергии непригоден.
[42]
Существует ряд научных теорий, объясняющих причины и картину возникновения грозовых разрядов. Вопреки установившемуся представлению грозовая туча не является хорошим проводником и обладает более высокими изоляционными свойствами, чем сухой воздух. Это объясняется тем, что в заряженной туче нет свободных электронов и ионов, обусловливающих проводимость воздуха, так как, возникнув, они соединяются, связываются с водяными каплями и делаются малоподвижными. Только при возникновении значительных разностей потенциалов между отдельными частями тучи или тучей и землей туча делается хорошо проводящей. По мере накопления электрических зарядов в тучах напряженность электрического поля и потенциал увеличиваются. [43]
| Схема грозового облака по Симпсону-Скрезе. [44] |
Скорость потока тем больше, чем ближе расположены эти линии.
Стрелка показывает направление движения грозовой тучи. В месте встречи восходящего потока с облаком расположена область положительного заряда, обязанная своим происхождением эффекту Ленара.
[45]
Страницы: 1 2 3 4
Что вызывает молнию?
В сельской местности обрушилась гроза. Кредит: noaanews.noaa.gov Но, несмотря на все, что человечество узнало за столетия, молния остается загадочной. Эксперименты проводились со времен Бенджамина Франклина; однако мы по-прежнему сильно полагаемся на теории о том, как ведет себя освещение.
Описание:
По определению, молния — это внезапный электростатический разряд во время грозы. Этот разряд позволяет заряженным областям в атмосфере временно выравниваться, когда они ударяются о предмет на земле. Хотя молния всегда сопровождается звуком грома, отдаленная молния может быть видна, но быть слишком далеко, чтобы гром был слышен.
Типы:
Молния может принимать одну из трех форм, которые определяются тем, что находится в «конце» ответвления канала (т. е. разряд молнии). Например, внутриоблачное освещение (IC), возникающее между электрически заряженными областями облака; освещение от облака к облаку (CC), когда оно происходит между одной функциональной грозовой тучей и другой; и молния «облако-земля» (CG), которая в основном возникает в грозовом облаке и заканчивается на поверхности Земли (но может также происходить в обратном направлении).
Внутриоблачные молнии чаще всего возникают между верхней (или «наковальней») частью и нижней частью данной грозы.
В таких случаях наблюдатель может увидеть только вспышку света, не слыша грома. Здесь часто применяется термин «тепловая молния» из-за связи между локально ощущаемым теплом и отдаленными вспышками молнии.
В случае молнии от облака к облаку заряд обычно исходит из-под или внутри наковальни и карабкается через верхние слои облаков грозы, обычно генерируя молнию с несколькими ветвями.
Облако-земля (CG) — наиболее известный тип молнии, хотя и третий по распространенности — на него приходится примерно 25% случаев во всем мире. В этом случае молния имеет вид разряда между грозовым облаком и землей, имеет обычно отрицательную полярность и инициируется ступенчатой ветвью, спускающейся от облака.
CG молния наиболее известна, потому что, в отличие от других форм молнии, она заканчивается на физическом объекте (чаще всего на Земле) и, следовательно, поддается измерению с помощью инструментов. Кроме того, он представляет наибольшую угрозу жизни и имуществу, поэтому понимание его поведения рассматривается как необходимость.
Свойства:
Освещение возникает, когда в атмосфере возникают восходящие и нисходящие потоки ветра, создавая механизм зарядки, который разделяет электрические заряды в облаках, оставляя отрицательные заряды внизу и положительные заряды вверху. По мере того, как заряд в нижней части облака продолжает расти, растет и разность потенциалов между облаком и землей, которая заряжена положительно.
Когда пробой в нижней части облака создает очаг положительного заряда, формируется канал электростатического разряда, который начинает двигаться вниз шагами в десятки метров в длину. В случае молнии IC или CC этот канал затем притягивается к другим карманам областей положительного заряда. В случае ударов ЦТ ступенчатый лидер притягивается к положительно заряженной земле.
Многие факторы влияют на частоту, распределение, силу и физические свойства «типичной» вспышки молнии в конкретном регионе мира. К ним относятся высота над уровнем моря, широта, преобладающие ветровые течения, относительная влажность, близость к теплым и холодным водоемам и т.
Около 70 % молний происходит над сушей в тропиках, где атмосферная конвекция является наибольшей. Это происходит как от смешения более теплых и более холодных воздушных масс, так и от разности концентраций влаги, и происходит это, как правило, на границах между ними. В тропиках, где уровень замерзания в атмосфере обычно выше, только 10% вспышек молний являются CG. На широте Норвегии (около 60 ° северной широты), где высота замерзания ниже, 50% молний приходится на центральную планету.
Эффекты:
В целом молния оказывает три измеримых воздействия на окружающую среду. Во-первых, это прямое воздействие самого удара молнии, которое может привести к повреждению конструкции или даже физическому ущербу.
Когда молния попадает в дерево, он испаряет сок, что может привести к взрыву ствола или отламыванию больших ветвей и их падению на землю.
Когда молния ударяет в песок, почва, окружающая плазменный канал, может расплавиться, образуя трубчатые структуры, называемые фульгуритами. Здания или высокие конструкции, пораженные молнией, могут быть повреждены, поскольку молния ищет непреднамеренные пути к земле. И хотя примерно 90% людей, пораженных молнией, выживают, люди или животные, пораженные молнией, могут получить серьезные травмы из-за повреждения внутренних органов и нервной системы.
Гром также является прямым результатом электростатического разряда. Поскольку плазменный канал перегревает воздух в непосредственной близости, молекулы газа подвергаются быстрому увеличению давления и, таким образом, расширяются наружу от молнии, создавая слышимую ударную волну (также известную как гром). Поскольку звуковые волны распространяются не от одного источника, а по всей длине пути молнии, различные расстояния от источника могут создавать эффект качения или грохота.
Высокоэнергетическое излучение также возникает в результате удара молнии. К ним относятся рентгеновские и гамма-лучи, которые были подтверждены наблюдениями с использованием детекторов электрического поля и рентгеновских лучей, а также космических телескопов.
Исследования:
Первое систематическое и научное исследование молнии было проведено Бенджамином Франклином во второй половине 18 века. До этого ученые поняли, как электричество можно разделить на положительные и отрицательные заряды и сохранить. Они также отметили связь между искрами, произведенными в лаборатории, и молнией.
Франклин предположил, что облака электрически заряжены, из чего следовало, что сама молния была электрической. Первоначально он предложил проверить эту теорию, поместив железный стержень рядом с заземленным проводом, который будет удерживаться поблизости изолированной восковой свечой. Если бы облака были электрически заряжены, как он ожидал, то между железным стержнем и заземляющим проводом проскакивали бы искры.
В 1750 году он опубликовал предложение о запуске воздушного змея в шторм для привлечения молнии. В 1752 году Томас Франсуа Д’Алибар успешно провел эксперимент во Франции, но вместо воздушного змея использовал 12-метровый железный стержень для создания искр. Считается, что к лету 1752 года Франклин сам провел эксперимент во время сильного шторма, обрушившегося на Филадельфию.
В своей усовершенствованной версии эксперимента Франклин атаковал ключ к воздушному змею, который был соединен влажной нитью с изолирующей шелковой лентой, обернутой вокруг костяшек рук Франклина. Тем временем тело Франклина обеспечивало проводящий путь для электрических токов на землю. В дополнение к показу того, что гроза содержит электричество, Франклин смог сделать вывод, что нижняя часть грозы обычно также была отрицательно заряжена.
До конца XIX века в понимании свойств молнии не было достигнуто значительного прогресса.век, когда фотография и спектроскопические инструменты стали доступны для исследования молний.
В этот период многие ученые использовали фотографии с временным разрешением для идентификации отдельных ударов молнии, составляющих грозовой разряд в землю.
Исследование молний в наше время начинается с работы C.T.R. Wilson (1869 – 1959), который первым использовал измерения электрического поля для оценки структуры грозовых зарядов, участвующих в разрядах молнии. Уилсон также получил Нобелевскую премию за изобретение облачной камеры, детектора частиц, используемого для обнаружения присутствия ионизированного излучения.
К 1960-м годам интерес вырос благодаря интенсивной конкуренции, вызванной космической эрой. Когда космические корабли и спутники отправлялись на орбиту, существовали опасения, что молния может представлять угрозу для аэрокосмических аппаратов и твердотельной электроники, используемой в их компьютерах и приборах. Кроме того, улучшенные возможности измерений и наблюдений стали возможными благодаря совершенствованию космических технологий.
Помимо наземного обнаружения молний, на борту спутников было сконструировано несколько инструментов для наблюдения за распространением молний. К ним относится оптический детектор переходных процессов (OTD) на борту спутника OrbView-1, запущенного 3 апреля 19 г.95, а затем датчик изображения молний (LIS) на борту TRMM, который был запущен 28 ноября 1997 года. Например, мощный выброс огромного количества вещества и газов в атмосферу создает плотный шлейф высокозаряженных частиц, что создает идеальные условия для молнии. Кроме того, плотность пепла и постоянное движение внутри шлейфа постоянно вызывают электростатическую ионизацию. Это, в свою очередь, приводит к частым и мощным вспышкам, поскольку шлейф пытается нейтрализовать себя.
Этот тип грозы часто называют «грязной грозой» из-за высокого содержания твердых частиц (золы). На протяжении всей истории было зарегистрировано несколько случаев вулканических молний. Например, во время извержения Везувия в 79 г. н.э. Плиний Младший заметил несколько мощных и частых вспышек, происходящих вокруг вулканического шлейфа.
Внеземная молния:
Частота ударов молнии по всему миру, по данным НАСА. Кредит: Википедия/Городской шум 900:02 Молнии наблюдались в атмосферах других планет Солнечной системы, таких как Венера, Юпитер и Сатурн. В случае Венеры первые признаки того, что молния может присутствовать в верхних слоях атмосферы, были обнаружены советскими миссиями «Венера» и американскими миссиями «Пионер» в 1970-х и 1980-х годах. Было подтверждено, что радиоимпульсы, зарегистрированные космическим кораблем Venus Express (в апреле 2006 г.), исходят от молний на Венере.На Юпитере наблюдались грозы, подобные земным. Считается, что они являются результатом влажной конвекции с тропосферой Юпитера, где конвективные шлейфы поднимают влажный воздух из глубин в верхние части атмосферы, где он затем конденсируется в облака размером около 1000 км.
Серия ударов молнии, снятая камерой Nightpod на борту МКС над Римом в 2012 году. Фото: ESA/NASA/André Kuipers.
Изображение ночного полушария Юпитера, сделанное Галилео в 1990 году и космическим кораблем Кассини в декабре 2000 года, показало, что бури всегда связаны с молниями на Юпитере. Хотя удары молнии в среднем в несколько раз мощнее, чем на Земле, они, по-видимому, случаются реже. В полярных регионах было обнаружено несколько вспышек, что сделало Юпитер второй известной планетой после Земли, на которой наблюдаются полярные молнии.
Молния также наблюдалась на Сатурне. Первый случай произошел в 2010 году, когда космический зонд «Кассини» зафиксировал вспышки на ночной стороне планеты, что совпало с обнаружением мощных электростатических разрядов. В 2012 году снимки, сделанные зондом «Кассини» в 2011 году, показали, как мощная буря, охватившая северное полушарие, также вызывала мощные вспышки молний.
- Вулкан Колима (Volcán de Colima) с молнией, сделанный 29 марта 2015 года. Кредит: Сезар Канту.
- Художественная концепция грозы Венеры. Кредит: НАСА
Credit: blogs.discovermagazine.com»>
Фульгерит образовался на песчаном участке в результате удара молнии. Кредит: blogs.discovermagazine.comИсточник: Вселенная сегодня
Цитата :
Что вызывает молнию? (2015, 10 июля)
получено 21 ноября 2022 г.
с https://phys.org/news/2015-07-lightning.html
Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
Опасны ли грозы для полетов
Делиться:
- Дом
- Учебник
В этом новом уроке метеорологического учебника Windy.
app (WMT) и информационного бюллетеня для лучшего прогнозирования погоды вы узнаете больше о грозе и о том, как она работает.
Откуда берутся грозы
Вспомним: теплый воздух от прогретой земли всегда стремится вверх. Он уносит с собой влагу, и если воздух был достаточно влажным и восходящие потоки достаточно сильными, то возникают кучевые облака — фабрика дождей и гроз. Мы уже подробно рассказывали здесь о том, как формируются грозы.
Грозы обычно связаны с ударами молнии в землю, но это только 40% от этого количества — молнии чаще бьют внутри облака или близлежащих облаков.
Стоит ли бояться летать во время грозы
Внутри любого облака воздух обычно менее стабилен, чем снаружи, но в грозовых облаках это становится особенно серьезной угрозой. Из-за одновременного движения воздуха вверх и вниз возникает сильная турбулентность, которая в крайнем случае может разрушить небольшой старый самолет.
Современные самолеты, однако, предназначены для полетов практически в любой реалистичной турбулентности.
В некоторых случаях может быть более опасно терять ориентацию и управление самолетом из-за отсутствия какой-либо видимой точки отсчета внутри грозового облака, но оборудование и профессиональный опыт пилота решают проблему. В основном самолеты оборудованы метеолокаторами: пилоты всегда стараются избегать грозовых туч и фронтов.
Многие люди также опасаются, что в самолет ударит молния, но переживать по этому поводу точно не стоит. Во-первых, заряд самолета часто слишком мал, чтобы облако могло «выбрать» его для обмена электронами. Во-вторых, самолеты давно построены так, что даже если ударит молния, то она может пройти сквозь внешний лист корпуса, не причинив вреда, и уйти в атмосферу.
Стоит ли бояться летать во время грозы
Выглядит страшно, но на самом деле это последнее, чего стоит бояться в полете.
Велика вероятность, что молния уже ударила в самолет, на котором вы последний раз летали. После всех таких случаев самолет всегда проверяют при посадке, но все, что может сделать молния, это затемнить корпус в месте входа и выхода разряда.