Гроза как происходит: Как возникает гроза

Сегодня у нас достаточно инструментов, чтобы объяснять явления природы с точки зрения науки.

Бьёт ли молния дважды в одно место?

Вопреки расхожему мнению, молния может ударить дважды, а то и больше, в одно место. В Эмпайр-стейт-билдинг ежегодно попадает от 20 до 100 молний, а однажды там было зафиксировано 8 ударов в течение 24 минут! Другим небоскрёбам достаётся в среднем по 25 раз за год. Но благодаря молниеотводам они остаются целы и невредимы.

Сначала облако

Любая гроза начинается с облака. Его формируют тёплые воздушные потоки, поднимающие с Земли водяной пар, который образуется вследствие испарения воды из рек, озёр, морей, океанов.

Механизмы зарождения молнии в облаке изучены не до конца, однако есть общепринятая концепция электризации грозового облака. Заряд накапливается в центре облака, где воздух быстро устремляется вверх (восходящий поток). Из-за низких температур там образуется смесь капель воды, кусочков льда и мягкого града.

Восходящий поток воздуха поднимает капли воды и кусочки льда вверх, а более тяжёлые и плотные градины падают вниз. При столкновении более массивные градины забирают электрон с поверхности льдинок, в результате чего верхняя часть облака, куда стремятся кусочки льда, приобретает положительный заряд, а нижняя, куда падают градины, — отрицательный. Между разноимённо заряженными областями возникает напряжение, создавая электрическое поле. Это приводит к движению заряженных частиц и, как следствие, к появлению электрического тока.

Грозовое облако площадью 100 км² и толщиной 5 км обладает энергией, сравнимой с энергией атомной бомбы. Она вырабатывается в результате превращения водяного пара в дождевые капли, конденсирующиеся в облако.

Ток нагревает воздух до 30 000°С — локальное давление повышается, расширяя и взрывая газ. Звук взрывающегося газа и есть гром. Наверное, вы замечали, что он всегда «отстаёт» от молнии. Происходит это потому, что скорость света выше скорости звука. Чем дальше гроза, тем больше разница во времени между молнией и раскатом грома.

Кучевое облако

Поднимаясь, воздух охлаждается, достигая определенной температуры, при которой начинается конденсация влаги, содержащейся в нём. Начинается формирование кучевых облаков. При конденсации выделяется тепловая энергия, достаточная для дальнейшего подъёма воздуха.

Зрелые грозовые облака

Воздушный поток продолжает поднимать влагу и увеличивать облако. Капли воды сливаются в более крупные и тяжёлые и замерзают. При падении они тают и превращаются в дождь. Если восходящий поток сильный, то льдинки становятся настолько крупными, что не успевают растаять и падают в виде града.

Распад

Холодный воздух, переносимый на землю нисходящим потоком, отсекает восходящий воздушный поток и останавливает рост и рассеивает грозовое облако. Данный этап происходит довольно быстро, примерно через 20–30 минут в жизни грозового облака.

​Заряженная атмосфера

Молния несёт заряд до нескольких десятков кулон — это в 10 000 раз больше, чем заряд обычного конденсатора. Однако заряд присущ не только молнии: мельчайшие заряженные частицы окружают вас повсюду. Земная ионосфера наполненна положительными зарядами, источниками которых является космическое излучение. Поток заряженных частиц из космоса выбивает электроны из молекул газа и ионизирует воздух.

Поверхность Земли, напротив, заряжена отрицательно. Однако заряд — явление непостоянное. Согласно математическим расчётам, без подзарядки Земля полностью разрядится примерно за полчаса. Но этого не происходит, и причиной тому грозы. Каждый квадратный километр в среднем 6 раз в год принимает удар молнии, который и переносит отрицательный заряд на поверхность Земли.

Для наглядности вспомним, как заряжают обычный электрический конденсатор. Его подключают к электроцепи и заряжают до максимального напряжения на обкладках.

То же самое происходит с таким суперконденсатором, как наша планета, одна обкладка которого — ионосфера, другая — земная поверхность.

Для исследования гроз строят специальные высокогорные станции или кооперируются с центрами по изучению космического излучения. Примерами могут служить Баксанская нейтринная обсерватория на Кавказе и Космостанция на Тянь-Шане, где одна из установок так и называется — «Гроза». Ещё это явление изучают в научно-исследовательских центрах атмосферного воздуха, которые есть во многих странах.

Тянь-Шаньская высокогорная станция является оптимальным местом для изучения грозового разряда, поскольку её высота — 3400 м над уровнем моря — соответствует высоте прохождения грозовых облаков в этой местности. 

​Опасность грозы

Поскольку молния несёт электрический заряд и обладает большой энергией, она может поджечь объект, оказавшийся на её пути. Молнии часто становятся причиной пожаров, оставляя людей без крыши над головой.

При прохождении разряда через человеческое тело мышцы резко сокращаются, в организме выделяются токсичные вещества, нарушается работа сердечно-сосудистой системы, может начаться внутреннее кровотечение. Очень часто травмы, нанесённые молнией, либо несовместимы с жизнью, либо оставляют инвалидом на всю жизнь. Ежегодное число жертв грозы колеблется от 6000 до 24 000. Помимо трагических исходов бывали и счастливые случаи, когда человек после удара оставался невредим или отделывался шрамами и небольшими ожогами. Такое происходит, если молния не задевает жизненно важные органы: сердце, спинной и головной мозг. Кроме того, молния проходит через тело практически мгновенно. А шрамы после неё часто имеют форму ветвящегося дерева — это вызвано разрывом кровеносных сосудов под кожей.

Длина молнии обычно составляет от 1 до 10 км, однако в 2007 году в штате Оклахома (США) была зафиксирована молния рекордной длины — 321 км.

Для защиты от молний используются громоотводы — металлические конструкции, устанавливаемые на высоких зданиях. Попадая в них, молния через металлический проводник уходит в землю. Если гроза застанет вас на улице, срочно ищите укрытие. Но ни в коем случае не вставайте под дерево и не стойте возле большого металлического сооружения. Если вы дома, то отойдите от окна и не прикасайтесь к электрическим устройствам: они притягивают молнию возникающими в них электрическими полями.

Тэги:

физикаэлектричествоприродапогода

Гроза, причины её образования и особенности

Гроза — одно из самых опасных явлений природы. Представляет оно собой электрические разряды — молнии, возникающие возле и внутри облаков, сопровождающиеся раскатами грома (колебания воздуха от разрядов молнии).

Образование грозовых облаков и их классификация

Грозовые облака образуются из кучевых облаков. Сперва они проходят стадию зрелости (развитие облака), после чего наступает

По характеристикам грозовых облаков, их можно разделить на 4 типа:

• — Одноячейковое.
  Явление носит слабо выраженный характер, едва заметно.
• — Многоячейковые кластерные.
  Грозы, возникающие при таком типе облаков, самые частые. Имеют они не очень большую силу.
• — Многоячейковые линейные.
  Данный тип облаков может похвастаться наличием мощных порывов ветра, сопровождающих явление. Хотя само оно не особенно и сильное.
• — Суперъячейковые.
  Самые сильные, редкие и опасные. Основным их отличием является вращение воздушных масс, что приводит к возникновению разрушительных смерчей (торнадо).

Опасность грозы

Данное природное явление столь опасно даже не молниями, а крупным градом, ливнями и сильнейшим ветром, которые в большинстве случаев неразлучны с грозой, поскольку возникает явление в мощных кучево-дождевых облаках.

Интересно, что сейчас в мире активны около полутора тысяч гроз, как и в любой другой момент времени. Каждую секунду в мире сверкает сотня молний. Можно себе представить, насколько частым явлением является гроза, не правда ли? А если вспомнить, что сопровождается явление обильными осадками, можно также представить, какие разрушения наносят потоки воды. В некоторых регионах они являются причиной гибели тысяч людей. Ну и не стоит забывать про сильный ветер, являющийся причиной многих разрушений. Да и сами электрические разряды весьма опасны.

Образование озона

Столь большое количество гроз, бушующих по всему миру, приносят огромную пользу. Дело в том, что во время электрических разрядов в стратосфере Земли образуется озон. Именно из него состоит озоновый слой, защищающий нашу планету от губительного солнечного излучения.

В то же время, этот самый озон нас и убивает. Ведь является он отнюдь не безопасным, и во время грозы образуется не только высоко в атмосфере, но и над самой землёй. Чувствовали когда-нибудь после грозы особенно свежий воздух? Именно этот свежий воздух и приносит нашему организму серьёзный вред, особенно дыхательной системе. Поэтому во время грозы необходимо закрывать все окна и двери, и ни в коем случае не выходить на улицу. Озон рассеивается в течение 1-2 часов после окончания явления, и лишь тогда можно покидать дом.

Меры предосторожности при грозе

• 1. Уйти с открытых пространств, ведь нахождение на них поднимает шансы получить разряд молнии (за счёт того, что человек выше окружающих объектов).
• 2. Не забираться на любые возвышенности по этой же причине.
• 3. Не стоять под высокими объектами (дерево, столб, поскольку молния может в них ударить), также избегать линий электропередач.
• 4. Избавиться от всех металлических предметов (они притягивают молнии).
• 5. Не плавать в водоёмах, поскольку вода отлично проводит электрический ток.
• 6. Не находиться возле окон.
• 7. Находясь в помещении, закрыть окна и двери.
• 8. Не покидать дом хотя бы 1 час после завершения явления.

Суровая погода 101: Типы гроз

Типы гроз

Часто называемая конвекцией «попкорн», одноячеечные грозы — это маленькие, кратковременные, слабые грозы, которые нарастают и стихают в течение часа или около того. Обычно они работают от отопления летним днем. Одноячеечные грозы могут вызывать кратковременные проливные дожди и молнии.

Линия шквала. [+]

Многоячеистая гроза — это обычная гроза садового типа, при которой новые восходящие потоки формируются вдоль передней кромки охлаждаемого дождем воздуха ( порывистый фронт ). Отдельные ячейки обычно существуют от 30 до 60 минут, в то время как система в целом может работать в течение многих часов. Многоячеистые штормы могут вызывать град, сильный ветер, кратковременные торнадо и/или наводнения.

Линия шквалов – это группа штормов, расположенных в линию, часто сопровождаемых «шквалами» сильного ветра и проливного дождя. Линии шквала, как правило, проходят быстро и менее склонны к возникновению торнадо, чем суперячейки. Они могут быть сотни миль в длину, но, как правило, только 10 или 20 миль в ширину.

Суперячейка — это долгоживущий (более 1 часа) высокоорганизованный шторм, питающийся восходящим потоком (восходящим потоком воздуха), который наклонен и вращается. Этот вращающийся восходящий поток диаметром до 10 миль и высотой до 50 000 футов может появиться за 20-60 минут до образования торнадо. Ученые называют это вращение мезоциклоном, когда оно обнаруживается доплеровским радаром. Торнадо — очень маленькое продолжение этого большего вращения. Большинство крупных и сильных торнадо происходят из суперячеек.

Некоторые особенности суперячеечного шторма. Каждый шторм отличается. Не все штормы будут отображать все функции классической суперячейки. [+]

A «эхо-сигнал от носа» — это радиолокационная сигнатура линии шквала, которая «изгибается» по мере того, как ветер отстает от линии и циркуляция развивается на обоих концах. Эхосигнал с сильным наклоном может указывать на сильный ветер в середине линии, где штормы продвигаются вперед наиболее быстро. Кратковременные торнадо могут возникать на переднем фронте носового эхосигнала. Часто северная сторона носового эха со временем становится доминирующей, постепенно превращаясь в грозовой комплекс в форме запятой.

Эхо-сигнал носовой части над Спрингдейлом, штат Арканзас, 21 мая 2013 г. [+]

Мезомасштабная конвективная система (MCS) представляет собой совокупность гроз, действующих как система. MCS может распространяться на весь штат и длиться более 12 часов. На радаре один из этих монстров может выглядеть как сплошная линия, пунктирная линия или скопление клеток. Этот всеобъемлющий термин может включать любой из следующих типов штормов:

Мезомасштабный конвективный комплекс (MCC) — особый тип MCS, MCC представляет собой большое, круглое, долгоживущее скопление ливней и гроз, идентифицированное спутником. . Он часто возникает из других типов штормов поздно ночью и рано утром. Центры MCC могут охватывать весь штат.

Мезомасштабный конвективный вихрь (MCV) — Центр низкого давления внутри MCS, который стягивает ветры в круговую форму или вихрь. Имея ядро ​​шириной всего от 30 до 60 миль и глубиной от 1 до 3 миль, MCV часто упускается из виду при стандартном анализе погоды. Но MCV может жить самостоятельно, сохраняясь до 12 часов после того, как его родительский MCS рассеялся. Этот осиротевший MCV иногда становится семенем следующей вспышки грозы. MCV, который перемещается в тропические воды, такие как Мексиканский залив, может служить ядром для тропического шторма или урагана.

Дерехос — это долгоживущие ураганы, наносящие прямой урон ветром. [+]

A derecho (произносится как «deh-REY-cho» на английском языке) — широко распространенный, продолжительный ураган, связанный с полосой быстро движущихся ливней или гроз. Хотя дерехо может вызывать разрушения, аналогичные разрушениям торнадо, ущерб обычно направлен в одном направлении по относительно прямой полосе. В результате для описания повреждения дерехо иногда используется термин «повреждение прямолинейным ветром». По определению, если полоса поражения ветром простирается более чем на 240 миль (около 400 километров) и включает порывы ветра со скоростью не менее 58 миль в час (93 км/ч) или более на большей части его длины, то событие может быть классифицировано как дерехо.

Узнайте больше фактов о Derechos из Центра прогнозирования штормов NWS.

Неблагоприятная погода 101: Часто задаваемые вопросы о грозе

Часто задаваемые вопросы о грозах

Что такое суперячейка?

Суперячейка — это часто опасная гроза с очень организованной внутренней структурой, включая вращающийся восходящий поток, который позволяет ей продолжаться до нескольких часов. Суперячейки способны создавать суровые погодные условия, включая сильный ветер, сильный град и сильные торнадо. Они чаще всего бывают изолированными и часто развиваются в теплом воздухе перед линией шквала. Суперячейка также обычно формируется в среде с сильным вертикальным сдвигом ветра, который вызывает вращение восходящего потока.

Суперселл [+]

Почему бывают грозы?

Грозы — отличный способ высвобождения энергии атмосферой. Когда теплый влажный воздух встречается с более холодным и сухим воздухом, теплый воздух поднимается вверх, водяной пар конденсируется в воздухе и образует облако. Когда водяной пар конденсируется, он выделяет тепло, которое является формой энергии. Большое количество энергии грозы исходит от процесса конденсации, который формирует грозовые облака. По мере того, как гроза прогрессирует, в конечном итоге дождь охлаждает весь процесс, и энергия исчезает.

Грозы также помогают поддерживать электрический баланс Земли. Поверхность Земли и атмосфера легко проводят электричество — Земля заряжена отрицательно, а атмосфера — положительно. Всегда существует постоянный поток электронов, текущий вверх со всей поверхности земли. Грозы помогают передать отрицательные заряды обратно на землю (молнии обычно имеют отрицательный заряд). Без гроз и молний электрический баланс между землей и атмосферой исчез бы за пять минут! Мы не совсем уверены, что произойдет, если этот баланс не будет поддерживаться. Но грозы — не единственный способ, которым атмосфера проводит электричество — солнечный ветер и ионосферный ветер тоже играют роль.

Чем мы занимаемся: более 100 исследователей из NOAA, NSSL и 29 других организаций совместно работали над полевым проектом, чтобы выяснить, как грозы действуют как лифты, унося загрязнение, электрическую активность и насыщенный водой воздух с поверхности и поднимая их прямо вверх. верхнюю тропосферу. Узнать больше о полевых проектах NSSL→

Где я могу узнать информацию о шторме?

В нескольких местах будет информация о шторме. Местное отделение Национальной метеорологической службы в районе урагана проводит оценку ущерба от суровых погодных явлений. Центр прогнозирования штормов документирует отчеты о штормах, но официальное определение остается за местным управлением Национальной метеорологической службы. Национальный центр климатических данных NOAA поддерживает официальную национальную базу данных о погоде.

Откуда дует ветер во время грозы?

Во время грозы или торнадо нет направления ветра. Там, где теплый влажный воздух вынужден подниматься вверх из-за холмов, гор или областей, где теплый/холодный или влажный/сухой воздух сталкиваются друг с другом, могут образовываться грозы. Направление ветра на поверхности зависит от вашего местоположения (северное/южное полушарие и даже побережье/равнины/горы) и от того, какие погодные условия обычно влияют на этот район.

Есть ли определенный сезон гроз?

Подумайте о том, чтобы обратиться в местное бюро прогнозов Национальной метеорологической службы, потому что они будут лучше соответствовать вашей местной климатологии.

Помимо того, что они действительно видны, как обнаруживаются грозы?

Мы можем видеть грозы с помощью различных инструментов. Радары позволяют нам увидеть, где дождь и град находятся во время грозы. Доплеровские радары также позволяют нам увидеть, как дует ветер внутри и вблизи шторма. Некоторые черты грозы, такие как наковальня, которая распространяется в верхней части грозы, можно увидеть со спутников.

Почему сильные грозы так опасны?

Дожди, вызванные грозами, вызывают внезапные наводнения, от которых ежегодно погибает больше людей, чем от ураганов, торнадо или молний. Молния является причиной множества пожаров по всему миру каждый год и приводит к гибели людей. Град размером с мяч для софтбола повреждает автомобили и окна, а также убивает диких животных, оказавшихся на открытом воздухе. Сильные (более 120 миль в час) прямолинейные ветры, связанные с грозами, валят деревья, линии электропередач и дома на колесах. Торнадо (с ветром до 300 миль в час) могут разрушить все, кроме самых лучших искусственных сооружений.

Почему на одной стороне улицы идет дождь, а на другой нет?

Ответ на этот вопрос заключается в том, что у большинства вещей есть начало и конец. Дождь должен где-то начаться и где-то закончиться. Иногда случается, что он стартует с одной стороны улицы и уходит, так и не промокнув другую сторону.

Почему на западном побережье США не бывает больше гроз?

На западном побережье конвекция меньше, отчасти из-за более низкой температуры воды у берегов в Тихом океане. Это влияет на температуру воздуха, движущегося вглубь суши, делая его в целом более стабильным и менее конвективным; конвекция = грозы). Чтобы получить гром, нужны сильные восходящие потоки (конвекция), что означает быстрое падение температуры с высотой (по вертикали) в атмосфере.

Бывают ли зимние грозы?

Зимние грозы случаются, но редко, потому что воздух более стабилен. Сильные восходящие потоки не могут образовываться, потому что температура поверхности зимой ниже.

Почему после грозы небо иногда становится оранжевым?

Большинство гроз случаются ближе к вечеру. К этому времени дня солнце начинает садиться. Оранжевый оттенок вызван тем же процессом, что и яркие цвета на закате. Свет с более короткими длинами волн (синий) быстро рассеивается, оставляя только желто-оранжево-красный конец спектра.

Что такое дерехо?

Дерехо (произносится как «дех-РЕЙ-чо» на английском языке) — широко распространенный, продолжительный ураган, связанный с полосой быстро движущихся ливней или гроз. Хотя дерехо может вызывать разрушения, аналогичные разрушениям торнадо, ущерб обычно направлен в одном направлении по относительно прямой полосе. В результате для описания повреждения дерехо иногда используется термин «повреждение прямолинейным ветром». По определению, если полоса поражения ветром простирается более чем на 240 миль (около 400 километров) и включает порывы ветра со скоростью не менее 58 миль в час (93 км/ч) или более на большей части его длины, то событие может быть классифицировано как дерехо.

Все ли грозы сопровождаются градом?

Большинство гроз сопровождаются градом, но не все грозы вызывают град на земле. Температура на верхних уровнях грозы значительно ниже точки замерзания, что способствует развитию града, но иногда он тает, не достигнув поверхности земли.

Что такое SKYWARN?

SKYWARN — это национальная программа погоды, которая управляется и координируется NWS. Это была концепция, разработанная в начале 1970-х годов, который был предназначен для продвижения совместных усилий между Национальной метеорологической службой и ее сообществами. Акцент усилий часто сосредоточен на наблюдателе за штормом, добровольце, который занимает позицию рядом со своим сообществом и сообщает о порывах ветра, размере града, осадках и облачных образованиях, которые могут сигнализировать о развитии торнадо. ВАС можно обучить, чтобы стать корректировщиком SKYWARN. Посетите www.skywarn.org, чтобы найти ссылку на местные группы SKYWARN. Если вашего района нет в списке, обратитесь в местный офис Национальной метеорологической службы.

Разделяются ли штормы и/или рассеиваются ли они после пересечения реки?

К сожалению, нет никаких доказательств того, что штормы разделяются или рассеиваются после пересечения рек. .. они могут и делают это, но не таким образом, чтобы указать закономерность. Нет никаких документальных доказательств того, что воздействие реки или озера, даже шириной в милю, оказывает существенное влияние на динамику грозы. Масштабы реки очень малы по сравнению с масштабами грозы, которая распространяется в атмосферу на пять и более миль и может варьироваться от десятков до сотен миль в диаметре.

Можете ли вы рассказать мне подробности о конкретном граде, грозе или торнадо, которые обрушились на определенную дату? Или вы можете рассказать мне об ущербе от града или ветра за последние 20 лет в определенном месте?

К сожалению, нет. У нас нет ни ресурсов, ни персонала, чтобы выполнить каждый запрос на местную информацию о погоде, который мы получаем. Тем не менее, Национальный центр климатических данных предоставляет информацию о местных погодных явлениях как на интерактивном онлайн-сайте, так и — в случае суровых и экстремальных погодных явлений — в публикации под названием Storm Data.