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.

Космическое излучение

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. Атмосфера является промежуточным газовым диэлектриком, а молнии и есть электрическая цепь, заряжающая обкладки.

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 стадия распада (выпадают осадки, сопровождаемые электрическими разрядами).
Для образования грозовых облаков необходимо наличие восходящих потоков влаги, причём достаточно большого количества. Это возможно рядом с крупными водоёмами или в горах, за счёт восходящих горных потоков воздуха. Стремясь обогнуть природное препятствие, воздух устремляется вверх, и этого достаточно для формирования облаков. Также образование облаков возможно благодаря процессам, происходящим на атмосферных фронтах (вытеснении холодным воздухом тёплого или подъёме последнего).

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: Основы грозы

Основы грозы

Что мы делаем: Узнайте больше об исследованиях грозы NSSL здесь.

Что такое гроза?

Гроза — это ливень, во время которого слышен гром. Поскольку гром происходит от молнии, во всех грозах есть молнии.

Почему я иногда слышу, как метеорологи используют слово «конвекция», говоря о грозах?

Обычно создаваемая поверхностным нагревом, конвекция представляет собой восходящее движение атмосферы, которое переносит с собой все, что находится в воздухе, особенно любую влагу, имеющуюся в воздухе. Гроза является результатом конвекции.

Что такое сильная гроза?

Гроза классифицируется как «сильная», если она сопровождается одним или несколькими из следующих признаков: град высотой один дюйм и более, порывы ветра свыше 50 узлов (57,5 миль в час) или торнадо.

Сколько бывает гроз?

Ежегодно во всем мире случается около 16 миллионов гроз, и в любой момент времени происходит около 2000 гроз. Только в США ежегодно бывает около 100 000 гроз. Около 10% из них достигают тяжелых уровней.

Когда наиболее вероятны грозы?

Грозы наиболее вероятны в весенние и летние месяцы, а также в дневные и вечерние часы, но могут происходить круглый год и в любое время суток. 900:04 Вдоль побережья Мексиканского залива, а также в юго-восточных и западных штатах большинство гроз бывает во второй половине дня. Грозы часто случаются ближе к вечеру и ночью в штатах Равнин.

Какой ущерб может нанести гроза?

Многие опасные погодные явления связаны с грозами. При правильных условиях дожди от гроз вызывают внезапные наводнения, ежегодно убивающие больше людей, чем ураганы, торнадо или молнии. Молния является причиной многих пожаров по всему миру каждый год и приводит к гибели людей. Град размером с мяч для софтбола повреждает автомобили и окна, а также убивает домашний скот, оказавшийся 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.

Где чаще всего бывают сильные грозы?

Наибольшая суровая погодная угроза в США простирается от Техаса до юга Миннесоты. Но ни одно место в Соединенных Штатах не застраховано от угрозы суровой погоды.

В чем разница между НАБЛЮДЕНИЕМ за сильной грозой и ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕМ о сильной грозе?

Метеорологи Центра прогнозирования штормов NOAA наблюдают за погодой 24 часа в сутки 7 дней в неделю на предмет погодных условий, благоприятных для сильных гроз. Часы могут охватывать часть штата или несколько штатов. Наблюдайте за и , подготовьте к суровой погоде и следите за новостями NOAA Weather Radio, чтобы узнать, когда будут выпущены предупреждения.

Предупреждение о сильной грозе выпущено метеорологами вашего местного бюро прогнозов Национальной метеорологической службы NOAA, которые круглосуточно и без выходных наблюдают за определенной территорией на предмет неблагоприятных погодных условий, о которых сообщают наблюдатели или на которые указывает радар. Предупреждения означают, что существует серьезная угроза жизни и имуществу тех, кто находится на пути шторма. ДЕЙСТВИЕ теперь, чтобы найти безопасное убежище! Предупреждение может охватывать часть уездов или несколько уездов на пути опасности.

Как образуется гроза?

Для образования грозы необходимы три основных компонента: влага, поднимающийся неустойчивый воздух (воздух, который продолжает подниматься при толчке) и подъемный механизм, обеспечивающий «толчок».

Солнце нагревает поверхность земли, которая нагревает воздух над ней. Если этот теплый поверхностный воздух вынужден подниматься вверх — холмы или горы, или районы, где столкновение теплого/холодного или влажного/сухого воздуха может вызвать восходящее движение, — он будет продолжать подниматься до тех пор, пока весит меньше и остается теплее, чем окружающий воздух. Это.

Поднимаясь вверх, воздух передает тепло от поверхности земли к верхним слоям атмосферы (процесс конвекции). Содержащийся в ней водяной пар начинает остывать, выделяет тепло, конденсируется и образует облако. Облако в конечном итоге растет вверх в области, где температура ниже точки замерзания.

Когда шторм поднимается в ледяной воздух, из замерзающих капель жидкости могут образовываться различные типы ледяных частиц. Частицы льда могут расти за счет конденсации пара (например, изморози) и за счет сбора более мелких капель жидкости, которые еще не замерзли (состояние, называемое «переохлаждением»). Когда две ледяные частицы сталкиваются, они обычно отскакивают друг от друга, но одна частица может оторвать немного льда от другой и захватить электрический заряд. Многие из этих столкновений создают большие области электрических зарядов, вызывая вспышку молнии, которая создает звуковые волны, которые мы слышим как гром.

Жизненный цикл грозы

У грозы есть три стадии в своем жизненном цикле: стадия развития, стадия зрелости и стадия рассеивания. Стадия развития грозы отмечена кучевым облаком, которое выталкивается вверх восходящим столбом воздуха (восходящим потоком). Кучевое облако вскоре становится похоже на башню (так называемое возвышающееся кучевое облако), поскольку восходящий поток продолжает развиваться. На этом этапе дождя практически нет, но иногда случаются молнии. Гроза переходит в зрелую стадию, когда восходящий поток продолжает питать шторм, но осадки начинают выпадать из шторма, создавая нисходящий поток (столб воздуха, толкающий вниз). Когда нисходящий и охлажденный дождем воздух распространяется вдоль земли, он образует фронт порывов или линию порывистых ветров. Зрелая стадия – наиболее вероятное время для града, сильного дождя, частых молний, ​​сильного ветра и торнадо. В конце концов, выпадает большое количество осадков, и восходящий поток преодолевается нисходящим потоком, начиная стадию рассеивания. У земли фронт порывов уходит на большое расстояние от грозы и отсекает теплый влажный воздух, питавший грозу. Интенсивность осадков уменьшается, но опасность молнии остается.

Жизненный цикл грозы [+]

Как выглядит гроза?

Грозы могут выглядеть как высокие головки цветной капусты или иметь «наковальни». Наковальня — это плоское облачное образование в верхней части шторма. Наковальня образуется, когда восходящий поток (поднимающийся теплый воздух) достигает точки, в которой окружающий воздух имеет примерно такую ​​же температуру или даже теплее. Рост облака резко прекращается и сглаживается, принимая форму наковальни.

гроза | Определение, типы, структура и факты

гроза

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

C.T.R. Уилсон

Похожие темы:

молния ливень микровзрыв гром шаровая молния

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

гроза , сильное кратковременное нарушение погоды, которое почти всегда связано с молнией, громом, плотными облаками, проливным дождем или градом и сильным порывистым ветром. Грозы возникают, когда слои теплого влажного воздуха поднимаются большими быстрыми восходящими потоками в более прохладные области атмосферы. Там влага, содержащаяся в восходящем потоке, конденсируется с образованием возвышающихся кучево-дождевых облаков и, в конечном итоге, осадков. Затем столбы охлажденного воздуха опускаются к земле, ударяя о землю сильными нисходящими потоками и горизонтальными ветрами. При этом на облачных частицах (каплях воды и льду) накапливаются электрические заряды. Грозовые разряды возникают, когда накопленный электрический заряд становится достаточно большим. Молния нагревает воздух, через который она проходит, так сильно и быстро, что возникают ударные волны; эти ударные волны слышны как хлопки и раскаты грома. Иногда сильные грозы сопровождаются вращающимися воздушными вихрями, которые становятся концентрированными и достаточно мощными, чтобы образовывать торнадо.

Узнайте, как быстрые восходящие потоки теплого воздуха образуют кучево-дождевые облака, вызывающие проливные дожди и молнии

Наблюдайте за плотностью вспышек молний в типичный год с самой высокой частотой в Южной Америке, Африке и Австралазии

Узнайте о разработке модели прогнозирования грозы, которую можно запустить на ноутбуке

Известно, что грозы случаются почти во всех регионах мира, хотя в полярных регионах они случаются редко нечасты на широтах выше 50 ° северной широты и 50 ° южной широты. Поэтому умеренные и тропические регионы мира наиболее подвержены грозам. В США районами максимальной грозовой активности являются полуостров Флорида (более 80 грозовых дней в году, в некоторых районах более 100), побережье Мексиканского залива (60–90 дней в году) и горах Нью-Мексико (50–80 дней в году). В Центральной Европе и Азии в среднем бывает от 20 до 60 грозовых дней в году. Было подсчитано, что в любой момент в мире происходит около 1800 гроз.

В этой статье рассматриваются два основных аспекта гроз: их метеорология (т. е. их формирование, структура и распространение) и их электрификация (т. е. образование молнии и грома). Для отдельного освещения связанных явлений, не охваченных в данной статье, см. торнадо, шаровая молния, бисерная молния, красные спрайты и синие джеты.

Формирование и структура грозы

Вертикальное движение атмосферы

Наиболее кратковременные, но сильные возмущения ветровых систем Земли связаны с большими площадями восходящего и нисходящего воздуха. Грозы не являются исключением из этой закономерности. С технической точки зрения считается, что гроза развивается, когда атмосфера становится «неустойчивой к вертикальному движению». Такая нестабильность может возникнуть всякий раз, когда относительно теплый и легкий воздух перекрывается более холодным и тяжелым воздухом. В таких условиях более холодный воздух имеет тенденцию опускаться, вытесняя более теплый воздух вверх. Если поднимается достаточно большой объем воздуха, возникает восходящий поток (сильный поток восходящего воздуха). Если восходящий поток влажный, вода будет конденсироваться и образовывать облака; конденсация, в свою очередь, высвобождает скрытую тепловую энергию, еще больше подпитывая восходящее движение воздуха и увеличивая нестабильность.

Викторина «Британника»

Молния: правда или вымысел?

Защищены ли небоскребы от ударов молнии? Помогают ли кристаллы льда в производстве молнии? Узнайте больше о самом электрическом явлении в природе в этой викторине.

Как только в нестабильной атмосфере начинается восходящее движение воздуха, поднимающиеся порции теплого воздуха ускоряются по мере того, как они поднимаются в более прохладной среде, потому что они имеют более низкую плотность и более плавучие. Это движение может создать схему конвекции, при которой тепло и влага передаются вверх, а более холодный и сухой воздух переносится вниз. Области атмосферы, где относительно сильно вертикальное движение, называются ячейками, а когда они несут воздух в верхнюю тропосферу (самый нижний слой атмосферы), их называют глубинными ячейками. Грозы возникают, когда глубокие ячейки влажной конвекции организуются и сливаются, а затем вызывают осадки и, в конечном итоге, молнии и гром.

Движение вверх может быть вызвано различными способами в атмосфере. Обычный механизм заключается в нагреве поверхности земли и прилегающих слоев воздуха солнечным светом. Если поверхностный нагрев достаточен, температура самых нижних слоев воздуха будет повышаться быстрее, чем температура верхних слоев, и воздух станет нестабильным. Способность земли быстро нагреваться является причиной того, что большинство гроз формируются над сушей, а не над океанами. Неустойчивость может возникать и тогда, когда слои холодного воздуха нагреваются снизу после того, как они перемещаются над теплой поверхностью океана или над слоями теплого воздуха. Горы также могут вызывать движение атмосферы вверх, действуя как топографические барьеры, заставляющие подниматься ветры. Горы также действуют как высокоуровневые источники тепла и нестабильности, когда их поверхности нагреваются Солнцем.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Огромные облака, связанные с грозами, обычно начинаются как изолированные кучевые облака (облака, образованные конвекцией, как описано выше), которые развиваются вертикально в купола и башни.