Грозы, градобития

Грозы – наиболее распространенное опасное атмосферное явление. Гроза сопровождается молниями и оглушительными раскатами грома, интенсивными ливнями, иногда градом, усилением ветра, часто до шквала и смерчей.
Молния – гигантский электрический искровой разряд в атмосфере в виде яркой вспышки света. Красота молний страшная сила: ежегодно во всём мире она убивает около 10 тыс. и наносит увечья примерно 100 тыс. человек.

Гро­зы разделяются на внутримассовые, возникающие при кон­векции над сушей преимущественно в послеполуденные часы, а над морем в ночные часы, и фронтальные, появляющиеся на атмосферных фронтах, т. е. на границах между теплыми и хо­лодными воздушными массами.

Каждую секунду по всей планете бушует около 2 тыс. гроз и сверкает примерно 100 молний. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и субтропической зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. Например, над оз. Виктория в экваториальной части Африки грозы отмечаются 210 дней в году, во Флориде, США, на границе тропического и суб­тропического поясов – 90–100 дней, в умеренном поясе – 10–30 дней в году. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер. Наблюдения со спутников Земли позволили установить, что в Тихом океане вблизи Японских островов находится самое бога­тое грозами место на земном шаре. Неожиданным для ученых ока­залось не то, что грозы гремят там чаще обычного, а то, что в этом районе зарегистрированы самые мощные сверхмолнии. 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. Наибольшее число гроз на континентальной территории Европы (до 40–70 дней в году) наблюдалось в Молдавии, на Северном Кавказе и особенно в Закавказье. Среднегодовое число дней с грозой в некоторых городах России: Архангельск – 16, Мурманск – 5, Санкт-Петербург – 18, Москва – 27, Воронеж – 32, Ростов-на-Дону – 27, Астрахань – 15, Самара – 26, Казань – 23, Екатеринбург – 26, Сыктывкар – 21, Оренбург – 22, Омск – 26, Ханты-Мансийск – 17, Томск – 23, Иркутск – 15, Якутск – 14, Петропавловск-Камчатский – 0, Хабаровск – 20, Владивосток – 9.

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 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 ее повторяемость и интенсивность.

Все грозовые облака, независимо от их типа, последовательно проходят стадии кучевого облака, стадию зрелого грозового облака и стадию распада.

В мощных кучево-дождевых облаках на высотах 7–15 км где температура ниже (–15°)– (–20°) С между облаками и землей возни­кают сильные электрические разряды. Такие облака состоят из смеси переохлажденных капель и кристаллов воды c разными зарядами. По мере роста грозовой тучи мелкие «плюсовые» льдинки собираются в её верхней части, а более крупные «минусовые» – в нижней. Поверхность Земли относительно них оказывается положительно заряженной. В результате между ней и тучей, словно в гигантском конденсаторе, накапливается огромная разность потенциалов. Она приводит к появлению электрического поля, под действием которого свободные электроны приобретают значительные скорости и «бомбят» атмосферные газы, вызывая ионизацию их атомов с выделением энергии. Потенциальная энергия грозового облака пре­вышает 10¹³–10¹⁴ Дж, т. е. равна энергии взрыва термоядер­ной мегатонной бомбы. Энергии средней молнии хватит, чтобы лампочка мощностью 100 Вт непрерывно горела 3 месяца. Электрические заряды грозового об­лака молнии равны 10–100 Кл (кулонов, ампер·с) и разносятся на расстояния до 10–12 км, а электрические токи, создающие эти заряды, достигают 100 А (ампер). Напряженность электрического поля внутри грозового облака равна (1–3)·10⁵ Вт.

На равнинной местности грозовой процесс обычно вклю­чает образование молний, направленных от облака к земле. От нижнего края тучи отходят короткие ломаные искровые полосы, представляющие собой хорошо проводящие каналы. Лавин­ный заряд движется вниз ступеньками по 50–100 м, пока не достигнет земли. Когда до земной поверхности остается примерно 100 м, молния нацеливает­ся на какой-либо возвышающийся предмет. Молния характеризуется токами порядка десятков тысяч ампер. В облаках происходит трение молекул, в результате чего возникает электрическое напряжение. Температура молнии достигает 30 000° С, в 5 раз больше поверхности Солнца. Такая температура сильно разогревает окру­жающий воздух, что он стремительно расширяется и с гро­хотом преодолевает звуковой барьер. Длительность молнии составляет от десятых до сотых долей секунды. Чем туча ближе к выступам на земной поверхности, тем сопротивление ниже. Следовательно, наиболее уязвимы для молний изолированные высоты – отдельно стоящие деревья, остроконечные объекты и т.п. Металлы хорошо проводят электричество, поэтому тоже его «притягивают». Вспышка молнии распространяется в воздушной среде со скоростью 22 500 км/ч, так что ее видят практически в то же мгно­вение, когда происходит разряд, а грохот расширяющегося воздуха пролетает километр примерно за три секунды. Если молния и гром следуют один за другим сразу же, то можно с уверенностью сказать, что гроза где-то рядом, а если вспыш­ка молнии опережает раскаты грома, то гроза находится на каком-либо расстоянии. Чем дальше гроза, тем дольше не гремит гром после молнии. Вспышки невидимых и неслы­шимых молний при отдаленной грозе, освещающие изнутри облака, называются зарницами. Виды молний представлены в табл. 20.

Таблица 20

Виды молний

Чаше всего наблюдаются линейные молнии, длина которых составляет несколько километров. Молнии могут проходить в сами обла­ка – внутриоблачные или ударять в землю – наземные.

Особый вид молнии – шаровая, своеобразное электриче­ское явление, природа которой еще не выявлена. Она пред­ставляет собой форму светящегося шара диаметром 20–30 см, движущегося по неправильной траектории, который обла­дает большой удельной энергией, образующийся нередко вслед за ударом линейной молнии. Длительность ее сущест­вования – от нескольких секунд до минут, а исчезновение ее может сопровождаться взрывом, вызывающим разруше­ния и человеческие жертвы, или беззвучно. Реже встречается другие виды молний: плоская и точечная (табл. 20).

Для оценки последствий от удара молнии важной является величина разряда между слоями атмосферы и землей.

Оценка опасности воздействия молнии основана на ста­тистике частоты гроз с опасными молниями в данном райо­не. Повторяемость опасных молний относят к единице пло­щади, что дает возможность получить величину риска.