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.

4. Отчего бывают грозы? — FizikaKlass.ru



Наша Земля представляет собой огромный отрицательно заряженный шар: электрический заряд Земли равен (по модулю) примерно 600 000 кулонов.

А на высоте 50-100 км от поверхности Земли расположен положительно заряженный сферический слой ионов — так называемая «ионосфера» (рис. 5.8).

Поэтому вблизи поверхности Земли существует электростатическое поле.

Рис. 5.8. Электрическое поле вблизи поверхности Земли в ясную погоду. В этом поле разность потенциалов между точками, расположенными на уровне головы и ног стоящего человека, составляет около 200 вольт. Мы не чувствуем этой разности потенциалов, потому что тело человека — проводник, а в проводнике происходит быстрое перераспределение зарядов, компенсирующее внешнее поле.

В ясную погоду Земля постепенно разряжается: от ионосферы к поверхности Земли течет ток. Но разрядки не происходит из-за… гроз!

Оказывается, грозы не разряжают, а заряжают Землю!

Падая с большой высоты, капли воды или кристаллики льда электризуются при столкновениях с ионами, а также другими микроскопическими частицами. В результате капли воды приобретают отрицательный заряд и переносят его при падении в нижнюю часть тучи, которая, таким образом, становится грозовой тучей.

Скопившийся в нижней части грозовой тучи большой отрицательный заряд притягивает к находящейся под ним поверхности Земли большой положительный заряд, и в результате между этими зарядами возникает огромная разность потенциалов — в десятки и сотни миллионов вольт.

Электрическое поле становится настолько большим, что возникает электрический разряд через воздух в виде огромной искры длиной иногда в несколько километров. Это и есть молния (рис. 5.9 и 5.10).

Молнии переносят отрицательный заряд на Землю, снова и снова заряжая ее. Так и работает эта гигантская электрическая батарея — вот уже миллиарды лет.

Возникает вопрос: что же питает ее все это время энергией?

В конечном счете, электромагнитное поле! Ведь водяные капли в туче появляются при конденсации водяного пара, а он образуется при испарении морей и океанов благодаря получаемому от Солнца теплу.

Энергия же солнечного излучения, как мы увидим позже, — это энергия электромагнитного поля.

Рис. 5.9. Распределение электрических зарядов в грозовом облаке и у поверхности Земли.	Рис. 5.10. Гигантская природная электрическая батарея. Вы видите здесь ее зарядку .

• Как защититься от молнии?

Статьи энциклопедии

• Гроза
• Ионосфера

Электродинамика. 2014

 

Суровая 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?

Нет направления ветра во время грозы или торнадо. 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.

Чем опасны сильные грозы?

Ливни 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 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 низких температур 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?

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.

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 того, как они пересекают реки. .. 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.

Также зайдите на сайт Weather.gov и введите свое местоположение. Он доставит вас в местное бюро прогнозов Национальной метеорологической службы NOAA, и вы сможете связаться с ними со своим вопросом. Если вы считаете, что шторм был сильным, вы также можете посетить страницу «Сводки о суровых погодных явлениях» Центра прогнозирования штормов, чтобы найти отчеты о сильных погодных штормах.

Почему летом бывает больше гроз?

По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) Национальной метеорологической службы , в любой момент времени происходит около 1800 гроз, что приводит к примерно 16 миллионам гроз каждый год. Большинство гроз длятся около 30 минут и обычно имеют диаметр около 15 миль (24 км). Двумя самыми большими угрозами, связанными с большинством гроз, являются молнии и внезапные наводнения. Чтобы понять, почему грозы чаще случаются в теплые месяцы, требуется некоторое понимание основ гроз.

Реклама

Грозы случаются при определенных условиях. Два самых основных элемента, которые вызывают грозу:

• Влажность
• Быстро поднимающийся теплый воздух

Поскольку влага и тепло имеют решающее значение для гроз, логично предположить, что они будут происходить чаще весной и летом, особенно во влажных районах, таких как юго-восток США. Высокая влажность в сочетании с высокими температурами создает огромное количество теплого влажного воздуха, поднимающегося в атмосферу, где легко может образоваться гроза.

Откуда берется гром (и молния)? Основная идея заключается в том, что грозовые облака могут стать гигантскими генераторами Ван-де-Граафа и создавать огромное разделение зарядов внутри облака. Давайте посмотрим, как это работает.

Облака содержат миллионы и миллионы капель воды и ледяных частиц , взвешенных в воздухе. Когда происходит процесс испарения и конденсации , эти капли сталкиваются с другой влагой, которая конденсируется по мере подъема. Важность этих столкновений заключается в том, что электроны выбиваются из поднимающейся влаги, создавая разделение зарядов . Только что выбитые электроны собираются в нижней части облака, придавая ему отрицательный заряд. Поднимающаяся влага, потерявшая электрон, несет положительный заряд к вершине облака.

Когда поднимающаяся влага сталкивается с более низкими температурами в верхних слоях облаков и начинает замерзать, замерзшая часть становится отрицательно заряженной, а незамерзшие капли — положительно заряженными. В этот момент восходящие потоки воздуха способны отрывать положительно заряженные капли ото льда и переносить их на вершину облака. Оставшаяся замерзшая часть либо падает в нижнюю часть облака, либо продолжает опускаться на землю.

Разделение заряда имеет электрическое поле связанное с ним. Подобно облаку, это поле отрицательно в нижней области и положительно в верхней области. Сила или интенсивность электрического поля напрямую связана с количеством накопленного заряда в облаке. По мере того, как столкновения и замерзание продолжают происходить, а заряды в верхней и нижней части облака увеличиваются, электрическое поле становится все более и более интенсивным — фактически настолько интенсивным, что электроны на поверхности Земли отталкиваются все глубже и глубже. Земля отрицательным зарядом в нижней части облака. это отталкивание электронов заставляет поверхность Земли приобретать сильный положительный заряд.

Все, что сейчас нужно, это токопроводящая дорожка , чтобы нижняя часть отрицательного облака могла проводить свое электричество к положительной поверхности Земли. Сильное электрическое поле создает этот путь через воздух, что приводит к молнии. Молния — это высоковольтный, сильноточный всплеск электронов, а температура в ядре молнии невероятно высока. Например, когда молния ударяет в песчаную дюну, она может мгновенно превратить песок в стекло. Сочетание быстрого нагрева воздуха молнией и последующего быстрого охлаждения создает звуковые волны.