Вопросы о погоде - Павел Астапенко

4.3. Как возникают грозы?

Грозы возникают при высокой неустойчивости воздуха, что бывает, когда температура воздуха с высотой понижается очень быстро – примерно на 10°C на каждый километр высоты или еще быстрее – и, кроме того, воздух богат влагой и достаточно прогрет в нижнем слое атмосферы. Для развития грозы нужна значительная энергия, сосредоточенная в сравнительно небольшом объеме кучево-дождевого облака. Черпается эта энергия из водяного пара, который, поднимаясь вверх и охлаждаясь, конденсируется, выделяя тепло. Условия, благоприятные для образования гроз, обычны для низких широт, районов с жарким и влажным климатом. Там грозы могут происходить круглый год. В странах умеренного пояса благоприятные для грозообразования условия чаще возникают в теплое время года.

Грозы бывают внутримассовые – развивающиеся в какой-либо одной термодинамически неустойчивой воздушной массе и фронтальные – развивающиеся на атмосферных фронтах, которые разделяют разные воздушные массы. Внутримассовые грозы, в свою очередь, подразделяются на тепловые, орографические и адвективные. Последние возникают при переносе (адвекции) относительно холодной влажной воздушной массы на перегретую поверхность суши или моря.

4.4. Что такое линейная молния?

10. Линейные молнии. Разряд между облаками и землей

Разряды атмосферного электричества при грозах могут происходить внутри грозовых облаков, между облаками и между облаком и землей. Во всех случаях разряд возникает между различно заряженными очагами атмосферного электричества в виде мгновенно пробегающей между ними молнии. Чаще других наблюдается линейная молния (фото 10). Она имеет форму ломаной или зигзагообразной ярко светящейся линии, представляющей собой путь электро нов, движущихся со скоростью около 3 • 104 км/с. Наблюдатель видит линейную молнию ничтожную долю секунды – время, необходимое для того, чтобы электрический разряд прошел путь от одного очага к другому, составляющий обычно несколько километров.

4.5. Что такое шаровая молния?

Шаровая молния существенно отличается от обычной линейной и других видов молний, притом не только своей формой, напоминающей круглый светящийся мячик диаметром от 3 до 20 см, но и природой, условиями возникновения и существования. Явление это наблюдается при сильных грозах, как правило, после многократных разрядов с обычными молниями и выпадения дождя, то есть оно носит вторичный характер, является следствием ранее осуществившихся грозовых разрядов. Продолжительность существования шаровой молнии – от нескольких секунд до минуты, скорость ее движения незначительна, она может быть несколько секунд даже неподвижной.

Светится шаровая молния не очень ярко, примерно как небольшая электрическая лампочка, цвет ее может быть от неяркого красного или оранжевого до белого. Иногда она искрит и вращается. Может проникать через небольшие отверстия или щели, то есть пластична. Исчезает или бесследно, как бы растворяясь в окружающем воздухе, или взрываясь. Температура внутри шаровой молнии оценивается в зависимости от ее состояния (характеризуемого яркостью свечения и цветом) от 800 до 1300 К. Плотность вещества шаровой молнии, по всей видимости, близка к плотности воздуха.

По последним воззрениям, шаровая молния представляет собой сгусток плазмы, то есть ионизированного газа, состоящего из смеси ионов газов воздуха и молекул воды, формирующих сложные комплексы, так называемые кластеры. Взаимодействуя между собою, последние создают поверхностное натяжение, способное придать сгустку плазмы, или «грозовому веществу», шаровидную форму.

В зависимости от условий отвода тепла шаровая молния может или разогреваться с последующим взрывом, или постепенно остывать, распадаться и бесшумно исчезать.

Существуют и другие гипотезы о природе шаровой молнии, в том числе химическая, электромагнитная и т. д. Их положения в меньшей степени соответствуют объективным данным наблюдений за этим интересным и сравнительно редким явлением, которое до сих пор не имеет исчерпывающего и общепризнанного объяснения, хотя изучением его природы ученые занимаются почти 150 лет (то есть с 1838 года, когда французский физик Араго впервые описал явление шаровой молнии).

4.6. Что представляют собой другие виды молний?

Разветвленная молния, напоминающая крону дерева без листьев, по своей природе – та же линейная молния, с той только разницей, что разряд происходит не по одному, а по целой системе каналов. Чечеточная молния отличается от линейной наличием ряда утолщений на канале разряда; это яркие светящиеся узелки, или «ракеты» (иногда такую молнию называют ракетной). Плоская молния – бесшумное беловатое свечение части грозового облака; оно длится доли секунды.

4.7. Насколько опасны грозовые разряды и где следует искать от них защиту?

Грозовые разряды чрезвычайно опасны. Сила тока в канале молнии может достигать сотен тысяч ампер. Ежегодно в странах с большой повторяемостью гроз погибают от ударов молний тысячи людей; в одних США в среднем поражается молнией около 2000 человек в год, из которых приблизительно четвертая часть погибает. Большинство случаев поражения людей молниями приходится на сельскую местность. В городах случаи поражения людей грозой редки, так как практически все сооружения имеют громоотводы и могут служить надежным укрытием от грозы. Если гроза застала человека в поле или в лесу, следует избегать укрытия под одиноко стоящими или очень высокими деревьями.

4.8. Как часто бывают грозы на Земле?

Ежесекундно над земной поверхностью в среднем происходит 117 грозовых разрядов, при этом примерно половина их – над океанами, а половина – над сушей. Однако львиная доля всех гроз (ежегодное количество которых выражается астрономической цифрой 1,15 • 109) приходится на страны с жарким климатом, где температура и влажность воздуха круглый год высокие. В районах с умеренным климатом грозы наблюдаются в основном в теплое полугодие. Но бывают случаи и зимних гроз. В так называемых мировых очагах гроз, занимающих немногим больше 2% земной поверхности (отдельные области Центральной и Южной Америки и Юго-Восточной Азии), наблюдается около 20% всех гроз на Земле, а продолжительность XE "дождь:продолжительность" каждой грозы измеряется многими часами. В Сингапуре, например, в среднем в году бывает более 170, а в некоторых местах на острове Ява – до 220 дней с грозой, и в отдельные дни сверкают молнии и гремит гром непрерывно в течение 12 ч! В то же время в центральных областях Европейской части РСФСР бывает всего около 20 гроз в году и средняя продолжительность их составляет менее 1,5 ч.

4.9. Почему иногда зимой выпадает дождь, а летом – снег?

Выпадение осадков из облаков связано с нарушением устойчивости массы облака, состоящей из множества элементов – облачных частиц разных размеров и структуры. Чем однороднее состав облачных элементов, тем устойчивее облако, тем дольше оно может не давать осадков. Вид осадков в основном определяется температурой воздуха в подоблачном слое, высотой облаков и их структурой. Облака, дающие осадки, как правило, имеют смешанную микрофизическую структуру, то есть состоят из разных по размерам ледяных кристаллов и капель переохлажденной воды. Выпадая из облаков, эта смесь дождевых капелек и снежинок на пути к земной поверхности, если подоблачный воздух достаточно теплый, успевает несколько нагреться и тогда превращается в обычный дождь с положительной температурой воды, содержащейся в его каплях. Иногда, при небольшой высоте облаков, снежинки не успевают полностью растаять и на землю падает мокрый снег или просто снег – если температура в подоблачном воздухе отрицательная. Поэтому в средних широтах в теплую летнюю пору мы привыкли к выпадению дождя, в холодную зимнюю – снега, а в переходные сезоны может выпадать и дождь, и снег, и смешанные осадки.

Так бывает чаще всего, то есть при обычном для данного времени года развитии атмосферных процессов, формирующих облачность и определяющих режим выпадения осадков. Но случается, что процессы в атмосфере в силу каких-то причин развиваются с отклонением от нормального хода. Зимой в средние широты могут проникнуть массы очень теплого и богатого влагой воздуха из южных районов, с бассейна одного из теплых морей. Начинается оттепель, может быть, даже таяние ранее выпавшего снега, а в иных случаях из облаков вместо снега идет дождь… Летом же иногда далеко на юг прорываются массы холодного воздуха из Арктики; при отступлении теплого воздуха формируется очень мощная облачность на атмосферном фронте, то есть на линии раздела двух очень разных воздушных масс. Осадки из нее могут быть очень обильными, сперва в виде дождя, а при последующем сильном похолодании и низкой высоте облаков – иногда и в виде мокрого снега и даже просто снега. В южных районах это случается редко и может происходить без сильного похолодания у земли, но всегда – в присутствии очень мощной, сильно развитой по вертикали облачности.