Контрольная работа: Грозы, удары молний, градобитие
Рисунок 2. Стадии развития грозового облака
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.
1.1.3.2 Классификация грозовых облаков
В настоящее время принято классифицировать грозы в соответствии с характеристиками самих гроз и эти характеристики в основном зависят от метеорологического окружения, в котором развивается гроза.
1.1.3.2.1 Одноячейковое облако
Рисунок 3. Стадии развития одноячейкового кучево-дождевого облака
Одноячейковые кучево-дождевые облака развиваются в дни со слабым ветром в малоградиентном барическом поле. Их называют еще внутримассовыми или локальными грозами. Они состоят из конвективной ячейки с восходящим потоком в центральной своей части. Они могут достигать грозовой и градовой интенсивности и быстро разрушаться с выпадением осадков. Размеры такого облака: поперечный 5–20 км, вертикальный – 8–12 км, продолжительность жизни около 30 минут, иногда до 1 часа. Серьезных изменений погоды после грозы не происходит.
1.1.3.2.2 Многоячейковые кластерные грозы
Рисунок 4. Схема многоячейковой грозовой структуры
Это наиболее распространенный тип гроз связанный с мезомасштабными (имеющими масштаб от 10 до 1000 км) возмущениями. Многоячейковый кластер состоит из группы грозовых ячеек, двигающихся как единое целое, хотя каждая ячейка в кластере находится на разных стадиях развития грозового облака. Грозовее ячейки имеют поперечные размеры 20–40 км, их вершины нередко поднимаются до тропопаузы и проникают в стратосферу. Многоячейковые кластерные грозы могут давать град, ливневые дожди и относительно слабые шквальные порывы ветра. Многоячейковый кластер может существовать в течение нескольких часов.
1.1.3.2.2 Многоячейковые линейные грозы (линии шквалов)
Многоячейковые линейные грозы представляют собой линию гроз с продолжительным, хорошо развитым фронтом порывов ветра на передней линии фронта. Линия шквалов может быть сплошной или содержать бреши. Приближающаяся многоячейковая линия выглядит как темная стена облаков, обычно покрывающая горизонт с западной стороны (в северном полушарии). Большое число близко расположенных восходящих / нисходящих потоков воздуха позволяет квалифицировать данный комплекс гроз как многоячеечный, хотя его грозовая структура резко отличается от многоячейковой кластерной грозы. Линии шквалов могут давать крупный град и интенсивные ливни. Данное явление характерно для Северной Америки, на территории Европы и Европейской территории России наблюдается реже.
1.1.3.2.3 Суперячейковые грозы
Рисунок 5. Вертикальная и горизонтальная структура суперячейкового облака
Суперячейковые облака относительно редки, но представляют наибольшую угрозу для здоровья и жизни человека и его имущества. Суперячейковое облако имеет одну зону восходящего потока и размер ячейки: диаметр порядка 50 км, высота 10–15 км (нередко верхняя граница проникает в стратосферу) с единой полукруглой наковальней. Скорость восходящего потока в суперячейковом облаке до 60 – 80 м/с. Вращающийся восходящий поток в суперячейковом облаке (в радарной терминологии называемым мезоциклоном) создает экстремальные по силе погодные явления, такие, как гигантский град (более 5 см в диаметре), шквальный ветер до 40 м/с и сильные разрушительные смерчи. Окружающие условия являются основным фактором в образовании суперячейкового облака. Необходима очень сильная конвективная неустойчивость воздуха. Температура воздуха у земли (до грозы) должна быть +27…+30 и выше, необходим ветер переменного направления, вызывающий вращение. Осадки, образующиеся в восходящем потоке, переносятся по верхнему уровню облака сильным потоком в зону нисходящего потока. Таким образом, зоны восходящего и нисходящего потоков оказываются разделенными в пространстве, что обеспечивает жизнь облака в течение длительного периода времени. Обычно на передней кромке суперячейкового облака наблюдается слабый дождь. Ливневые осадки выпадают вблизи зоны восходящего потока, а наиболее сильные осадки и крупный град выпадают к северо-востоку от зоны основного восходящего потока.
1.1.3.3 Физические характеристики грозовых облаков
Самолетные и радарные исследования показывают, что единичная грозовая ячейка обычно достигает высоты порядка 8 – 10 км и живет порядка 30 минут. Изолированная гроза обычно состоит из нескольких ячеек находящихся в различных стадиях развития и длится порядка часа. Крупные грозы могут достигать в диаметре десятки километров, их вершина может достигать высоты свыше 18 км, и они могут длиться много часов.
1.1.3.3.1 Восходящие и нисходящие (шквалы) потоки
Восходящие и нисходящие потоки в изолированных грозах обычно имеют диаметр от 0,5 до 2,5 км и высоту от 3 до 8 км. Вблизи поверхности земли потоки обычно увеличиваются в диаметре, а скорость в них падает по сравнению с выше расположенными потоками. Характерная скорость восходящего потока лежит в диапазоне от 5 до 10 м/с, и доходит до 20 м/с в верхней части крупных гроз. Наиболее сильные восходящие потоки наблюдаются в организованных грозах.
В некоторых грозах возникают интенсивные нисходящие воздушные потоки, создающие на поверхности земли ветер разрушительной силы. В зависимости от размера такие нисходящие потоки называются шквалами или микрошквалами. Шквал диаметром более 4 км в диаметре может создавать ветер до 60 м/с. Микрошквалы имеют меньшие размеры, но создают ветер скоростью до 75 м/с. Если порождающая шквал гроза образуется из достаточно теплого и влажного воздуха, то микрошквал будет сопровождаться интенсивным ливневым дождем. Однако если гроза формируется из сухого воздуха, осадки во время выпадения могут испариться (испаряющиеся в воздухе полосы осадков) и микрошквал будет сухим. Нисходящие воздушные потоки являются серьезной опасностью для самолетов, особенно во время взлета или посадки, так как они создают вблизи земли ветер с сильными внезапными изменениями скорости и направления.
1.1.3.3.2 Смерчи
Смерч – это сильный маломасштабный вихрь под грозовыми облаками с приблизительно вертикальной, но часто изогнутой осью. От периферии к центру смерча наблюдается перепад давления в 100–200 гПа. Скорость ветра в смерчах может превышать 100 м/с, теоретически может доходить до скорости звука. В России смерчи возникают сравнительно редко, но приносят колоссальный ущерб. Наибольшая повторяемость смерчей приходится на центр европейской части России (Московская, Нижегородская, Ивановская, Тамбовская области).
1.1.3.3.3 Ливни
В небольших грозах пятиминутный пик интенсивных осадков может превосходить 120 мм/час, но весь остальной дождь имеет на порядок меньшую интенсивность. Средняя гроза дает порядка 2000 м3 осадков, но крупная гроза может дать в десять раз больше. Большие организованные грозы, связанные с мезомасштабными конвективными системами, могут создать от 10 до 1000 миллионов м3 осадков.
1.1.4 Угроза для населения, зданий и сооружений
Как правило, при грозе выпадают интенсивные ливневые осадки, нередко град, и наблюдается усиление ветра, часто до шквала, смерчей. Всё это делает грозу разрушительным природным явлением. Удары молний нередко вызывают пожары, разрушения зданий, порчу линий электропередач, нарушают движение поездов. Сильный ветер может срывать крыши с домов и поднимать в воздух тяжёлые предметы. Град может привести к гибели людей и скота, порче зданий и сооружений.
1.1.5 Предупреждение грозы
Ветер не дает правильного представления о направлении движения грозы, грозы часто идут против ветра. Поэтому, если вы заметили грозовой фронт, то в первую очередь определите примерное расстояние до него по времени задержки первого раската грома, первой вспышки молнии, а также оцените, приближается или удаляется фронт. Поскольку скорость света огромна (300 000 км/с), то вспышку молнии мы наблюдаем мгновенно. Следовательно, задержка звука будет определяться расстоянием и его скоростью (около 340 м/с).
Пример: Если после вспышки до грома прошло 5 секунд, то расстояние до грозового фронта равно 340 м/с * 5с = 1700 м. Если запаздывание звука растет, то грозовой фронт удаляется, а если запаздывание звука сокращается, то грозовой фронт приближается.
1.1.6 Правила поведения при грозе
Существует несколько простых правил, выполнение которых позволит сократить риск для жизни и здоровья во время грозы.
1. Если вы находитесь под открытым небом, укройтесь (по возможности) в автомобиле с жёсткой крышей или в помещении; не прячьтесь в небольших строениях (навесах), матерчатых палатках или среди изолированных и малочисленных скоплений деревьев.
2. Если до убежища далеко – пригнитесь (держась поодиночке); желательно укрыться в каком-нибудь углублении; ноги держите вместе и снимите все металлические предметы с головы и тела. Не ложитесь на землю, но старайтесь не оказаться самой высокой точкой на местности.
3. Если волосы встали дыбом или вы слышите жужжание со стороны близлежащих предметов, например крупных камней или заборов, – немедленно перейдите на другое место.
4. Не держите в руках длинные металлические предметы, например удочки, зонты или клюшки для гольфа.
5. Не касайтесь металлических сооружений, проволочных заборов или металлической проволоки для сушки белья. Не приближайтесь к ним.
6. Не ездите верхом, на велосипеде или машине с открытым верхом.
7. Если вы едете на машине, снизьте скорость и остановитесь, но подальше от таких высоких предметов, как деревья и высоковольтные ЛЭП. Оставайтесь в машине или в жилом прицепе с жёсткой крышей, но не касайтесь металлических частей и не подходите к ним.