Выстланное клубами грозовых туч, пронзённое башенным шпилем небо извивалось над замком огромной чёрной тварью, разбрасывая щупальца белых молний и гулко перекатывая во чреве валуны грома.
љ Ольга Громыко
Тяжелый свинец грозового облака с треском просверлил перфоратор молнии. Миллионы искр вспыхивали вокруг ее белого разреза. Несмотря на льющий стеной дождь, одинокое дерево вспыхнуло каминной спичкой, чтобы недолго погореть и с шипением серого дыма затухнуть под неумолимо-тяжелыми каплями ливня. Гроза басила ругательства на пересохшую почву, исходя брызгами небесной слюны. Под ними шипели разорванные линии электропередач, валящиеся выпотрошенными кишками на насыпи под столбами.
Девочке было страшно несмотря на надежные объятия перины, а гром не могла заглушить даже самая большая подушка, водруженная на голову. Ребенок хныкал и собирал всю свою храбрость в кулак, чтобы пробить им стену страха и через эту брешь убежать поскорее к маме, которая обязательно защитит ее от этой мокрой и страшной гремучей змеи.
-Ну что ты, родная, тут нечего бояться. Подумаешь, свет вырубило в доме. Сейчас я зажгу свечку, и в ее мягком свете расскажу тебе быль про грозу. Не бойся, малыш.
- Гроза - это атмосферное явление, при котором между облаками или облаком и земной поверхностью происходят разряды молний, т. е. электрического тока, сопровождающиеся ворчанием грома. Мощные кучево-дождевые облака ругаются молниями, которые нередко сопровождает рокот грома, проливные дожди и шквалистые порывы ветра, - размеренным голосом напевает мама девочки.
- Для формирования грозы необходимы восходящие потоки воздуха, создающие конвекцию (тип теплообмена, когда энергия передается струями или потоками внутри самого вещества). Это могут быть и другие механизмы. Главное, чтобы, во-первых, они создавали восходящие потоки влаги, достаточные для образования осадков, а, во-вторых, нашлось место структуре, внутри которой часть воды будет в жидком состоянии, а часть - в ледяном.
Первый случай образования конвекции - это неравномерное нагревание приземного воздуха над различными подстилающими поверхностями. Например, над водой и над сушей воздух будет иметь разную температуру. А еще над крупными городами, где мы с тобой, доча, живем зимой, конвекция гораздо сильнее, чем над вольными полями и лесами.
Второй такой случай - это подъем или вытеснение воздуха на холодных атмосферных фронтах. Конвекция на фронтах значительно интенсивнее и чаще, чем при внутримассовой конвекции. Она образуется вместе со слоисто-кучевыми облаками и изобилует осадками, поэтому грозовые облака отлично маскируются за ними.
И, наконец, третий случай образования конвекции - это подъем воздуха в горных массивах. Даже небольшие возвышения местности заставляют влажный воздух уползать вверх и формировать дождевые облака. Это явление называется вынужденной конвекцией.
- Как ты себя чувствуешь, солнышко? Хочется, чтобы настоящее светило поскорее пригрело мокрые луга? Нужно подождать немного до рассвета. А сейчас я расскажу тебе о классификации грозовых облаков и гроз - мурлыкала мама, аккуратно глядя дочь по головке.
Сейчас грозы принято классифицировать в соответствии с характеристиками самих гроз. Главное условие для их формирования - это т. н. неустойчивость атмосферы. Она-то и формирует восходящие потоки воздуха. В зависимости от их мощности и величины формируются разные типы облаков.
Так, бывают одноячейковые кучево-дождевые облака (Cumulus humilis). Возникшие облака этого типа быстро растут как вверх, так и вширь, а восходящие потоки подпитывают их практически по всему объему облака, увеличивая свою скорость с 5 м/с до 15-20 м/с. А вот нисходящие потоки крайне слабы. По превращению в средне-кучевое облако (Cumulus mediocris), внутри него мельчайшие дождевые капельки пожирают друг друга и, тем самым, превращаются в более крупные. Мощные восходящие потоки уносят их вверх. Но пока что осадки не выпадают. Этим они займутся, когда при попадании капель в зону отрицательных температур, они превратятся в кристаллы льда. Облако становится мощно кучевым (Cumulus congestus). Смешенный состав облака приводит осадки к боевой готовности вкупе с электрическими разрядами. Вертикальные потоки воздуха уже достигают 25 м/с, а вершина облака достигает 7-8 км. Под облаком частицы воды испаряются, что усиливает нисходящие потоки из-за разницы давления.
Но это не единственный вид кучево-дождевых облаков для гроз. Второй тип гроз - это многоячейковые кластерные грозы. Это наиболее распространенный тип гроз, связанный с мезомасштабным (имеющими масштаб от 10 до 1000 км) возмущениями. Многоячейковые грозы состоят из группы облаков, двигающихся, как единое целое, хотя каждая ячейка стремится выделиться, и потому все они находятся на разных ступенях своего развития (об этом ниже). В центральной части кластера клубятся облака в стадии зрелости, в то время как распадающиеся ячейки хмурятся с подветренной стороны кластера. Поперечный размер этих ячеек - 20-40 км, а в высоту они достигают тропопаузы и даже стратосферы. Каждая ячейка проводит в зрелом возрасте около 20 мин, а сам кластер может прожить несколько часов.
Многоячейковые грозы еще бывают линейными (по линиям шквалов). Это линия гроз с продолжительным, отлично развитым фронтом порывов ветра (шквалами) на передней линии фронта. Такие облака имеют вид свинцовой стены, в северном полушарии покрывающей западную часть горизонта. В таких грозах существует множество расположенных рядом восходящих и нисходящих потоков воздуха, что позволяет называть их многоячеечными. Но их структура отличается от многоячейковых гроз. Нисходящие потоки воздуха создают сдвиги ветра, которые очень опасны для авиации.
И, наконец, третий вид гроз - это суперячейки. Самые высокоорганизованные скопления облаков. Этот вид облаков достаточно редок, но зато представляет наибольшую угрозу имуществу и жизни человека. Оно схоже с одноячейковым облаком единой зоной восходящего потока воздуха. А отличаются они размерами: диаметр суперрячейки - порядка 50 км, высота 10-15 км (т. е. проникают в стратосферу) с единой полукруглой наковальней. Скорость взбирания воздуха вверх в суперячейковом облаке значительно превышает аналогичную скорость в других облаках и составляет 40-60 м/с. А еще суперячейки вращаются. Таким облакам необходима очень сильная конвективная неустойчивость воздуха. Температура воздуха у земли до грозы должна колебаться в пределах + 27-30 ̊ С и выше. Так же необходим ветер переменного направления для создания вращения. Осадки, образующиеся, как всегда, в восходящих потоках воздуха переносятся по верхней кромке облака сильным потоком в зону воздуха уже нисходящего. Так зоны восходящего и нисходящего потоков оказываются разделенными в пространстве. Это обеспечивает жизнь облака в течение долгого времени. В северном полушарии наиболее обильные осадки выпадают к северо-востоку от основного восходящего потока.
Стадии развития грозового облака - это кучевое облако, зрелое грозовое облако и его распад.
- Мам, а как же электричество и гром? Это же самое страшное, что только бывает!
- Раз ты спрашиваешь, то слушай внимательно. В грозовом облаке заряд имеет дипольную структуру, где положительный электрический заряд расположен в верхней его части, а отрицательный - под ним, в нижней. В основании облака наблюдается тонкая прослойка положительного заряда. Атмосферные ионы (заряженные частицы) двигаются под действием электрического поля и формируют на границах облака экранирующие слои, которые скрывают электрическую природу облака от наблюдателя. Основной отрицательный заряд расположен в зонах с температурой - 5-17 ̊ С. Чем больше скорость восходящего потока воздуха, тем выше будет центр отрицательного заряда. Существуют и грозовые облака с инверсией зарядов, когда отрицательный находится сверху, а положительный - снизу.
До сих пор вопрос об электризации облака не имеет однозначного ответа. Принято считать, что более тяжелые и крупные частицы облака заряжены отрицательно, а более мелкие - положительно. Пространственное разделение положительного и отрицательного заряда объясняется тем, что более крупные частицы падают быстрее, чем более мелкие. Знак и величина передаваемого между различными компонентами облака заряда зависят не только от температуры воздуха вокруг, но и от размера ледяных кристаллов, скорости их столкновения и других факторов.
Считается, что существует и другой способ электризации облака. Когда величина накопившегося в облаке электрического заряда становится достаточно большой, между областями с разными знаками происходит электрический разряд - молния, сопровождающаяся громом. Мы слышим его через небольшой промежуток времени после вспышки белого хлыста, т. к. скорость света больше, чем скорость звука. Заряд может так же произойти между облаком и землей. В грозовом облаке от 2/3 до 100 % разрядов происходят внутри облака.
- Вот такая быль о грозах. А та, которая громыхала за нашим окном, уже исчерпала себя, выплеснула все запасы воды и электричества. Слышишь, малыш, как тихо стало снаружи? Самое время ложиться в постельку, - говорит мама закемарившей от столь длинного рассказа дочке.
Вот и нам, дорогой читатель, пора уже на боковую. Нужно как следует отдохнут перед новым обложным ливнем информации, поэтому до встречи на следующей неделе!