ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА "ПРИРОДА И ГЕОГРАФИЯ ТУРКМЕНИСТАНА"

Грозы и ливни

В Индонезии, на острове Ява, есть район Байтензорга, который занимает первое место по количеству гроз. 167 дней в году в среднем здесь сверкают молнии. А где выпадает больше всего осадков? Рекорд принадлежит Восточной Индии, а точнее району Черрапунджи. В этом районе, вблизи Гималайских гор, ежегодно выпадает в среднем свыше 12660 мм осадков. Это значит, что если бы вся вода, вылившаяся здесь из атмосферы, не стекала в реки и не уходила в землю, то она покрыла бы поверхность слоем более 12,6 м. Как же возникают грозы и ливни?

Образуются они в кучево-дождевых облаках, которые развиваются в неустойчиво-стратифицированной атмосфере. Если неустойчивость отдельных объемов воздуха становится меньше плотности окружающей среды, то прогретый влажный воздух поднимается. До достижения уровня конденсации восходящее движение питается энергией нагретой подстилающей поверхности. Конвективные потоки, с которыми связаны облака, значительную часть своей энергии получают за счет скрытого тепла фазовых переходов воды в атмосфере. Так, при конденсации водяного пара выделяется тепло, которое было затрачено на испарение воды. Это тепло способствует возрастанию неустойчивости и служит дополнительным стимулом к его подъему.

Конвективный подъем воздуха может быть и вынужденным, года масса воздуха неустойчивой стратификации встречает горную преграду. В этих случаях возрастает восхождение воздуха и усиливаются ливневые осадки.

Когда кучевое облако достигает высот с температурой воздуха ниже минус 10-15°;, то в верхней части облака образуются снежинки, и оно превращается в кучево-дождевое. Падая, снежинки проходят через слой с переохлажденными капельками воды и обрастают льдом. При свободном падении, проходя через большой слой воздуха с положительной температурой, снежинки, обросшие льдом, т. е. превратившиеся, по существу, в мелкие градины, тают и превращаются в капельки воды. Последние при падении сливаются, укрупняются и выпадают как ливневый дождь.

В кучево-дождевых облаках характерны струи восходящего воздуха, скорости которых измеряются уже не в сантиметрах в секунду, а в метрах в секунду, т. е. в сотни раз больше. При большой неустойчивой стратификации атмосферы скорости восходящих струй могут достигать 10-20 м/с. в отдельных случаях скорости восходящих струй воздуха превышают 30-40 м/с, т. е. являются, по существу, ураганными. Это создает большие трудности при исследовании процессов образования кучево-дождевых облаков в естественных условиях, так как при таких ураганных вертикальных движениях самолет с наблюдателями не может войти в облако. Следует добавить, что в этих облаках происходят большие электрические разряды - молнии, которые сами по себе являются опасными для самолетов.

Грозы наблюдаются часто в тех районах, где сочетается большая влажность воздуха с его неустойчивой стратификацией. В пустынях, как, например, в Сахарской, Аравийской, Среднеазиатской, грозы редки, так как воздух очень сух. Грозы редки и в высоких широтах Северного полушария, а в Южном полушарии южная граница гроз ограничена широтами 50-55°; лишь в отдельных случаях они наблюдаются даже у берегов Антарктиды. В тропиках гроз несколько меньше, а в умеренной зоне 30-50 дней в году. В горах грозы бывают чаще, чем на равнине. При этом на наветренной стороне гроз гораздо больше, чем на подветренной. Это объясняется тем, что при встрече неустойчиво стратифицированного воздуха с горным препятствием происходит и вынужденный подъем его и образование грозовых осадков.

В России 20-25 гроз в году наблюдается в центральных районах европейской части. У берегов южных морей гроз меньше. Самыми грозоносным районом в России является Северный Кавказ. Грозы в умеренных широтах возникают главным образом весной и летом, а в субтропической зоне - зимой и ранней весной и частично осенью.

В результате гроз и ливней обычно выпадает большое количество осадков. Например, в средней полосе России иногда выпадает 30-40 мм осадков, а иногда и больше. Количество осадков от единичных ливней возрастает с северо-востока на юго-запад. Если на севере зарегистрированы ливни, давшие до 70 мм осадков, то в центральных районах европейской части России максимальное количество их достигает 100-120 мм, а на Украине и в Молдове - 140-160 мм. Однако в редких случаях количество осадков превышает 200-250 мм.

Интенсивные ливневые дожди наносят большой ущерб многим отраслям хозяйства. Большие потоки воды уносят плодородные слои почвы, портят посевы, смывают железные, шоссейные дороги и мосты не только в горах, но и в равнинной местности, вызывают наводнения в городах и других населенных пунктах и т.п.

Град выпадает главным образом в теплое время года. Образуется он в мощных кучево-дождевых облаках - последние чаще развиваются в теплое время года в жарких странах, где воздух достаточно влажен. Нередко град выпадает и средней части умеренной зоны, но градины здесь редко достигают крупных размеров. Сильнейшие градобития часты в южных районах России, Франции, Италии и других странах.

Градовые облака очень мощны. В средних широтах они развиваются до высот 8-10 км, а в низких широтах могут достигать 12-14 км и более.

При скорости восходящих струй воздуха 10-20 м/с они увлекают с собой образовавшиеся в кучево-дождевом облаке градины, которые при новом падении в переохлажденной части облака повторно обрастают льдом. Падающая градина вновь увлекается восходящими струями вверх и снова падает. Так продолжается до тех пор, пока градинки достигают таких размеров, что уже не удерживаются во взвешенном состоянии и выпадают в виде града. Размер градин зависти от скорости восходящих потоков воздуха. По размерам градин можно рассчитать скорость восходящих потоков. Иногда они достигают 30-40 м/с, т. е. достигают силы урагана.

Известно много случаев, когда выпадали градины размером с голубиное яйцо. В редких случаях они достигают невообразимых размеров и веса (1 кг и более). Крупные градины убивают людей и животных, пробивают черепичные крыши. Даже мелкий град уничтожает посевы, сильно повреждает сады, виноградники и другие ценные культуры.

Молния и гром. Молния - гигантская электрическая искра. Ударяя в строения, она вызывает пожары, расщепляет крупные деревья, поражает людей.

Поверхность земного шара является более электропроводной, чем воздух. Однако, с высотой электропроводность воздуха возрастает. Воздух обычно заряжен положительно, а Земля отрицательно. Водяные капли в грозовом облаке заряжены за счет поглощения находящихся в воздухе заряженных мельчайших частиц (ионов). Капля, падающая из облака, имеет в верхней части отрицательный заряд, а в нижней - положительный. падающие капли большей частью поглощают отрицательно заряженные частицы и приобретают отрицательный заряд. В процессе завихрения в облаке капельки воды разбрызгиваются, причем мелкие брызги летят с отрицательным зарядом, а крупные - с положительным. То же происходит с кристаллами льда в верхней части облака. При раскалывании их мелкие частицы льда приобретают положительный заряд и восходящими токами уносятся в верхнюю часть облака, а крупные, заряженные отрицательно, опускаются в нижнюю часть облака.

В результате разделения зарядов в грозовом облаке и в окружающем пространстве создаются электрически поля. С накоплением в грозовом облаке больших объемных зарядов между отдельными частями облака или между облаком и земной поверхностью возникают искровые разряды (молнии). Разряды молнии по внешнему виду различны. Наиболее часто наблюдается линейная разветвленная молния, иногда шаровая молния и др.

Линейная молния имеет длину 2-4 км и обладает большой силой тока. Она образуется, когда напряженность электрического поля достигает критического значения и возникает процесс ионизации. Последний в начале создается свободными электронами, всегда имеющимися в воздухе. Под действием электрического поля электроны приобретают большие скорости и на пути к Земле, сталкиваясь с атомами воздуха, расщепляют и ионизируют их. Ионизация происходит в узком канале, который становится проводящим. Воздух разогревается. Через канал нагретого воздуха заряд из облака со скоростью более 150 км/ч стекает к земной поверхности. Это первая стадия процесса. Когда заряд достигает поверхности Земли между облаком и землей, создается проводящий канал, через который навстречу друг другу движутся заряды: положительные заряды от поверхности Земли и отрицательные - скопившиеся в облаке.

Линейная молния сопровождается сильным раскатистым звуком - громом, напоминающим взрыв. Звук появляется в результате быстрого нагревания и расширения воздуха в канале, а затем такого же быстрого его охлаждения и сжатия.

Для защиты от молнии создаются молниеотводы, с помощью которых заряд молнии уводится в землю по специально подготовленному безопасному пути.

Шаровые молнии состоят из светящейся массы в форме шара, несколько меньше футбольного мяча, движущегося с небольшой скоростью в направлении ветра. Разрываются они с большим треском или исчезают бесследно. Появляется шаровая молния после линейной. Часто она через открытые двери и окна проникает в помещения. Природа шаровой молнии еще не известна.

      Х.П. Погосян.  Грозные явления атмосферы.