Гроза

Гроза — это атмосферное явление, представляющее собой электрические разряды (молнии) между облаками или между облаком и землёй, сопровождающиеся громом, а также, как правило, сильным ветром, ливнем и градом. Гроза относится к числу наиболее опасных для человека и инфраструктуры метеорологических явлений, возникающих в результате интенсивного развития кучево-дождевых облаков.

Физика процесса

Основой грозы является мощная восходящая конвекция — перенос тёплого влажного воздуха в верхние слои тропосферы. При подъёме воздух охлаждается, водяной пар конденсируется, образуя облачные капли и кристаллы льда. Внутри облака происходит сложное взаимодействие частиц, приводящее к разделению электрических зарядов.

Электризация облака

Точный механизм электризации облаков до конца не изучен, но общепринятой является теория, основанная на столкновении и трении частиц. В верхней части облака, где температура ниже нуля, образуются кристаллы льда и градины. Более лёгкие кристаллы льда поднимаются вверх, а более тяжёлые градины падают вниз. При столкновениях происходит перенос заряда: более крупные частицы (градины) заряжаются отрицательно, а мелкие кристаллы — положительно. В результате верхняя часть грозового облака приобретает положительный заряд, а нижняя — отрицательный. В нижней части облака также может сформироваться локальный положительный заряд, связанный с зоной сильного дождя.

Молния и гром

Когда разность потенциалов между разноимённо заряженными областями облака или между облаком и землёй достигает критического значения (порядка нескольких миллионов вольт на метр), происходит пробой воздуха — электрический разряд, называемый молнией. Молния представляет собой гигантскую искру, температура в канале которой может достигать 30 000 °C (в пять раз выше температуры поверхности Солнца). Мгновенный нагрев воздуха вызывает его взрывное расширение, порождающее ударную волну, которая воспринимается как гром. Раскаты грома обусловлены отражением звуковой волны от облаков, земли и других объектов, а также различной удалённостью точек разряда.

Классификация гроз

Грозы классифицируют по нескольким признакам.

По месту развития

• Внутримассовые грозы: возникают внутри однородной воздушной массы, часто в жаркую летнюю погоду. Развиваются локально, обычно кратковременны (от 30 минут до 1 часа) и перемещаются медленно.
• Фронтальные грозы: формируются на границах раздела воздушных масс (атмосферных фронтах). Отличаются большей интенсивностью, продолжительностью (до нескольких часов) и могут охватывать обширные территории. Наиболее сильные и опасные грозы связаны с холодными фронтами.

По структуре и стадии развития

• Одноячейковые грозы (кучевые): наиболее простой тип. Состоят из одной конвективной ячейки, проходящей стадии зарождения, зрелости и распада. Обычно слабые, но могут сопровождаться кратковременным ливнем и градом.
• Многоячейковые грозы: состоят из нескольких конвективных ячеек, находящихся на разных стадиях развития. Образуют грозовой кластер, который может существовать несколько часов. Характерны для умеренных широт.
• Суперячейковые грозы (суперячейки): наиболее мощный и опасный тип. Представляют собой одну постоянно вращающуюся конвективную ячейку (мезоциклон). Суперячейки являются причиной возникновения крупного града (диаметром более 5 см), шквалов, разрушительных ветров и, в большинстве случаев, торнадо (смерчей). Отличаются большой продолжительностью (до нескольких часов) и способностью перемещаться на сотни километров.

География и статистика

Грозы — частое явление в тропических и умеренных широтах. В среднем на Земле одновременно происходит около 2000 гроз. Наибольшая грозовая активность наблюдается в тропической зоне, особенно в Центральной Африке, Южной Америке и Юго-Восточной Азии. В России наиболее грозоопасными районами являются Северный Кавказ, юг Западной Сибири, Приморье и центральные области европейской части. В среднем в Москве и Московской области регистрируется 20–30 грозовых дней в году. В Арктике и Антарктиде грозы — крайне редкое явление.

Опасность и меры безопасности

Гроза представляет серьёзную угрозу для жизни и имущества.

Основные поражающие факторы

• Прямое попадание молнии: вызывает остановку сердца, паралич дыхания, тяжёлые ожоги. Смертность при прямом ударе достигает 30%.
• Шаговое напряжение: возникает при ударе молнии в землю. Ток растекается по поверхности, создавая разность потенциалов между точками опоры ног человека. Поражение может произойти без прямого контакта с молнией.
• Пожары: молнии часто вызывают лесные пожары, а также возгорания зданий и сооружений, особенно в сельской местности.
• Повреждение инфраструктуры: удары молний выводят из строя линии электропередач, трансформаторные подстанции, электронику, системы связи.
• Сопутствующие явления: ливни, град, шквалы, наводнения.

Правила поведения

• В помещении: отключить электроприборы, не пользоваться водопроводом (вода проводит ток), не стоять у окон и дверей, не топить печь (дым обладает высокой электропроводностью).
• На открытой местности: не укрываться под одиноко стоящими деревьями, особенно высокими (дуб, тополь, сосна). Не находиться на возвышенностях, у водоёмов, на открытых равнинах. Присесть на корточки, сложив руки на коленях, не ложиться на землю. Убрать металлические предметы (зонты, удочки, клюшки).
• В автомобиле: оставаться в машине с закрытыми окнами и дверями. Металлический кузов автомобиля действует как клетка Фарадея, защищая пассажиров.
• В воде: немедленно выйти из водоёма, так как вода — отличный проводник.

Гроза в культуре и истории

В мифологии многих народов гроза связывалась с деятельностью богов (Зевс в Древней Греции, Перун у славян, Тор у скандинавов, Индра в индуизме). В русской народной культуре гроза воспринималась как божественное наказание или очищение. В литературе XIX века, например, в драме А. Н. Островского «Гроза», явление служит символом социального катаклизма, душевного потрясения и неизбежного возмездия. В современной культуре гроза часто используется как метафора конфликта, страсти или внезапных перемен.

Интересные факты

• Молния может ударить в одно и то же место дважды. Например, небоскрёб Эмпайр-стейт-билдинг в Нью-Йорке принимает на себя до 100 ударов молний в год.
• Шаровая молния — редкое и малоизученное явление, представляющее собой светящийся плазменный шар, движущийся по непредсказуемой траектории. Её природа до сих пор окончательно не выяснена.
• Грозу можно услышать на расстоянии до 15–20 километров. Расстояние до молнии можно приблизительно определить, посчитав секунды между вспышкой и громом и разделив их на 3 (1 секунда ≈ 300 метров).
• В России ежегодно от ударов молний погибает несколько десятков человек.

Источники

• Большая российская энциклопедия. Статья «Гроза».
• Матвеев Л. Т. «Основы общей метеорологии. Физика атмосферы».
• Хромов С. П., Петросянц М. А. «Метеорология и климатология».
• Научно-популярные публикации Росгидромета.