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Informe "factores de peligrosidad de las descargas de rayos". Formación de descargas de rayos Corrientes descendentes y frentes de turbonada

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Rama de MBOU "Pervomaiskaya educación general secundaria

escuela" en el pueblo de Novoarkhangelskoye

relámpagos

Peligros

descargas de rayos

Terminado:

estudiantes de 7mo grado

Máxima de Pecheikin,

Bryksin Kirill

Pocas personas no experimentan una sensación de ansiedad, asombro ante una tormenta eléctrica,

y especialmente durante fuertes tormentas eléctricas.

Tormenta - un fenómeno atmosférico peligroso asociado con el desarrollo de poderosas nubes cumulonimbus, acompañadas de múltiples descargas eléctricas entre las nubes y la superficie terrestre, fenómenos sonoros, fuertes precipitaciones, a menudo con granizo.

El nombre "tormenta" se asocia con la naturaleza amenazante de este fenómeno natural y gran peligro. En la antigüedad, las personas, que no entendían la naturaleza de una tormenta eléctrica, pero veían la muerte de personas y los incendios que surgían durante una tormenta eléctrica, asociaban este fenómeno con la ira de los dioses, el castigo de Dios por los pecados.

Una tormenta eléctrica es un fenómeno natural excepcionalmente hermoso que hace que una persona admire su poder y belleza. Las tormentas eléctricas se caracterizan por fuertes vientos, a menudo fuertes lluvias (nieve), a veces con granizo. Antes de una tormenta eléctrica (una o dos horas antes de una tormenta eléctrica), la presión atmosférica cae rápidamente hasta que el viento aumenta repentinamente y luego comienza a aumentar. Como regla general, después de una tormenta, el clima mejora, el aire es transparente, fresco y limpio, saturado de iones formados durante las descargas de rayos. Muchos escritores, poetas, artistas han expresado sentimientos de amor y admiración por la tormenta en sus obras. Recuerda al maravilloso poeta ruso F.I. Tyutchev:

Me encanta la tormenta a principios de mayo,

Cuando la primavera, el primer trueno,

Como retozando y jugando,

Rumores en el cielo azul.

Tormentas eléctricas las hay: locales, frontales, nocturnas, en la montaña.

Muy a menudo, ocurren tormentas eléctricas locales (térmicas). Estas tormentas eléctricas ocurren solo en climas cálidos con alta humedad atmosférica. Por regla general, son en verano al mediodía o por la tarde (12-16 horas). El mecanismo de formación de cargas eléctricas en las nubes es el siguiente. El vapor de agua en una corriente ascendente de aire caliente se condensa a una altura y se libera mucho calor (se sabe que si el proceso de evaporación requiere energía, el proceso de condensación se acompaña de la liberación de energía térmica; esto se debe a la diferencia en la energía interna de una sustancia en estado líquido y gaseoso) y los flujos de aire ascendentes se calientan. El aire ascendente es más cálido que el aire circundante y se expande hasta convertirse en una nube tormentosa. En las grandes nubes de tormenta, los cristales de hielo y las gotas de agua flotan constantemente y, bajo la influencia de un flujo ascendente, chocan, se aplastan o se fusionan. Como resultado de su fricción entre ellos y contra el aire y el aplastamiento, se forman cargas positivas y negativas. Se separan y concentran en diferentes partes de la nube. Como regla general, las cargas positivas se acumulan en la parte superior de la nube y las cargas negativas se acumulan en la parte inferior (más cercana al suelo). Como resultado, se producen descargas de rayos negativos y, con menos frecuencia, puede ocurrir la imagen inversa de la formación de rayos positivos. Bajo la acción de las cargas, surge un fuerte campo electrostático (la intensidad del campo electrostático puede alcanzar los 100 000 V/m), y la diferencia de potencial entre las partes individuales de la nube, las nubes o la nube y la tierra alcanza valores enormes. El voltaje entre la nube y el suelo puede llegar a 80×106 - 100×106V.

Cuando se alcanza la tensión crítica del aire eléctrico, se produce una ionización del aire similar a una avalancha: una descarga de chispa de un rayo.

Una tormenta eléctrica frontal ocurre cuando masas de aire frío ingresan a un área dominada por un clima cálido. El aire frío desplaza al aire caliente, mientras que este último se eleva a una altura 5--7 kilómetros Capas cálidas de aire invaden vórtices de varias direcciones, se forma una borrasca, fuerte fricción entre las capas de aire, lo que contribuye a la acumulación de cargas eléctricas. La longitud de una tormenta frontal puede alcanzar los 100 km. A diferencia de las tormentas locales, por lo general hace más frío después de las tormentas frontales. Una tormenta eléctrica frontal ocurre con mayor frecuencia en verano, pero a diferencia de las tormentas eléctricas locales que ocurren solo en los días calurosos de verano, puede ocurrir en otras épocas del año, incluso en invierno.

Una tormenta nocturna está asociada con el enfriamiento de la tierra durante la noche y la formación de corrientes de Foucault de aire ascendente.

Una tormenta en las montañas se explica por la diferencia en la cantidad de radiación solar a la que están expuestas las laderas sur y norte de las montañas. Las tormentas nocturnas y de montaña son cortas. Hay 16 millones de tormentas eléctricas en la Tierra cada año.

La actividad de tormentas eléctricas en diferentes partes de nuestro planeta es diferente.Puntos críticos mundiales de tormentas eléctricas :

Isla de Java - 220, África Ecuatorial - 150, Sur de México - 142, Panamá - 132, Centro de Brasil - 106 días de tormenta al año.

Actividad de tormentas en Rusia:

Murmansk - 5, Arkhangelsk - 10 San Petersburgo - 15, Moscú - 20 días de tormenta al año. Como regla general, cuanto más al sur (PARA el hemisferio norte de la Tierra) y más al norte (PARA el hemisferio sur de la Tierra), mayor es la actividad de la tormenta. Las tormentas eléctricas en el Ártico y la Antártida son muy raras.

tipos de rayos Y sus causas

Combinación rayos y truenos llamado tormenta.

Toda persona debe tener conocimiento sobre la naturaleza de los rayos, su peligrosidad y métodos de protección.

Iluminación- Este descarga de chispa de electricidad estática acumulada en las nubes de tormenta. A diferencia de las cargas generadas en el trabajo y en el hogar, las cargas eléctricas acumuladas en las nubes son inconmensurablemente mayores. Por lo tanto, la energía de la descarga de una chispa (rayo) y las corrientes resultantes son muy altas y representan un grave peligro para las personas, los animales y los edificios. El relámpago va acompañado de un impulso sonoro: el trueno.

Por cada kilómetro cuadrado de la superficie de la Tierra, hay 2-3 rayos al año. La tierra es golpeada con mayor frecuencia por rayos de nubes cargadas negativamente.

Por tipo de rayo se dividen en lineal, perla y bola. Las perlas y las bolas de fuego son bastante raras.

El relámpago lineal generalizado, que cualquier persona encuentra muchas veces, parece una línea de bifurcación sinuosa. Excelente-

La magnitud de la corriente en el canal de un rayo lineal es en promedio de 60-170x 103 amperios, se han registrado rayos con una corriente de 290x 103 amperios. Un rayo promedio transporta una energía de 250 kW/h (900 MJ), y se reportan 2800 kW/h (10,000 MJ). La energía del rayo se realiza principalmente en forma de energías de luz, calor y sonido.

La descarga se desarrolla en unas pocas milésimas de segundo; con corrientes tan altas, el aire en la zona del canal del rayo se calienta casi instantáneamente a una temperatura 33 000 sobre s. Como resultado, la presión aumenta bruscamente, el aire se expande, se produce una onda de choque acompañada de un impulso sonoro: un trueno. Dado que el camino del relámpago es muy tortuoso, las ondas de sonido surgen en diferentes puntos y viajan diferentes distancias, aparecen sonidos de diferente fuerza y altura: truenos. Las ondas de sonido experimentan repetidos reflejos de las nubes, la tierra, lo que provoca un estruendo prolongado. El trueno no es peligroso para una persona y solo tiene un efecto psicológico sobre él.

Antes de una tormenta y durante ella, ocasionalmente en la oscuridad, en las copas de los objetos altos y puntiagudos (las copas de los árboles, los mástiles de los barcos, las cimas de las rocas afiladas en las montañas, las cruces de las iglesias, los pararrayos, a veces en las montañas sobre las cabezas de personas y animales, una mano levantada), se puede observar un resplandor llamado"Fuego de San Telmo". Este nombre se daen la antigüedad por marineros que observaban el resplandor en la parte superior de los mástiles de los barcos de vela. brillo"Las luces de Elmo" surge debido al hecho de que en objetos altos y puntiagudos, la intensidad del campo eléctrico creado por la carga eléctrica estática de la nube es especialmente alta. Como resultado, comienza la ionización del aire, se produce una descarga luminosa y aparecen lenguas luminosas rojizas, que a veces se acortan y se alargan de nuevo. No se debe intentar extinguir estos incendios, ya que no hay combustión. A una intensidad de campo eléctrico alta, puede aparecer un haz de filamentos luminosos. - descarga de corona, que a veces va acompañada de silbidos."Las luces de Elmo "puede aparecer sin la presencia de nubes de tormenta, más a menudo en las montañas con ventiscas de nieve y tormentas de polvo. Los escaladores a menudo se encuentran"Fuegos de Elmo".

Los relámpagos lineales también ocurren ocasionalmente en ausencia de nubes de tormenta. No es casualidad que surja el dicho:

"Sorpresa absoluta".

relámpago de perlas - un fenómeno muy raro y hermoso. Aparece inmediatamente después del rayo lineal y desaparece gradualmente. Predominantemente, la descarga del rayo perla sigue un camino lineal. El relámpago tiene la forma de bolas luminosas ubicadas a distancia. 7-12 m el uno del otro, que recuerda a las perlas ensartadas en una cadena. Pearl Lightning puede ir acompañado de efectos de sonido significativos.

Los relámpagos en bola también son bastante raros. Para mil relámpagos lineales ordinarios, hay 2-3 pelota. Los relámpagos en bola, por regla general, aparecen durante una tormenta eléctrica, más a menudo hacia su final, con menos frecuencia después de una tormenta eléctrica. También ocurre, pero muy raramente, con ausencia total eventos de tormentas eléctricas. Puede tener forma de bola, elipsoide, pera, disco e incluso una cadena de bolas conectadas. El color del rayo es rojo, amarillo, rojo anaranjado, rodeado por un velo luminoso. A veces, los relámpagos son de un blanco deslumbrante con contornos muy nítidos. El color está determinado por el contenido de varias sustancias en el aire. La forma y el color del rayo pueden cambiar durante la descarga. La naturaleza de los rayos en bola y las razones de su ocurrencia no están claras. Hay varias hipótesis sobre la naturaleza del rayo en bola. Por ejemplo, el académico Ya.I. Frenkel creó una teoría según la cual el rayo esférico es una bola gaseosa incandescente que resulta de un rayo lineal común y consiste en gases químicamente activos, principalmente óxido de nitrógeno y nitrógeno monoatómico. Académico P.I. Kapitsa cree que el rayo esférico es un coágulo de plasma en un estado relativamente estable. Existen otras hipótesis, pero ninguna de ellas puede explicar todos los efectos asociados Con iluminación del salón. No fue posible medir los parámetros del rayo en bola y simularlo en condiciones de laboratorio. Aparentemente, muchos objetos voladores no identificados (OVNI) observados son de naturaleza similar o cercana a la bola de rayos.

7 de agosto de 2014

Tormenta eléctrica: ¿qué es? ¿De dónde vienen los relámpagos que atraviesan todo el cielo y los truenos amenazantes? La tormenta es un fenómeno natural. Los relámpagos, llamados descargas eléctricas, pueden formarse dentro de las nubes (cumulonimbos) o entre la superficie de la tierra y las nubes. Suelen ir acompañados de truenos. Los relámpagos se asocian con fuertes lluvias, fuertes vientos y, a menudo, con granizo.

Actividad

La tormenta es uno de los fenómenos naturales más peligrosos. Las personas alcanzadas por un rayo sobreviven solo en casos aislados.

Al mismo tiempo, en el planeta operan aproximadamente 1.500 tormentas eléctricas. La intensidad de las descargas se estima en cien relámpagos por segundo.

La distribución de las tormentas eléctricas en la Tierra es desigual. Por ejemplo, hay 10 veces más de ellos sobre los continentes que sobre el océano. La mayoría (78%) de las descargas de rayos se concentran en las zonas ecuatoriales y tropicales. Las tormentas eléctricas son especialmente frecuentes en África Central. Pero las regiones polares (Antártida, el Ártico) y los polos de rayos son prácticamente invisibles. Resulta que la intensidad de una tormenta eléctrica está asociada con un cuerpo celeste. En latitudes medias, su pico se produce en las horas de la tarde (día), en el verano. Pero el mínimo se registró antes del amanecer. Las características geográficas también son importantes. Los centros de tormentas eléctricas más poderosos se encuentran en la Cordillera y el Himalaya (regiones montañosas). El número anual de "días tormentosos" también es diferente en Rusia. En Murmansk, por ejemplo, solo hay cuatro, en Arkhangelsk - quince, Kaliningrado - dieciocho, San Petersburgo - 16, en Moscú - 24, Bryansk - 28, Voronezh - 26, Rostov - 31, Sochi - 50, Samara - 25, Kazan y Ekaterimburgo - 28, Ufa - 31, Novosibirsk - 20, Barnaul - 32, Chita - 27, Irkutsk y Yakutsk - 12, Blagoveshchensk - 28, Vladivostok - 13, Khabarovsk - 25, Yuzhno-Sakhalinsk - 7, Petropavlovsk-Kamchatsky - 1.

Desarrollo de tormentas eléctricas

¿Como va? Las nubes de tormenta solo se forman bajo ciertas condiciones. La presencia de flujos de humedad ascendentes es obligatoria, mientras que debe existir una estructura donde una fracción de las partículas se encuentre en estado helado, la otra en estado líquido. La convección, que conducirá al desarrollo de una tormenta eléctrica, ocurrirá en varios casos.

Calentamiento desigual de las capas superficiales. Por ejemplo, sobre agua con una diferencia de temperatura significativa. Sobre las grandes ciudades, la intensidad de las tormentas eléctricas será algo más fuerte que en el área circundante.

Cuando el aire frío desplaza al aire caliente. La convención frontal a menudo se desarrolla simultáneamente con nubes oblicuas y nimboestratos (nubes).

Cuando el aire sube en las cadenas montañosas. Incluso pequeñas elevaciones pueden conducir a una mayor formación de nubes. Esto es convección forzada.

Cualquier nube tormentosa, independientemente de su tipo, pasa necesariamente por tres etapas: cúmulo, madurez y descomposición.

Clasificación

Las tormentas eléctricas se clasificaron durante algún tiempo solo en el lugar de observación. Se dividieron, por ejemplo, en ortografía, local, frontal. Las tormentas ahora se clasifican de acuerdo con características que dependen del entorno meteorológico en el que se desarrollan. Las corrientes ascendentes se forman debido a la inestabilidad de la atmósfera. Para la creación de nubes de tormenta, esta es la condición principal. Las características de tales flujos son muy importantes. Dependiendo de su potencia y tamaño, se forman varios tipos de nubes de tormenta, respectivamente. ¿Cómo se dividen?

1. Cumulonimbus unicelular, (local o intramasa). Tener actividad de granizo o tormenta eléctrica. Dimensiones transversales de 5 a 20 km, verticales - de 8 a 12 km. Tal nube "vive" hasta una hora. Después de una tormenta, el clima prácticamente no cambia.

2. Clúster multicelular. Aquí la escala es más impresionante: hasta 1000 km. Un cúmulo de múltiples celdas cubre un grupo de celdas de tormenta que se encuentran en diferentes etapas de formación y desarrollo y al mismo tiempo forman un todo único. ¿Cómo se organizan? Las células de tormenta maduras se encuentran en el centro, en descomposición, en el lado de sotavento. Sus dimensiones transversales pueden alcanzar los 40 km. Las tormentas eléctricas multicelulares en racimo "dan" ráfagas de viento (fuertes, pero no fuertes), aguaceros, granizo. La existencia de una célula madura se limita a media hora, pero el grupo en sí puede "vivir" durante varias horas.

3. Líneas de turbonada. Estas también son tormentas multicelulares. También se les llama lineales. Pueden ser macizos o con huecos. Las ráfagas de viento son más largas aquí (en el frente de ataque). La línea multicelular aparece como una pared oscura de nubes cuando se acerca. El número de corrientes (tanto aguas arriba como aguas abajo) es bastante grande aquí. Es por eso que tal complejo de tormentas se clasifica como multicelular, aunque la estructura de la tormenta es diferente. La línea de turbonada es capaz de producir aguaceros intensos y granizo grande, pero más a menudo está “limitada” por fuertes corrientes descendentes. A menudo pasa por delante de un frente frío. En las imágenes, dicho sistema tiene la forma de un arco curvo.

4. Tormentas supercélulas. Tales tormentas eléctricas son raras. Son especialmente peligrosos para la propiedad y la vida humana. La nube de este sistema es similar a la nube unicelular, ya que ambas difieren en una zona aguas arriba. Pero tienen diferentes tamaños. Nube de supercélulas - enorme - cerca de 50 km de radio, altura - hasta 15 km. Sus límites pueden estar en la estratosfera. La forma se asemeja a un único yunque semicircular. La velocidad de las corrientes ascendentes es mucho mayor (hasta 60 m/s). Un rasgo característico es la presencia de rotación. Es esto lo que crea fenómenos peligrosos y extremos (granizo grande (más de 5 cm), tornados destructivos). El factor principal para la formación de tal nube son las condiciones ambientales. Hablamos de una convención muy fuerte con una temperatura de +27 y un viento de dirección variable. Tales condiciones surgen durante la cizalladura del viento en la troposfera. Formada en las corrientes ascendentes, la precipitación se transfiere a la zona de corrientes descendentes, lo que asegura una larga vida a la nube. Las precipitaciones se distribuyen de manera desigual. Las lluvias están cerca de la corriente ascendente y el granizo está más cerca del noreste. La parte trasera de la tormenta eléctrica puede cambiar. Entonces la zona más peligrosa estará cerca de la corriente ascendente principal.

También existe el concepto de "tormenta seca". Este fenómeno es bastante raro, característico de los monzones. Con una tormenta de este tipo, no hay precipitaciones (simplemente no alcanzan, se evaporan como resultado de la exposición a altas temperaturas).

Velocidad de movimiento

En una tormenta eléctrica aislada, es de unos 20 km/h, a veces más rápido. Si los frentes fríos están activos, la velocidad puede ser de 80 km/h. En muchas tormentas, las viejas celdas de tormenta se reemplazan por otras nuevas. Cada uno de ellos cubre una distancia relativamente corta (unos dos kilómetros), pero en conjunto la distancia aumenta.

mecanismo de electrización

¿De dónde vienen los rayos? Las cargas eléctricas alrededor de las nubes y dentro de ellas se mueven constantemente. Este proceso es bastante complicado. Es más fácil imaginar cómo funcionan las cargas eléctricas en las nubes maduras. En ellos domina la estructura dipolo positiva. ¿Cómo se distribuye? La carga positiva se coloca en la parte superior y la carga negativa se coloca debajo, dentro de la nube. Según la hipótesis principal (esta área de la ciencia aún puede considerarse poco explorada), las partículas más pesadas y más grandes tienen carga negativa, mientras que las pequeñas y livianas tienen carga positiva. Los primeros caen más rápido que los segundos. Esto se convierte en la razón de la separación espacial de las cargas espaciales. Este mecanismo está confirmado por experimentos de laboratorio. Las partículas de hielo granulado o granizo pueden tener una fuerte transferencia de carga. La magnitud y el signo dependerán del contenido de agua de la nube, la temperatura del aire (ambiente) y la velocidad de colisión (los factores principales). No se puede excluir la influencia de otros mecanismos. Las descargas se producen entre la tierra y la nube (o la atmósfera neutra o la ionosfera). Es en este momento cuando observamos destellos diseccionando el cielo. O relámpago. Este proceso va acompañado de fuertes repiques (truenos).

La tormenta es un proceso complejo. Puede llevar muchas décadas, y tal vez incluso siglos, estudiarlo.

Tormenta - un fenómeno atmosférico en el que se producen descargas eléctricas dentro de las nubes o entre la nube y la superficie de la tierra - relámpagos, acompañados de truenos. Como regla general, una tormenta eléctrica se forma en poderosas nubes cumulonimbus y se asocia con fuertes lluvias, granizo y chubascos.

Las tormentas eléctricas son uno de los fenómenos naturales más peligrosos para el ser humano: en cuanto al número de muertes registradas, solo las inundaciones provocan mayores pérdidas humanas.

Tormenta

Distribución de las descargas de rayos sobre la superficie terrestre

Hay aproximadamente diez veces menos tormentas sobre el océano que sobre los continentes. Alrededor del 78% de todas las descargas de rayos se concentran en la zona tropical y ecuatorial (desde los 30° de latitud norte hasta los 30° de latitud sur). La actividad máxima de tormentas eléctricas ocurre en África Central. Prácticamente no hay tormentas eléctricas en las regiones polares del Ártico y la Antártida y sobre los polos. La intensidad de las tormentas sigue al sol: las tormentas máximas ocurren en el verano (en las latitudes medias) y en las horas diurnas de la tarde. Las tormentas eléctricas mínimas registradas ocurren antes del amanecer. Las tormentas también se ven afectadas por las características geográficas del área: los centros de tormentas fuertes se encuentran en las regiones montañosas del Himalaya y la Cordillera.

Etapas de desarrollo de una nube tormentosa

Las condiciones necesarias para la formación de una nube tormentosa son la presencia de condiciones para el desarrollo de convección u otro mecanismo que cree flujos ascendentes de humedad suficientes para la formación de precipitación, y la presencia de una estructura en la que algunas de las partículas de la nube estén en estado líquido y otras en estado helado. La convección que conduce al desarrollo de tormentas eléctricas ocurre en los siguientes casos:

Con calentamiento desigual de la capa superficial de aire sobre una superficie subyacente diferente. Por ejemplo, sobre la superficie del agua y la tierra debido a las diferencias en las temperaturas del agua y del suelo. Sobre las grandes ciudades, la intensidad de la convección es mucho mayor que en las cercanías de la ciudad.

Cuando el aire cálido asciende o es desplazado por aire frío en los frentes atmosféricos. La convección atmosférica en los frentes atmosféricos es mucho más intensa y frecuente que durante la convección intramasa. A menudo, la convección frontal se desarrolla simultáneamente con nubes nimboestratos y precipitaciones extensas, que enmascaran las nubes cumulonimbus resultantes.

Cuando el aire asciende en zonas de sierras. Incluso pequeñas elevaciones en el terreno conducen a una mayor formación de nubes (debido a la convección forzada). Las altas montañas crean condiciones especialmente difíciles para el desarrollo de la convección y casi siempre aumentan su frecuencia e intensidad.

Todas las nubes de tormenta, independientemente de su tipo, pasan sucesivamente por las etapas de un cúmulo, la etapa de una nube de tormenta madura y la etapa de descomposición.

Clasificación de nubes tormentosas

En un momento, las tormentas eléctricas se clasificaron según el lugar donde se observaron, como localizadas, frontales u orográficas. Ahora es más común clasificar las tormentas según las características de las propias tormentas, y estas características dependen principalmente del entorno meteorológico en el que se desarrolla la tormenta.

Principal condición necesaria pues la formación de nubes de tormenta es el estado de inestabilidad de la atmósfera, que forma corrientes ascendentes. Dependiendo de la magnitud y el poder de tales flujos, se forman nubes de tormenta de varios tipos.

nube unicelular

Las nubes cumulonimbus unicelulares se desarrollan en días con vientos débiles en un campo bárico de bajo gradiente. también se les llama intramass o tormentas locales. Consisten en una celda convectiva con un flujo ascendente en su parte central. Pueden alcanzar la intensidad de un rayo y granizo y colapsar rápidamente con la precipitación. Las dimensiones de una nube de este tipo son: transversal - 5-20 km, vertical - 8-12 km, esperanza de vida - alrededor de 30 minutos, a veces - hasta 1 hora. No ocurren cambios serios en el clima después de una tormenta eléctrica.

El ciclo de vida de una nube unicelular

Una tormenta empieza con un cúmulo de buen tiempo (Cumulus humilis). En condiciones favorables, los cúmulos resultantes crecen rápidamente tanto en dirección vertical como horizontal, mientras que las corrientes ascendentes se ubican en casi todo el volumen de la nube y aumentan de 5 m/s a 15-20 m/s. Los ríos abajo son muy débiles. El aire ambiental penetra activamente en la nube debido a la mezcla en el límite y la parte superior de la nube. La nube pasa a la etapa Cumulus mediocris. Las gotas de agua más pequeñas formadas como resultado de la condensación en una nube de este tipo se fusionan en otras más grandes, que son arrastradas por poderosos flujos ascendentes. La nube sigue siendo homogénea, consiste en gotas de agua retenidas por un flujo ascendente: la precipitación no cae. En la parte superior de la nube, cuando las partículas de agua entran en la zona de temperaturas negativas, las gotas comienzan a convertirse gradualmente en cristales de hielo. La nube se convierte en un poderoso cúmulo (Cumulus congestus). La composición mixta de la nube conduce a la ampliación de los elementos de la nube y la creación de condiciones para la precipitación. Tal nube se llama nube cumulonimbus (Cumulonimbus) o nube cumulonimbus calva (Cumulonimbus calvus). Los flujos verticales en él alcanzan los 25 m/s, y el nivel de la cumbre alcanza una altura de 7 a 8 km.

Las partículas de precipitación que se evaporan enfrían el aire circundante, lo que conduce a un mayor aumento de las corrientes descendentes. En la etapa de madurez, las corrientes de aire ascendentes y descendentes están presentes en la nube al mismo tiempo.

En la etapa de descomposición, la nube está dominada por corrientes descendentes, que gradualmente cubren toda la nube.

Tormentas en cúmulos multicelulares

Esquema de una estructura de tormenta eléctrica multicelular

Este es el tipo más común de tormenta eléctrica asociada con perturbaciones de mesoescala (con una escala de 10 a 1000 km). Un cúmulo de múltiples celdas consta de un grupo de celdas de tormenta que se mueven como una unidad, aunque cada celda del cúmulo se encuentra en una etapa diferente en el desarrollo de una nube tormentosa. Las celdas de tormenta maduras generalmente se ubican en la parte central del cúmulo, mientras que las celdas en descomposición se ubican en el lado de sotavento del cúmulo. Tienen dimensiones transversales de 20 a 40 km, sus cimas a menudo se elevan hasta la tropopausa y penetran en la estratosfera. Las tormentas eléctricas en racimo multicelulares pueden producir granizo, chubascos y chubascos relativamente débiles. Cada celda individual en un grupo de múltiples celdas está en un estado maduro durante aproximadamente 20 minutos; el propio grupo de varias células puede existir durante varias horas. Este tipo de tormenta eléctrica suele ser más intensa que una tormenta eléctrica de una sola célula, pero mucho más débil que una tormenta eléctrica de supercélula.

Tormentas eléctricas de líneas multicelulares (líneas de turbonada)

Las tormentas eléctricas de línea multicelular son una línea de tormentas eléctricas con un frente largo y bien desarrollado de ráfagas de viento en la línea frontal. La línea de turbonada puede ser continua o contener lagunas. La línea multicelular que se aproxima parece una pared oscura de nubes, que generalmente cubre el horizonte desde el lado occidental (en el hemisferio norte). Un gran número de corrientes de aire ascendentes/descendentes estrechamente espaciadas nos permite calificar este complejo de tormentas como una tormenta multicelular, aunque su estructura difiere marcadamente de una tormenta multicelular en racimo. Las líneas de turbonada pueden producir granizo grande y aguaceros intensos, pero se conocen más comúnmente como sistemas que crean fuertes corrientes descendentes. La línea de turbonada tiene propiedades similares a las de un frente frío, pero es el resultado local de la actividad de tormentas eléctricas. A menudo, una línea de turbonada se produce antes de un frente frío. En las imágenes de radar, este sistema se parece a un arco curvo (eco de arco). Este fenómeno es típico de América del Norte, en Europa y el territorio europeo de Rusia se observa con menos frecuencia.

Tormentas supercélulas

Estructura vertical y horizontal de una nube de supercélulas

Una supercélula es la nube tormentosa más altamente organizada. Las nubes de supercélulas son relativamente raras, pero representan la mayor amenaza para la salud, la vida y la propiedad humanas. Una nube de supercélulas es similar a una nube de una sola célula en que ambas tienen la misma zona de corriente ascendente. La diferencia es que el tamaño de la celda es enorme: un diámetro de unos 50 km, una altura de 10-15 km (a menudo el límite superior penetra en la estratosfera) con un solo yunque semicircular. La velocidad del flujo ascendente en una supercélula es mucho mayor que en otros tipos de nubes tormentosas: hasta 40–60 m/s. La característica principal que distingue a una nube de supercélulas de otros tipos de nubes es la presencia de rotación. Una corriente ascendente giratoria en una nube de supercélulas (llamada en terminología de radar) mesociclón), crea fenómenos meteorológicos extremos, como un gigante granizo(más de 5 cm de diámetro), fuertes vientos de hasta 40 m/s y fuertes tornados destructivos. Las condiciones ambientales son un factor importante en la formación de una nube de supercélulas. Se necesita una inestabilidad convectiva muy fuerte del aire. La temperatura del aire cerca del suelo (antes de una tormenta) debe ser de +27 ... +30 y más, pero la principal condición necesaria es el viento de dirección variable, que provoca la rotación. Tales condiciones se logran con la cizalladura del viento en la troposfera media. La precipitación formada en la corriente ascendente es transportada a lo largo del nivel superior de la nube por un fuerte flujo hacia la zona de la corriente descendente. Así, las zonas de los flujos ascendentes y descendentes están separadas en el espacio, lo que asegura la vida de la nube por un largo período de tiempo. Por lo general, hay lluvia ligera en el borde de ataque de una nube de supercélula. Las fuertes lluvias ocurren cerca de la zona de corriente ascendente, mientras que la precipitación más intensa y el granizo grande caen al noreste de la zona de corriente ascendente principal. Las condiciones más peligrosas ocurren cerca del área principal de la corriente ascendente (generalmente desplazadas hacia la parte trasera de la tormenta).

Supercélula (Inglés) súper Y celúla- celda) - un tipo de tormenta eléctrica, caracterizada por la presencia de un mesociclón - una corriente ascendente profunda y fuertemente giratoria. Por esta razón, tales tormentas a veces se denominan tormentas rotativas. De los cuatro tipos de tormentas eléctricas según las clasificaciones occidentales (supercélulas, escualas, multicélulas y unicelulares), las supercélulas son las menos comunes y pueden representar el mayor peligro. Las supercélulas a menudo están aisladas de otras tormentas eléctricas y pueden tener un frente de hasta 32 kilómetros.

Supercélula al atardecer

Supersells a menudo se dividen en tres tipos: clásico; baja precipitación (LP); y alta precipitación (HP). Las supercélulas de tipo LP tienden a formarse en climas más secos, como los valles de las tierras altas de los Estados Unidos, mientras que las supercélulas de tipo HP son más comunes en climas más húmedos. Las supercélulas pueden ocurrir en cualquier parte del mundo si las condiciones climáticas son adecuadas para que se formen, pero son más comunes en las Grandes Llanuras de EE. UU., un área conocida como Tornado Valley. También se pueden observar en las llanuras de Argentina, Uruguay y el sur de Brasil.

Características físicas de las nubes tormentosas

Los estudios aéreos y de radar muestran que una sola célula de tormenta suele alcanzar una altura de unos 8-10 km y vivir durante unos 30 minutos. Una tormenta eléctrica aislada generalmente consta de varias celdas en varias etapas de desarrollo y tiene una duración del orden de una hora. Las tormentas eléctricas grandes pueden alcanzar decenas de kilómetros de diámetro, su pico puede alcanzar alturas de más de 18 km y pueden durar muchas horas.

Río arriba y río abajo

Las corrientes ascendentes y descendentes en tormentas eléctricas aisladas suelen tener un diámetro de 0,5 a 2,5 km y una altura de 3 a 8 km. A veces, el diámetro de la corriente ascendente puede alcanzar los 4 km. Cerca de la superficie de la tierra, las corrientes generalmente aumentan de diámetro y la velocidad en ellas disminuye en comparación con las corrientes ubicadas arriba. La velocidad característica de la corriente ascendente se encuentra en el rango de 5 a 10 m/s y alcanza los 20 m/s en la parte alta de las grandes tormentas. Los aviones de investigación que vuelan a través de una nube tormentosa a una altitud de 10 000 m registran velocidades de corriente ascendente superiores a 30 m/s. Las corrientes ascendentes más fuertes se observan en tormentas eléctricas organizadas.

Ráfagas

Antes de la tormenta de agosto de 2010 en Gatchina

En algunas tormentas eléctricas, se desarrollan intensas corrientes descendentes que crean vientos destructivos en la superficie de la tierra. Dependiendo del tamaño, tales aguas abajo se denominan ráfagas o microtormentas. Una borrasca con un diámetro de más de 4 km puede crear vientos de hasta 60 m/s. Las microturbulencias son más pequeñas, pero crean velocidades de viento de hasta 75 m/s. Si la tormenta eléctrica que genera la turbonada se forma a partir de aire suficientemente cálido y húmedo, entonces la microturbulencia estará acompañada de lluvias intensas. Sin embargo, si la tormenta se forma a partir de aire seco, la precipitación puede evaporarse durante el otoño (bandas de precipitación en el aire o virga) y la microturbulencia será seca. Las corrientes descendentes son un peligro grave para las aeronaves, especialmente durante el despegue o el aterrizaje, ya que crean viento cerca del suelo con cambios repentinos de velocidad y dirección.

desarrollo vertical

En general, una nube convectiva activa ascenderá hasta que pierda su flotabilidad. La pérdida de flotabilidad se debe a la carga creada por la precipitación formada en el ambiente nublado, o mezclada con el aire frío seco circundante, o una combinación de estos dos procesos. El crecimiento de las nubes también se puede detener mediante una capa de inversión de bloqueo, es decir, una capa donde la temperatura del aire aumenta con la altura. Las nubes de tormenta suelen alcanzar una altura de unos 10 km, pero a veces alcanzan alturas de más de 20 km. Cuando el contenido de humedad y la inestabilidad de la atmósfera son altos, entonces con vientos favorables, la nube puede crecer hasta la tropopausa, la capa que separa la troposfera de la estratosfera. La tropopausa se caracteriza por una temperatura que permanece aproximadamente constante con el aumento de la altitud y se conoce como una región de alta estabilidad. Tan pronto como la corriente ascendente comienza a acercarse a la estratosfera, muy pronto el aire en la parte superior de la nube se vuelve más frío y pesado que el aire circundante, y el crecimiento de la parte superior se detiene. La altura de la tropopausa depende de la latitud de la zona y de la estación del año. Varía desde 8 km en las regiones polares hasta 18 km y más cerca del ecuador.

Cuando una nube cúmulo alcanza la capa de bloqueo de la inversión de la tropopausa, comienza a extenderse hacia afuera y forma el "yunque" característico de las nubes tormentosas. El viento que sopla a la altura del yunque suele llevar material nuboso en la dirección del viento.

Turbulencia

Un avión que vuela a través de una nube de tormenta (está prohibido volar en nubes cumulonimbus) generalmente entra en una turbulencia que lanza el avión hacia arriba, hacia abajo y hacia los lados bajo la influencia de los flujos de nubes turbulentas. La turbulencia atmosférica crea una sensación de incomodidad para la tripulación y los pasajeros del avión y provoca tensiones indeseables en el avión. La turbulencia se mide en diferentes unidades, pero más a menudo se define en unidades de g - aceleración de caída libre (1g = 9,8 m / s 2). Una ráfaga de un g crea turbulencias que son peligrosas para los aviones. En la parte alta de tormentas eléctricas intensas, se registraron aceleraciones verticales de hasta tres g.

Movimiento de tormenta

La velocidad y el movimiento de una nube tormentosa depende de la dirección de la tierra, principalmente por la interacción de los flujos ascendentes y descendentes de la nube con los flujos de aire portadores en las capas medias de la atmósfera en las que se desarrolla una tormenta. La velocidad de movimiento de una tormenta aislada suele ser del orden de 20 km/h, pero algunas tormentas se mueven mucho más rápido. En situaciones extremas, una nube de tormenta puede moverse a velocidades de 65 a 80 km/h durante el paso de frentes fríos activos. En la mayoría de las tormentas eléctricas, a medida que se disipan las viejas células de tormenta, emergen nuevas células de tormenta en sucesión. Con un viento débil, una célula individual puede recorrer una distancia muy corta durante su vida, menos de dos kilómetros; sin embargo, en tormentas eléctricas más grandes, la corriente descendente que sale de la celda madura activa nuevas celdas, lo que da la impresión de un movimiento rápido que no siempre coincide con la dirección del viento. En las grandes tormentas multicelulares, existe un patrón en el que se forma una nueva celda a la derecha del flujo de aire portador en el hemisferio norte ya la izquierda del flujo de aire portador en el hemisferio sur.

Energía

La energía que impulsa una tormenta eléctrica es el calor latente que se libera cuando el vapor de agua se condensa y forma gotas de nubes. Por cada gramo de agua que se condensa en la atmósfera, se liberan aproximadamente 600 calorías de calor. Cuando las gotas de agua se congelan en la parte superior de la nube, se liberan unas 80 calorías más por gramo. latente liberable energía térmica parcialmente convertida en la energía cinética de la corriente ascendente. Se puede hacer una estimación aproximada de la energía total de una tormenta a partir de la cantidad total de agua que ha precipitado de la nube. Lo típico es una energía del orden de 100 millones de kilovatios-hora, que es aproximadamente equivalente a una carga nuclear de 20 kilotones (aunque esta energía se libera en un volumen de espacio mucho mayor y durante un tiempo mucho más largo). Las grandes tormentas multicelulares pueden tener de 10 a 100 veces más energía.

Corrientes descendentes y frentes de turbonada

Squall poderoso frente de tormenta

Las corrientes descendentes en las tormentas eléctricas ocurren en altitudes donde la temperatura del aire es más baja que la temperatura en el espacio circundante, y esta corriente se vuelve aún más fría cuando las partículas de hielo de la precipitación comienzan a derretirse y las gotas de las nubes se evaporan. El aire en la corriente descendente no solo es más denso que el aire circundante, sino que también tiene un momento angular horizontal diferente al del aire circundante. Si se produce una corriente descendente, por ejemplo, a una altura de 10 km, alcanzará la superficie terrestre con una velocidad horizontal notablemente mayor que la velocidad del viento cerca de la tierra. Cerca del suelo, este aire es transportado antes de una tormenta eléctrica a una velocidad mayor que la velocidad de toda la nube. Es por eso que un observador en tierra sentirá la proximidad de una tormenta a lo largo de una corriente de aire frío incluso antes de que la nube de tormenta esté sobre su cabeza. La corriente descendente que se propaga a lo largo del suelo forma una zona con una profundidad de 500 metros a 2 km con una clara diferencia entre el aire frío de la corriente y el aire cálido y húmedo del que se forma la tormenta. El paso de un frente de borrasca de este tipo se determina fácilmente por el aumento del viento y un descenso repentino de la temperatura. En cinco minutos, la temperatura del aire puede descender 5 °C o más. La turbonada forma una puerta de turbonada característica con un eje horizontal, una caída brusca de la temperatura y un cambio en la dirección del viento.

En casos extremos, el frente de turbonada creado por la corriente descendente puede alcanzar velocidades de más de 50 m/sy causar daños a viviendas y cultivos. Más a menudo, las borrascas severas ocurren cuando una línea organizada de tormentas eléctricas se desarrolla en condiciones de vientos fuertes a altitudes medias. Al mismo tiempo, la gente puede pensar que estas destrucciones son causadas por un tornado. Si no hay testigos que hayan visto la nube de embudo característica de un tornado, entonces la causa de la destrucción puede determinarse por la naturaleza de la destrucción causada por el viento. En los tornados, la destrucción tiene un patrón circular y una tormenta causada por una corriente descendente lleva la destrucción principalmente en una dirección. El clima frío suele ser seguido por la lluvia. En algunos casos, las gotas de lluvia se evaporan por completo durante el otoño, lo que da como resultado una tormenta eléctrica seca. En la situación opuesta, típica de las tormentas severas multicelulares y supercelulares, hay fuertes lluvias con granizo que provocan inundaciones repentinas.

tornados

Un tornado es un fuerte remolino de pequeña escala bajo nubes de tormenta con un eje aproximadamente vertical pero a menudo curvo. Se observa una diferencia de presión de 100 a 200 hPa desde la periferia hasta el centro del tornado. La velocidad del viento en los tornados puede superar los 100 m/s, teóricamente puede alcanzar la velocidad del sonido. En Rusia, los tornados ocurren relativamente raramente, pero causan un daño enorme. La frecuencia más alta de tornados ocurre en el sur de la parte europea de Rusia.

Livni

En tormentas eléctricas pequeñas, el pico de cinco minutos de precipitación intensa puede exceder los 120 mm/hora, pero el resto de la lluvia tiene una intensidad de orden de magnitud menor. Una tormenta eléctrica promedio produce alrededor de 2000 metros cúbicos de lluvia, pero una gran tormenta eléctrica puede producir diez veces más. Grandes tormentas eléctricas organizadas asociadas con sistemas convectivos de mesoescala pueden producir de 10 a 1000 millones de metros cúbicos de precipitación.

Estructura eléctrica de una nube tormentosa

Estructura de cargas en nubes tormentosas en diferentes regiones

La distribución y el movimiento de cargas eléctricas dentro y alrededor de una nube tormentosa es un proceso complejo que cambia continuamente. Sin embargo, es posible presentar una imagen generalizada de la distribución de cargas eléctricas en la etapa de madurez de la nube. Domina una estructura de dipolo positivo, en la que la carga positiva está en la parte superior de la nube y la carga negativa está debajo de ella dentro de la nube. En la base de la nube y debajo de ella se observa una carga positiva menor. Los iones atmosféricos, que se mueven bajo la acción de un campo eléctrico, forman capas protectoras en los límites de la nube, ocultando la estructura eléctrica de la nube a un observador externo. Las mediciones muestran que, en diversas condiciones geográficas, la principal carga negativa de una nube de tormenta se encuentra en altitudes con una temperatura ambiente de -5 a -17 °C. Cuanto mayor sea la velocidad de la corriente ascendente en la nube, mayor será el centro de la carga negativa. La densidad de carga espacial está en el rango de 1-10 C/km³. Existe una proporción significativa de tormentas eléctricas con una estructura de carga inversa: - una carga negativa en la parte superior de la nube y una carga positiva en la parte interna de la nube, así como con una estructura compleja con cuatro o más zonas de cargas espaciales de diferente polaridad.

mecanismo de electrización

Se han propuesto muchos mecanismos para explicar la formación de la estructura eléctrica de una nube tormentosa, y esta área de la ciencia sigue siendo un área de investigación activa. La hipótesis principal se basa en el hecho de que si las partículas de las nubes más grandes y pesadas tienen carga predominantemente negativa, y las partículas pequeñas más ligeras tienen una carga positiva, entonces la separación espacial de las cargas espaciales se produce debido al hecho de que las partículas grandes caen a mayor velocidad que los componentes de las nubes pequeñas. Este mecanismo generalmente es consistente con los experimentos de laboratorio que muestran una fuerte transferencia de carga cuando partículas de gránulos de hielo (los granos son partículas porosas de gotas de agua congelada) o partículas de granizo interactúan con cristales de hielo en presencia de gotas de agua sobreenfriada. El signo y la magnitud de la carga transferida durante los contactos dependen de la temperatura del aire circundante y del contenido de agua de la nube, pero también del tamaño de los cristales de hielo, la velocidad de la colisión y otros factores. También es posible la acción de otros mecanismos de electrificación. Cuando la magnitud del volumen de carga eléctrica acumulada en la nube se vuelve lo suficientemente grande, se produce una descarga de rayo entre las áreas cargadas con el signo opuesto. También puede ocurrir una descarga entre una nube y el suelo, una nube y una atmósfera neutra, una nube y la ionosfera. En una tormenta eléctrica típica, entre dos tercios y el 100 por ciento de las descargas son descargas intranubes, descargas entre nubes o descargas nube-aire. El resto son descargas de nube a tierra. En los últimos años, ha quedado claro que los rayos pueden iniciarse artificialmente en una nube, que en condiciones normales no pasa a la etapa de tormenta. En las nubes que tienen zonas de electrización y crean campos eléctricos, los rayos pueden ser iniciados por montañas, edificios de gran altura, aviones o cohetes que se encuentran en la zona de fuertes campos eléctricos.

Zarnitsa - destellos instantáneos de luz en el horizonte durante una tormenta distante.

Durante los relámpagos, los truenos no se escuchan debido a la distancia, pero se pueden ver destellos de relámpagos, cuya luz se refleja en las nubes cumulonimbus (principalmente en la parte superior). El fenómeno se observa en la oscuridad, principalmente después del 5 de julio, en el momento de la cosecha de granos, por lo que la gente cronometró el rayo al final del verano, el comienzo de la cosecha, y a veces se le llama panaderos.

tormenta de nieve

Esquema de la formación de una tormenta de nieve.

Una tormenta de nieve (también una tormenta de nieve) es una tormenta eléctrica, un fenómeno meteorológico muy raro que ocurre en el mundo 5-6 veces al año. En lugar de fuertes lluvias, caen fuertes nevadas, lluvia helada o gránulos de hielo. El término se utiliza principalmente en la divulgación científica y la literatura extranjera (ing. Tormenta de nieve). En la meteorología rusa profesional, este término no existe: en tales casos, hay una tormenta eléctrica y una fuerte nevada.

Los casos de tormentas eléctricas de invierno se notan en las antiguas crónicas rusas: tormentas eléctricas en invierno en 1383 (hubo "un trueno muy terrible y un torbellino es fuerte"), en 1396 (en Moscú el 25 de diciembre "... hubo un trueno y una nube del país del mediodía"), en 1447 (en Novgorod el 13 de noviembre "... a la medianoche un trueno terrible y un relámpago es grande"), en 1491 (en Pskov El 2 de enero, se escuchó un trueno ).

El proceso de ocurrencia de las descargas de rayos está bien estudiado. ciencia moderna. Se cree que en la mayoría de los casos (90%) la descarga entre la nube y el suelo tiene carga negativa. Los tipos más raros restantes de descargas de rayos se pueden dividir en tres tipos:

la descarga del suelo a la nube es negativa;
rayo positivo de nube a tierra;
un destello del suelo a una nube con carga positiva.

La mayoría de las descargas se fijan dentro de la misma nube o entre diferentes nubes de tormenta.

Formación de rayos: teoría del proceso

Formación de descargas de rayos: 1 = aproximadamente 6 mil metros y -30°C, 2 = 15 mil metros y -30°C.

Las descargas eléctricas atmosféricas o rayos entre la tierra y el cielo se forman con la combinación y la presencia de ciertas condiciones necesarias, una importante de las cuales es la aparición de la convección. Este es un fenómeno natural durante el cual las masas de aire son lo suficientemente cálidas y húmedas para ser transferidas por un flujo ascendente a la atmósfera superior. Al mismo tiempo, la humedad presente en ellos pasa a un estado sólido de agregación: témpanos de hielo. Los frentes de tormenta se forman cuando las nubes cumulonimbus se ubican a una altura de más de 15 mil metros, y las corrientes que ascienden desde el suelo tienen una velocidad de hasta 100 km / h. La convección conduce a descargas de rayos cuando los granizos más grandes del fondo de la nube chocan y rozan contra la superficie de los trozos de hielo más livianos en la parte superior.

Cargas de una nube tormentosa y su distribución.

Cargas negativas y positivas: 1 = granizo, 2 = cristales de hielo.

Numerosos estudios confirman que los granizos más pesados que caen formados a temperaturas del aire superiores a -15 °C tienen carga negativa, mientras que los cristales de hielo ligeros formados a temperaturas del aire inferiores a -15 °C suelen tener carga positiva. Las corrientes de aire que ascienden desde el suelo elevan los témpanos de hielo ligeros positivos a las capas superiores, los granizos negativos a la parte central de la nube y dividen la nube en tres partes:

la zona superior con carga positiva;
zona media o central, parcialmente cargada negativamente;
fondo con una carga parcialmente positiva.

Los científicos explican el desarrollo de un rayo en una nube por el hecho de que los electrones se distribuyen de tal manera que su parte superior tiene una carga positiva y la parte media y parcialmente inferior tiene una carga negativa. A veces, este tipo de condensador se descarga. El relámpago que se origina en la parte negativa de la nube va a la tierra positiva. En este caso, la intensidad de campo requerida para la descarga de un rayo debe estar en el rango de 0,5 a 10 kV/cm. Este valor depende de las propiedades aislantes del aire.

Distribución de descarga: 1 = aproximadamente 6 mil metros, 2 = campo eléctrico.

Cálculo de costo

nuestros objetos

JSC "Mosvodokanal", complejo deportivo y recreativo de la casa de descanso "Pyalovo"

Dirección del objeto: Región de Moscú, distrito de Mytishchi, pueblo. prusianos, 25

Tipo de trabajo: Diseño e instalación de un sistema exterior de protección contra el rayo.

Composición de la protección contra rayos: Se coloca una malla de protección contra rayos en el techo plano de la estructura protegida. Las dos chimeneas se protegen mediante la instalación de pararrayos de 2000 mm de largo y 16 mm de diámetro. Como pararrayos se utilizó acero galvanizado en caliente de 8 mm de diámetro (sección 50 mm2 según RD 34.21.122-87). Los conductores de bajada se colocan detrás de las bajantes en abrazaderas con terminales de sujeción. Para las bajantes se utilizó un conductor de acero galvanizado en caliente de 8 mm de diámetro.

GTPP Tereshkovo

Dirección del objeto: Moscú. Borovskoe sh., área comunal "Tereshkovo".

Tipo de trabajo: instalación de un sistema exterior de protección contra el rayo (parte receptora y bajantes).

Accesorios:

Ejecución: La cantidad total de conductor de acero galvanizado en caliente para 13 instalaciones en la instalación fue de 21,5000 metros. Se coloca una malla de protección contra rayos a lo largo de los techos con un espacio entre celdas de 5x5 m, se montan 2 conductores de bajada en las esquinas de los edificios. Como elementos de fijación se utilizaron soportes de pared, conectores intermedios, soportes para un techo plano con hormigón, terminales de conexión de alta velocidad.

Planta de Solnechnogorsk "EUROPLAST"

Dirección del objeto: Región de Moscú, distrito de Solnechnogorsk, pueblo. Radumlya.

Tipo de trabajo: Diseño de un sistema de protección contra el rayo para un edificio industrial.

Accesorios: fabricado por OBO Bettermann.

Elección del sistema de protección contra rayos: La protección contra rayos de todo el edificio debe realizarse de acuerdo con la categoría III en forma de una malla de protección contra rayos hecha de conductor Rd8 galvanizado en caliente con un paso de celda de 12x12 m. Proporcione protección adicional para el equipo en el nivel inferior del techo instalando un pararrayos múltiple que consta de pararrayos. Como pararrayos utilizar una varilla de acero galvanizado en caliente Rd16 de 2000 mm de longitud.

edificio de mcdonalds

Dirección del objeto: Región de Moscú, Domodedovo, autopista M4-Don

Tipo de trabajo: Fabricación e instalación de sistema de protección contra rayos externo.

Accesorios: fabricado por J. Propster.

Composición de la equipación: malla pararrayos de conductor Rd8, 50 mm2, SGC; pararrayos de aluminio Rd16 L=2000 mm; conectores universales Rd8-10/Rd8-10, SGC; conectores intermedios Rd8-10/Rd16, Al; soportes de pared Rd8-10, SGC; terminales finales, SGC; soportes de plástico en un techo plano con una cubierta (con hormigón) para un conductor galvanizado Rd8; varillas aisladas d=16 L=500 mm.

Cabaña privada, autopista Novorizhskoe

Dirección del objeto: Región de Moscú, autopista Novorizhskoe, asentamiento rural

Tipo de trabajo: fabricación e instalación de un sistema externo de protección contra rayos.

Accesorios fabricado por Dehn.

Especificación: Conductores Rd8 de acero galvanizado, conductores de cobre Rd8, soportes de cobre Rd8-10 (incluidos los de cumbrera), conectores universales Rd8-10 de acero galvanizado, portaterminales Rd8-10 de cobre y acero inoxidable, terminal con costura de cobre Rd8-10, conectores intermedios bimetálicos Rd8-10 / Rd8-10, cinta y abrazaderas para fijar la cinta al drenaje de cobre.

Casa particular, Iksha

Dirección del objeto: Región de Moscú, pueblo de Iksha

Tipo de trabajo: Diseño e instalación de sistemas externos de protección contra el rayo, puesta a tierra y compensación de potencial.

Accesorios: B-S-Technic, Citel.

Protección externa contra rayos: pararrayos de cobre, conductor de cobre con una longitud total de 250 m, soportes de techo y fachada, elementos de conexión.

Protección interior contra rayos: Descargador de sobretensiones DUT250VG-300/G TNC, fabricado por CITEL GmbH.

Toma de tierra: picas de tierra de acero galvanizado Rd20 12 uds. con virolas, fleje de acero Fl30 con una longitud total de 65 m, conectores transversales.

Casa particular, Yaroslavskoe shosse

Dirección del objeto: Región de Moscú, distrito de Pushkinsky, Yaroslavskoe shosse, pueblo rural

Tipo de trabajo: Diseño e instalación de un sistema externo de protección contra rayos y puesta a tierra.

Accesorios fabricado por Dehn.

La composición del kit de protección contra rayos de la estructura: conductor Rd8, 50 mm2, cobre; abrazadera de tubo Rd8-10; pararrayos Rd16 L=3000 mm, cobre; varillas de tierra Rd20 L=1500 mm, SGC; tira Fl30 25x4 (50 m), acero galvanizado; pararrayos DUT250VG-300/G TNC, CITEL GmbH.

Territorio "Noginsk-Technopark", edificio de producción y almacén con bloque de oficinas y servicios

Dirección del objeto: Región de Moscú, distrito de Noginsk.

Tipo de trabajo: producción e instalación de sistemas externos de protección contra rayos y puesta a tierra.

Accesorios: J. Propster.

Protección externa contra rayos: En el techo plano del edificio protegido, se coloca una malla de protección contra rayos con un paso de celda de 10 x 10 m Las lámparas antiaéreas se protegen instalando pararrayos de 2000 mm de largo y 16 mm de diámetro en la cantidad de nueve piezas sobre ellos.

Bajantes: Colocado en el "pastel" de las fachadas del edificio en la cantidad de 16 piezas. Para los conductores de bajada se utilizó un conductor de acero galvanizado en una cubierta de PVC con un diámetro de 10 mm.

Toma de tierra: Realizado en forma de circuito anular con electrodo de tierra horizontal en forma de tira galvanizada de 40x4 mm y picas de tierra profundas Rd20 de longitud L 2x1500 mm.

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Geografía de las tormentas

Al mismo tiempo, alrededor de mil quinientos tormentas eléctricas operan en la Tierra, la intensidad promedio de las descargas se estima en 100 rayos por segundo. Las tormentas eléctricas se distribuyen de manera desigual sobre la superficie del planeta. Hay aproximadamente diez veces menos tormentas sobre el océano que sobre los continentes. Alrededor del 78% de todas las descargas de rayos se concentran en la zona tropical y ecuatorial (desde los 30° de latitud norte hasta los 30° de latitud sur). La actividad máxima de tormentas eléctricas ocurre en África Central. Prácticamente no hay tormentas eléctricas en las regiones polares del Ártico y la Antártida y sobre los polos. La intensidad de las tormentas sigue al sol: las tormentas máximas ocurren en el verano (en las latitudes medias) y en las horas diurnas de la tarde. Las tormentas eléctricas mínimas registradas ocurren antes del amanecer. Las tormentas también se ven afectadas por las características geográficas del área: los centros de tormentas fuertes se encuentran en las regiones montañosas del Himalaya y la Cordillera.

El promedio anual de días con tormenta eléctrica en algunas ciudades de Rusia:

Ciudad	Número de días con truenos
Arcángel	20
Astracán	14
Barnaúl	32
Blagovéshchensk	28
Briansk	28
Vladivostok	13
Volgogrado	21
Vorónezh	26
Ekaterimburgo	28
Irkutsk	15
Kazán	28
Kaliningrado	18
Krasnoyarsk	24
Moscú	24
Múrmansk	4
Nizhny Novgorod	28
Novosibirsk	20
Omsk	27
Oremburgo	28
Petropávlovsk-Kamchatski	1
Rostov del Don	31
Sámara	25
San Petersburgo	16
Sarátov	28
Sochi	50
Stavropol	26
Syktyvkar	25
Tomsk	24
Ufá	31
Jabárovsk	25
Khanty-Mansiysk	20
Cheliábinsk	24
Chitá	27
Yuzhno-Sakhalinsk	7
Yakutsk	12

Etapas de desarrollo de una nube tormentosa

con calentamiento desigual de la capa superficial de aire sobre una superficie subyacente diferente. Por ejemplo, sobre la superficie del agua y la tierra debido a las diferencias en las temperaturas del agua y del suelo. Sobre las grandes ciudades, la intensidad de la convección es mucho mayor que en las cercanías de la ciudad.
cuando el aire cálido asciende o es desplazado por aire frío en los frentes atmosféricos. La convección atmosférica en los frentes atmosféricos es mucho más intensa y frecuente que durante la convección intramasa. A menudo, la convección frontal se desarrolla simultáneamente con nubes nimboestratos y precipitaciones extensas, que enmascaran las nubes cumulonimbus resultantes.
cuando el aire asciende en zonas de cordilleras. Incluso pequeñas elevaciones en el terreno conducen a una mayor formación de nubes (debido a la convección forzada). Las altas montañas crean condiciones especialmente difíciles para el desarrollo de la convección y casi siempre aumentan su frecuencia e intensidad.

Todas las nubes de tormenta, independientemente de su tipo, pasan por etapas sucesivas de un cúmulo, una etapa de nube de tormenta madura y una etapa de descomposición.

Clasificación de nubes tormentosas

En el siglo XX, las tormentas se clasificaban según las condiciones de formación: intramasa, frontal u orográfica. Ahora es más común clasificar las tormentas según las características de las propias tormentas, y estas características dependen principalmente del entorno meteorológico en el que se desarrolla la tormenta.
La principal condición necesaria para la formación de nubes de tormenta es el estado de inestabilidad de la atmósfera, que forma corrientes ascendentes. Dependiendo de la magnitud y el poder de tales flujos, se forman nubes de tormenta de varios tipos.

unicelular

Las nubes cumulonimbus unicelulares (Cumulonimbus, Cb) se desarrollan en días con vientos débiles en un campo bárico de bajo gradiente. También se denominan intramass o locales. Consisten en una celda convectiva con un flujo ascendente en su parte central, pueden alcanzar intensidad de rayo y granizo y colapsar rápidamente con la precipitación. Las dimensiones de una nube de este tipo son: transversal - 5-20 km, vertical - 8-12 km, esperanza de vida - alrededor de 30 minutos, a veces hasta 1 hora. No ocurren cambios serios en el clima después de una tormenta eléctrica.
La formación de nubes comienza con la aparición de un cúmulo de buen tiempo (Cumulus humilis). En condiciones favorables, los cúmulos resultantes crecen rápidamente tanto en dirección vertical como horizontal, mientras que las corrientes ascendentes se ubican en casi todo el volumen de la nube y aumentan de 5 m/s a 15-20 m/s. Los ríos abajo son muy débiles. El aire ambiental penetra activamente en la nube debido a la mezcla en el límite y la parte superior de la nube. La nube pasa a la etapa de cúmulo medio (Cumulus mediocris). Las gotas de agua más pequeñas formadas como resultado de la condensación en una nube de este tipo se fusionan en otras más grandes, que son arrastradas por poderosos flujos ascendentes. La nube sigue siendo homogénea, consiste en gotas de agua retenidas por un flujo ascendente: la precipitación no cae. En la parte superior de la nube, cuando las partículas de agua entran en la zona de temperaturas negativas, las gotas comienzan a convertirse gradualmente en cristales de hielo. La nube se convierte en un poderoso cúmulo (Cumulus congestus). La composición mixta de la nube conduce a la ampliación de los elementos de la nube y la creación de condiciones para la precipitación y la formación de descargas de rayos. Tal nube se llama cumulonimbus (Cumulonimbus) o (en un caso particular) cumulonimbus calva (Cumulonimbus calvus). Los flujos verticales en él alcanzan los 25 m/s, y el nivel de la cumbre alcanza una altura de 7-8 km.
Las partículas de precipitación que se evaporan enfrían el aire circundante, lo que conduce a un mayor aumento de las corrientes descendentes. En la etapa de madurez, las corrientes de aire ascendentes y descendentes están presentes en la nube al mismo tiempo.
En la etapa de descomposición, la nube está dominada por corrientes descendentes, que gradualmente cubren toda la nube.

Tormentas en cúmulos multicelulares

Tormentas eléctricas de líneas multicelulares (líneas de turbonada)

Las tormentas eléctricas de línea multicelular son una línea de tormentas eléctricas con un frente largo y bien desarrollado de ráfagas de viento en la línea frontal. La línea de turbonada puede ser continua o contener lagunas. La línea multicelular que se aproxima parece una pared oscura de nubes, que generalmente cubre el horizonte desde el lado occidental (en el hemisferio norte). Un gran número de corrientes de aire ascendentes/descendentes estrechamente espaciadas nos permite calificar este complejo de tormentas como una tormenta multicelular, aunque su estructura difiere marcadamente de una tormenta multicelular en racimo. Las líneas de turbonada pueden producir granizo grande (más de 2 cm de diámetro) y lluvias intensas, pero se sabe que crean fuertes corrientes descendentes y vientos cortantes que son peligrosos para la aviación. La línea de turbonada tiene propiedades similares a las de un frente frío, pero es el resultado local de la actividad de tormentas eléctricas. A menudo, una línea de turbonada se produce antes de un frente frío. En las imágenes de radar, este sistema se parece a un arco curvo (eco de arco). Este fenómeno es típico de América del Norte, en Europa y el territorio europeo de Rusia se observa con menos frecuencia.

Tormentas supercélulas

Una supercélula es la nube tormentosa más altamente organizada. Las nubes de supercélulas son relativamente raras, pero representan la mayor amenaza para la salud, la vida y la propiedad humanas. Una nube de supercélulas es similar a una nube de una sola célula en que ambas tienen la misma zona de corriente ascendente. La diferencia radica en el tamaño de la supercélula: un diámetro de unos 50 km, una altura de 10-15 km (a menudo el límite superior penetra en la estratosfera) con un solo yunque semicircular. La velocidad del flujo ascendente en una supercélula es mucho mayor que en otros tipos de nubes tormentosas: hasta 40-60 m/s. La característica principal que distingue a una nube de supercélulas de otros tipos de nubes es la presencia de rotación. Una corriente ascendente giratoria en una nube de supercélulas (llamada mesociclón en la terminología de radar) crea fenómenos meteorológicos extremos, como granizo de gran tamaño (de 2 a 5 cm de diámetro, a veces más), ráfagas con una velocidad de hasta 40 m/s y fuertes tornados destructivos. Las condiciones ambientales son un factor importante en la formación de una nube de supercélulas. Se necesita una inestabilidad convectiva muy fuerte del aire. La temperatura del aire cerca del suelo (antes de una tormenta) debe ser de +27 ... +30 y más, pero la principal condición necesaria es el viento de dirección variable, que provoca la rotación. Tales condiciones se logran con la cizalladura del viento en la troposfera media. La precipitación formada en la corriente ascendente es transportada a lo largo del nivel superior de la nube por un fuerte flujo hacia la zona de la corriente descendente. Así, las zonas de los flujos ascendentes y descendentes están separadas en el espacio, lo que asegura la vida de la nube por un largo período de tiempo. Por lo general, hay lluvia ligera en el borde de ataque de una nube de supercélula. Las fuertes lluvias ocurren cerca de la zona de corriente ascendente, mientras que la precipitación más intensa y el granizo grande caen al noreste de la zona de corriente ascendente principal. Las condiciones más peligrosas ocurren cerca del área principal de la corriente ascendente (generalmente desplazadas hacia la parte trasera de la tormenta).

Características físicas de las nubes tormentosas

Los estudios aéreos y de radar muestran que una sola celda de tormenta eléctrica alcanza típicamente una altura de unos 8-10 km y vive durante unos 30 minutos. Una tormenta eléctrica aislada generalmente consta de varias celdas en varias etapas de desarrollo y tiene una duración del orden de una hora. Las tormentas eléctricas grandes pueden alcanzar decenas de kilómetros de diámetro, su pico puede alcanzar alturas de más de 18 km y pueden durar muchas horas.

Río arriba y río abajo

Ráfagas

En algunas tormentas eléctricas, se desarrollan intensas corrientes descendentes que crean vientos destructivos en la superficie de la tierra. Dependiendo del tamaño, tales corrientes descendentes se denominan turbonadas o microturbulencias. Una borrasca con un diámetro de más de 4 km puede crear vientos de hasta 60 m/s. Las microturbulencias son más pequeñas, pero crean velocidades de viento de hasta 75 m/s. Si la tormenta eléctrica que genera la turbonada se forma a partir de aire suficientemente cálido y húmedo, entonces la microturbulencia estará acompañada de lluvias intensas. Sin embargo, si la tormenta se forma a partir de aire seco, la precipitación puede evaporarse durante el otoño (bandas de precipitación en el aire o virga) y la microturbulencia será seca. Las corrientes descendentes son un peligro grave para las aeronaves, especialmente durante el despegue o el aterrizaje, ya que crean viento cerca del suelo con cambios repentinos de velocidad y dirección.

desarrollo vertical

Turbulencia

Un avión que vuela a través de una nube de tormenta (está prohibido volar en nubes cumulonimbus) generalmente entra en una turbulencia que lanza el avión hacia arriba, hacia abajo y hacia los lados bajo la influencia de los flujos de nubes turbulentas. La turbulencia atmosférica crea una sensación de incomodidad para la tripulación y los pasajeros del avión y provoca tensiones indeseables en el avión. La turbulencia se mide en diferentes unidades, pero más a menudo se define en unidades de g - aceleración de caída libre (1g = 9,8 m/s 2). Una ráfaga de un g crea turbulencias que son peligrosas para los aviones. En la parte alta de tormentas eléctricas intensas, se registraron aceleraciones verticales de hasta tres g.

Movimienot

La velocidad y el movimiento de una nube de tormenta depende de la dirección del viento, en primer lugar, la interacción de los flujos ascendentes y descendentes de la nube con los flujos de aire portadores en las capas medias de la atmósfera en las que se desarrolla una tormenta. La velocidad de movimiento de una tormenta aislada suele ser del orden de 20 km/h, pero algunas tormentas se mueven mucho más rápido. En situaciones extremas, una nube de tormenta puede moverse a velocidades de 65 a 80 km / h, durante el paso de frentes fríos activos. En la mayoría de las tormentas eléctricas, a medida que se disipan las viejas células de tormenta, emergen nuevas células de tormenta en sucesión. Con un viento débil, una célula individual puede recorrer una distancia muy corta durante su vida, menos de dos kilómetros; sin embargo, en tormentas eléctricas más grandes, la corriente descendente que sale de la celda madura activa nuevas celdas, lo que da la impresión de un movimiento rápido que no siempre coincide con la dirección del viento. En las grandes tormentas multicelulares, existe un patrón en el que se forma una nueva celda a la derecha del flujo de aire portador en el hemisferio norte ya la izquierda del flujo de aire portador en el hemisferio sur.

Energía

La energía que impulsa una tormenta eléctrica es el calor latente que se libera cuando el vapor de agua se condensa y forma gotas de nubes. Por cada gramo de agua que se condensa en la atmósfera, se liberan aproximadamente 600 calorías de calor. Cuando las gotas de agua se congelan en la parte superior de la nube, se liberan unas 80 calorías más por gramo. La energía térmica latente liberada se convierte parcialmente en la energía cinética del flujo ascendente. Se puede hacer una estimación aproximada de la energía total de una tormenta a partir de la cantidad total de agua que ha precipitado de la nube. Lo típico es una energía del orden de 100 millones de kilovatios-hora, que es aproximadamente equivalente a una carga nuclear de 20 kilotones (aunque esta energía se libera en un volumen de espacio mucho mayor y durante un tiempo mucho más largo). Las grandes tormentas multicelulares pueden tener decenas o cientos de veces más energía.

Fenómenos meteorológicos bajo tormentas

Corrientes descendentes y frentes de turbonada

tornados

Un tornado es un fuerte remolino de pequeña escala debajo de las nubes de tormenta con un eje aproximadamente vertical pero a menudo curvo. Desde la periferia hasta el centro del tornado, hay una caída de presión de 100-200 hPa. La velocidad del viento en los tornados puede superar los 100 m/s, teóricamente puede alcanzar la velocidad del sonido. En Rusia, los tornados ocurren relativamente raramente. La frecuencia más alta de tornados ocurre en el sur de la parte europea de Rusia.

Livni

En tormentas eléctricas pequeñas, el pico de cinco minutos de precipitación intensa puede superar los 120 mm/h, pero el resto de la lluvia tiene una intensidad de un orden de magnitud menor. Una tormenta eléctrica promedio produce alrededor de 2000 metros cúbicos de lluvia, pero una gran tormenta eléctrica puede producir diez veces más. Grandes tormentas eléctricas organizadas asociadas con sistemas convectivos de mesoescala pueden producir de 10 a 1000 millones de metros cúbicos de precipitación.

Estructura eléctrica de una nube tormentosa

mecanismo de electrización

Se han propuesto muchos mecanismos para explicar la formación de la estructura eléctrica de una nube tormentosa, y esta área de la ciencia sigue siendo un área de investigación activa. La hipótesis principal se basa en el hecho de que si las partículas de las nubes más grandes y pesadas tienen carga predominantemente negativa, y las partículas pequeñas más ligeras tienen una carga positiva, entonces la separación espacial de las cargas espaciales se produce debido al hecho de que las partículas grandes caen a mayor velocidad que los componentes de las nubes pequeñas. Este mecanismo generalmente es consistente con los experimentos de laboratorio, que muestran una fuerte transferencia de carga cuando partículas de gránulos de hielo (grano - partículas porosas de gotas de agua congelada) o partículas de granizo interactúan con cristales de hielo en presencia de gotas de agua sobreenfriada. El signo y la magnitud de la carga transferida durante los contactos dependen de la temperatura del aire circundante y del contenido de agua de la nube, pero también del tamaño de los cristales de hielo, la velocidad de la colisión y otros factores. También es posible la acción de otros mecanismos de electrificación. Cuando la magnitud del volumen de carga eléctrica acumulada en la nube se vuelve lo suficientemente grande, se produce una descarga de rayo entre las áreas cargadas con el signo opuesto. También puede ocurrir una descarga entre una nube y el suelo, una nube y una atmósfera neutra, una nube y la ionosfera. En una tormenta eléctrica típica, entre dos tercios y el 100 por ciento de las descargas son descargas intranubes, descargas entre nubes o descargas nube-aire. El resto son descargas de nube a tierra. En los últimos años, ha quedado claro que los rayos pueden iniciarse artificialmente en una nube, que en condiciones normales no pasa a la etapa de tormenta. En las nubes que tienen zonas de electrización y crean campos eléctricos, los rayos pueden ser iniciados por montañas, edificios de gran altura, aviones o cohetes que se encuentran en la zona de fuertes campos eléctricos.

Precauciones durante una tormenta

Las precauciones se deben al hecho de que los rayos golpean principalmente objetos más altos. Esto se debe a que la descarga eléctrica sigue el camino de menor resistencia, es decir, el camino más corto.

Durante una tormenta eléctrica, no:

estar cerca de líneas eléctricas;
esconderse de la lluvia debajo de los árboles (especialmente debajo de los altos o solitarios);
nadar en cuerpos de agua (ya que la cabeza del nadador sobresale del agua, además, el agua, debido a las sustancias disueltas en ella, tiene una buena conductividad eléctrica);
estar en un espacio abierto, en un "campo abierto", ya que en este caso una persona sobresale significativamente por encima de la superficie;
escalar colinas, incluso en los techos de las casas;
usar objetos de metal;
estar cerca de las ventanas;
andar en bicicleta y motocicleta;
use un teléfono móvil (las ondas electromagnéticas tienen buena conductividad eléctrica).

El incumplimiento de estas reglas a menudo resulta en la muerte o quemaduras y lesiones graves.