Laporkan "faktor berbahaya dari pelepasan petir". Pembentukan pelepasan petir Downdraft dan squall front

Cabang MBOU "Pendidikan umum menengah Pervomaiskaya

sekolah" di desa Novoarkhangelskoe

Pelepasan petir

Faktor berbahaya

pelepasan petir

Lengkap:

siswa kelas 7

Pecheykin Maxim,

Bryksin Kirill

Jarang ada orang yang tidak mengalami perasaan cemas, gentar menjelang badai petir,

dan terutama saat badai petir hebat.

Badai - fenomena atmosfer berbahaya yang terkait dengan perkembangan awan kumulonimbus yang kuat, disertai dengan beberapa pelepasan listrik antara awan dan permukaan bumi, fenomena suara, curah hujan lebat, seringkali disertai hujan es.

Nama “badai petir” dikaitkan dengan sifat mengancam dari fenomena alam ini dan bahayanya yang besar. Pada zaman dahulu, orang-orang, yang tidak memahami sifat badai petir, tetapi melihat kematian manusia dan kebakaran yang timbul selama badai petir, mengaitkan fenomena ini dengan murka para dewa, hukuman Tuhan atas dosa.

Badai petir adalah fenomena alam yang luar biasa indah yang membangkitkan kekaguman akan kekuatan dan keindahannya. Badai petir ditandai dengan angin kencang, seringkali hujan lebat (salju), terkadang disertai hujan es. Sebelum terjadi badai petir (satu atau dua jam sebelum badai petir), tekanan atmosfer turun dengan cepat hingga angin tiba-tiba meningkat, dan kemudian mulai meningkat. Biasanya, setelah badai petir, cuaca membaik, udara menjadi jernih, segar dan bersih, jenuh dengan ion-ion yang terbentuk selama pelepasan petir. Banyak penulis, penyair, dan seniman mengungkapkan perasaan cinta dan kekagumannya terhadap badai petir dalam karyanya. Ingat penyair Rusia yang luar biasa F.I. Tyutcheva:

Saya suka badai di awal Mei,

Saat musim semi, guntur pertama,

Seolah bermain-main dan bermain,

Gemuruh di langit biru.

Badai petir Ada: lokal, frontal, malam, di pegunungan.

Badai petir lokal (termal) adalah yang paling umum terjadi. Badai petir ini hanya terjadi pada cuaca panas dengan kelembapan atmosfer yang tinggi. Biasanya terjadi pada musim panas pada tengah hari atau sore hari (12-16 jam). Mekanisme terbentuknya muatan listrik di awan adalah sebagai berikut. Uap air pada aliran udara hangat yang naik di ketinggian mengembun, dan banyak panas yang dilepaskan (diketahui bahwa jika proses penguapan membutuhkan energi, maka proses kondensasi disertai dengan pelepasan energi panas; hal ini dijelaskan oleh perbedaan dalam energi internal suatu zat dalam keadaan cair dan gas) dan aliran udara yang naik dipanaskan. Dibandingkan dengan udara di sekitarnya, udara yang naik lebih hangat dan volumenya mengembang hingga menjadi awan petir. Dalam awan petir besar, kristal es dan tetesan air terus-menerus melayang, yang, di bawah pengaruh aliran ke atas, bertabrakan, hancur, atau menyatu. Akibat gesekannya satu sama lain dan dengan udara serta penghancuran, terbentuk muatan positif dan negatif. Mereka dipisahkan dan terkonsentrasi di berbagai bagian awan. Biasanya, muatan positif terakumulasi di bagian atas awan, dan muatan negatif terakumulasi di bagian bawah (paling dekat dengan tanah). Akibatnya, terjadi lucutan petir negatif, namun yang lebih jarang terjadi adalah gambaran sebaliknya berupa terbentuknya petir positif. Di bawah pengaruh muatan, timbul medan elektrostatik yang kuat (kekuatan medan elektrostatik dapat mencapai 100.000 V/m), dan perbedaan potensial antara masing-masing bagian awan, awan, atau awan dan tanah mencapai nilai yang sangat besar. Tegangan antara awan dan tanah bisa mencapai 80×106 - 100×106V.

Ketika intensitas kritis udara listrik tercapai, terjadi ionisasi udara seperti longsoran - pelepasan percikan petir.

Badai petir frontal terjadi ketika massa udara dingin bergerak ke area yang cuacanya hangat. Udara dingin menggantikan udara hangat, dan udara hangat naik ke ketinggian 5--7 km. Lapisan udara hangat menyerbu ke dalam pusaran berbagai arah, terbentuk badai, gesekan kuat antara lapisan udara, yang berkontribusi pada akumulasi muatan listrik. Panjang badai petir frontal bisa mencapai 100 km. Berbeda dengan badai petir lokal, cuaca biasanya menjadi lebih dingin setelah badai petir frontal. Badai petir frontal lebih sering terjadi pada musim panas, tetapi tidak seperti badai petir lokal, yang hanya terjadi pada hari-hari musim panas, badai petir ini dapat terjadi pada waktu lain sepanjang tahun, bahkan di musim dingin.

Badai petir malam hari dikaitkan dengan pendinginan bumi di malam hari dan pembentukan arus pusaran udara yang naik.

Badai petir di pegunungan disebabkan oleh perbedaan jumlah radiasi matahari yang terpapar pada lereng selatan dan utara pegunungan. Badai petir di malam hari dan badai gunung hanya berlangsung sebentar. Ada 16 juta badai petir di Bumi per tahun.

Aktivitas badai petir bervariasi di berbagai wilayah di planet kita.Pusat badai petir dunia :

pulau Jawa - 220, Afrika Khatulistiwa - 150, Meksiko Selatan - 142, Panama - 132, Brasil Tengah - 106 hari badai petir per tahun.

Aktivitas badai petir di Rusia:

Murmansk - 5, Arkhangelsk - 10 St. Petersburg - 15, Moskow - 20 hari badai petir dalam setahun. Biasanya, semakin jauh ke selatan (UNTUK belahan bumi utara) dan semakin jauh ke utara (UNTUK belahan bumi selatan), semakin tinggi aktivitas badai petir. Badai petir sangat jarang terjadi di Arktik dan Antartika.

Jenis-jenis petir Dan alasan kemunculannya

Kombinasi kilat dan petir ditelepon hujan badai

Setiap orang harus memiliki pengetahuan tentang sifat petir, bahayanya dan cara perlindungannya.

Petir- Ini pelepasan percikan listrik statis yang terakumulasi di awan petir. Berbeda dengan muatan listrik yang dihasilkan di tempat kerja dan kehidupan sehari-hari, muatan listrik yang terkumpul di awan jauh lebih besar. Oleh karena itu, energi percikan api (petir) dan arus yang ditimbulkannya sangat tinggi dan menimbulkan bahaya serius bagi manusia, hewan, dan bangunan. Petir disertai dengan impuls suara - guntur.

Untuk setiap kilometer persegi permukaan bumi terjadi 2-3 sambaran petir per tahun. Tanah paling sering disambar petir dari awan bermuatan negatif.

Berdasarkan jenisnya, petir dibagi menjadi linier, mutiara dan bola. Petir mutiara dan bola merupakan kejadian yang cukup langka.

Petir linier yang umum, yang sering ditemui setiap orang, tampak seperti garis bercabang yang berkelok-kelok. Veli-

Kuat arus pada saluran petir linier rata-rata 60-170x 103 ampere, tercatat petir dengan arus 290x 103 ampere. Rata-rata petir membawa energi sebesar 250 kW/h (900 MJ), ada data dayanya sebesar 2800 kW/h (10000 MJ). Energi petir terutama diwujudkan dalam bentuk energi cahaya, panas dan suara.

Pelepasan terjadi dalam seperseribu detik; pada arus yang begitu tinggi, udara di area saluran petir hampir seketika memanas hingga mencapai suhu tersebut. 33.000 o.s. Akibatnya, tekanan meningkat tajam, udara mengembang, dan muncul gelombang kejut, disertai impuls suara - guntur. Karena jalur petir sangat berliku, gelombang suara muncul di titik yang berbeda dan menempuh jarak yang berbeda, suara dengan kekuatan dan ketinggian yang berbeda-beda muncul - petir. Gelombang suara mengalami pantulan berulang kali dari awan dan tanah, sehingga menyebabkan gemuruh yang berkepanjangan. Guntur tidak berbahaya bagi manusia dan hanya berdampak psikologis bagi manusia.

Sebelum dan pada saat terjadi badai petir, kadang-kadang pada malam hari, di puncak-puncak benda tinggi runcing (puncak pohon, tiang kapal, puncak batu tajam di pegunungan, salib gereja, penangkal petir, kadang di pegunungan pada tempat tinggal orang dan kepala binatang, mengangkat tangan), dapat diamati suatu pancaran cahaya, disebut"Api St. Elmo" Nama ini diberikanpada zaman dahulu oleh para pelaut yang mengamati pancaran cahaya di puncak tiang kapal layar. Binar"Lampu Elmo" terjadi karena fakta bahwa pada benda runcing tinggi, kuat medan listrik yang diciptakan oleh muatan listrik statis awan sangat tinggi. Akibatnya, ionisasi udara dimulai, terjadi pelepasan cahaya dan muncul lidah cahaya kemerahan, terkadang memendek dan memanjang lagi. Anda tidak boleh mencoba memadamkan api ini karena tidak ada pembakaran. Pada kekuatan medan listrik yang tinggi, sekumpulan benang bercahaya mungkin muncul. - keluarnya corona yang terkadang disertai desisan."Lampu Elmo" “Dapat muncul tanpa kehadiran awan petir - lebih sering di pegunungan saat terjadi badai salju dan badai debu. Pendaki cukup sering menjumpai"Lampu Elmo"

Petir linier juga kadang-kadang terjadi tanpa adanya awan petir. Bukan suatu kebetulan jika muncul pepatah -

"Sebuah baut dari biru".

Petir Mutiara - fenomena yang sangat langka dan indah. Muncul segera setelah petir linier dan menghilang secara bertahap. Sebagian besar pelepasan petir mutiara mengikuti jalur linier. Petir tampak seperti bola bercahaya yang terletak di kejauhan 7-12 m dari satu sama lain, mengingatkan pada mutiara yang dirangkai pada seutas benang. Pearl Lightning mungkin disertai dengan efek suara yang signifikan.

Petir bola juga cukup jarang terjadi. Untuk setiap seribu petir linier biasa yang ada 2-3 bola Bola petir, biasanya, muncul selama badai petir, lebih sering menjelang akhir badai, lebih jarang setelah badai petir. Hal ini juga terjadi, namun sangat jarang terjadi ketidakhadiran total fenomena badai petir. Bisa berbentuk bola, ellipsoid, pir, piringan, atau bahkan rantai bola yang terhubung. Warna petirnya merah, kuning, oranye-merah, dikelilingi selubung bercahaya. Terkadang petir berwarna putih menyilaukan dengan garis luar yang sangat tajam. Warna ditentukan oleh kandungan berbagai zat di udara. Bentuk dan warna petir dapat berubah selama pelepasan. Sifat bola petir dan penyebab terjadinya tidak jelas. Ada berbagai hipotesis tentang sifat bola petir. Misalnya, Akademisi Ya.I. Frenkel menciptakan teori yang menyatakan bahwa bola petir adalah bola gas panas yang dihasilkan dari petir linier biasa dan terdiri dari gas aktif secara kimia - terutama nitrogen oksida dan nitrogen monatomik. Akademisi P.I. Kapitsa meyakini bola petir merupakan gumpalan plasma yang berada dalam keadaan relatif stabil. Ada hipotesis lain, namun tidak satupun yang dapat menjelaskan semua efek yang terkait Dengan bola petir. Tidak mungkin mengukur parameter bola petir dan mensimulasikannya dalam kondisi laboratorium. Rupanya, banyak benda terbang tak dikenal (UFO) yang diamati memiliki kemiripan atau kemiripan sifat dengan bola petir.

7 Agustus 2014

Badai Petir - apa itu? Dari manakah datangnya petir yang melintasi seluruh langit dan gemuruh guntur yang mengancam? Badai petir merupakan fenomena alam. Petir, yang disebut pelepasan listrik, dapat terbentuk di dalam awan (kumulonimbus) atau antara permukaan bumi dan awan. Biasanya disertai dengan guntur. Petir dikaitkan dengan hujan lebat, angin kencang, dan sering kali hujan es.

Aktivitas

Badai petir adalah salah satu fenomena alam yang paling berbahaya. Orang yang tersambar petir hanya dapat bertahan hidup dalam kasus-kasus tertentu.

Ada sekitar 1.500 badai petir yang terjadi di planet ini pada waktu yang bersamaan. Intensitas pelepasannya diperkirakan mencapai seratus sambaran petir per detik.

Distribusi badai petir di bumi tidak merata. Misalnya, jumlahnya 10 kali lebih banyak di benua daripada di lautan. Mayoritas (78%) pelepasan petir terkonsentrasi di zona khatulistiwa dan tropis. Badai petir sering terjadi terutama di Afrika Tengah. Namun wilayah kutub (Antartika, Arktik) dan kutub petir praktis tidak terlihat. Intensitas badai petir ternyata ada kaitannya dengan benda langit. Di garis lintang tengah, puncaknya terjadi pada sore hari (siang hari), pada musim panas. Namun minimum tercatat sebelum matahari terbit. Fitur geografis juga penting. Pusat badai petir paling kuat terletak di Cordillera dan Himalaya (daerah pegunungan). Jumlah “hari badai” tahunan juga bervariasi di Rusia. Di Murmansk, misalnya, hanya ada empat, di Arkhangelsk - lima belas, Kaliningrad - delapan belas, St. Petersburg - 16, Moskow - 24, Bryansk - 28, Voronezh - 26, Rostov - 31, Sochi - 50, Samara - 25, Kazan dan Ekaterinburg - 28, Ufa - 31, Novosibirsk - 20, Barnaul - 32, Chita - 27, Irkutsk dan Yakutsk - 12, Blagoveshchensk - 28, Vladivostok - 13, Khabarovsk - 25, Yuzhno-Sakhalinsk - 7, Petropavlovsk- Kamchatsky - 1.

Perkembangan badai petir

Bagaimana kelanjutannya? Awan petir hanya terbentuk dalam kondisi tertentu. Harus ada aliran uap air ke atas, dan harus ada struktur di mana satu fraksi partikel berada dalam keadaan es, yang lain dalam keadaan cair. Konveksi yang mengarah pada berkembangnya badai petir akan terjadi dalam beberapa kasus.

    Pemanasan lapisan permukaan yang tidak merata. Misalnya di atas air dengan perbedaan suhu yang signifikan. Di kota-kota besar, intensitas badai petir akan sedikit lebih kuat dibandingkan di wilayah sekitarnya.

    Ketika udara dingin menggantikan udara hangat. Konvensi frontal sering kali berkembang bersamaan dengan awan penutup dan awan nimbostratus.

    Saat udara naik di pegunungan. Bahkan ketinggian yang rendah pun dapat menyebabkan peningkatan pembentukan awan. Ini adalah konveksi paksa.

Setiap awan petir, apa pun jenisnya, harus melalui tiga tahap: kumulus, kedewasaan, dan pembusukan.

Klasifikasi

Selama beberapa waktu, badai petir diklasifikasikan hanya berdasarkan lokasi pengamatan. Mereka dibagi, misalnya, menjadi ortografik, lokal, dan frontal. Sekarang badai petir diklasifikasikan menurut karakteristiknya tergantung pada lingkungan meteorologi tempat terjadinya badai petir. Aliran udara ke atas terbentuk karena ketidakstabilan atmosfer. Inilah syarat utama terciptanya awan petir. Karakteristik aliran tersebut sangat penting. Tergantung pada kekuatan dan ukurannya, berbagai jenis awan petir terbentuk. Bagaimana pembagiannya?

1. Cumulonimbus bersel tunggal, (lokal atau intramassa). Memiliki aktivitas hujan es atau badai petir. Dimensi melintang berkisar antara 5 hingga 20 km, dimensi vertikal - dari 8 hingga 12 km. Awan seperti itu “hidup” hingga satu jam. Setelah badai petir, cuaca hampir tidak berubah.

2. Cluster multi-sel. Di sini skalanya lebih mengesankan - hingga 1000 km. Cluster multi-sel mencakup sekelompok sel badai petir yang berada pada berbagai tahap pembentukan dan perkembangan dan pada saat yang sama merupakan satu kesatuan. Bagaimana cara pembuatannya? Sel badai petir dewasa terletak di tengah, sel yang hancur terletak di sisi bawah angin. Dimensi melintangnya bisa mencapai 40 km. Badai petir multi-sel cluster menghasilkan hembusan angin (datar, tetapi tidak kuat), hujan, dan hujan es. Keberadaan satu sel dewasa dibatasi hingga setengah jam, namun cluster itu sendiri dapat “hidup” selama beberapa jam.

3. Garis persegi. Ini juga merupakan badai petir multisel. Mereka juga disebut linier. Mereka bisa padat atau dengan celah. Hembusan angin di sini lebih panjang (di ujung depan). Saat mendekat, garis multi-sel muncul sebagai dinding awan yang gelap. Jumlah aliran sungai (baik hulu maupun hilir) di sini cukup banyak. Itulah sebabnya badai petir yang kompleks seperti itu diklasifikasikan sebagai multi-sel, meskipun struktur badai petirnya berbeda. Garis badai dapat menghasilkan hujan lebat dan hujan es besar, namun lebih sering “dibatasi” oleh arus turun yang kuat. Ini sering terjadi sebelum cuaca dingin. Dalam foto, sistem seperti itu berbentuk busur melengkung.

4. Badai petir supercell. Badai petir seperti ini jarang terjadi. Mereka sangat berbahaya bagi harta benda dan kehidupan manusia. Awan sistem ini mirip dengan awan sel tunggal, karena keduanya berbeda dalam satu zona arus ke atas. Tapi ukurannya berbeda. Awan supercell sangat besar - radiusnya hampir 50 km, tingginya - hingga 15 km. Batasannya mungkin berada di stratosfer. Bentuknya menyerupai landasan setengah lingkaran tunggal. Kecepatan arus ke atas jauh lebih tinggi (hingga 60 m/s). Ciri khasnya adalah adanya rotasi. Hal inilah yang menimbulkan fenomena ekstrim yang berbahaya (hujan es besar (lebih dari 5 cm), angin puting beliung yang merusak). Faktor utama terbentuknya awan tersebut adalah kondisi sekitar. Kita berbicara tentang konvensi yang sangat kuat dengan suhu mulai dari +27 dan angin dengan arah yang bervariasi. Kondisi seperti ini timbul pada saat terjadi pergeseran angin di troposfer. Curah hujan yang terbentuk pada arus naik dipindahkan ke zona arus bawah, yang menjamin umur awan yang panjang. Curah hujan tidak merata. Hujan terjadi di dekat aliran udara ke atas, dan hujan es terjadi di dekat timur laut. Ekor badai mungkin akan bergeser. Kemudian area yang paling berbahaya adalah di sebelah aliran udara utama.

Ada juga konsep “badai petir kering”. Fenomena yang cukup langka ini merupakan ciri khas musim hujan. Dengan badai petir seperti itu, tidak ada curah hujan (tidak mencapainya, menguap akibat paparan suhu tinggi).

Kecepatan pergerakan

Untuk badai petir terisolasi, kecepatannya kira-kira 20 km/jam, terkadang lebih cepat. Jika front dingin aktif, kecepatannya bisa mencapai 80 km/jam. Dalam banyak badai petir, sel-sel badai petir yang lama digantikan oleh yang baru. Masing-masing menempuh jarak yang relatif pendek (sekitar dua kilometer), namun secara total jaraknya bertambah.

Mekanisme elektrifikasi

Dari manakah asal mula petir itu sendiri? Muatan listrik di sekitar dan di dalam awan terus bergerak. Proses ini cukup rumit. Cara termudah untuk membayangkan kerja muatan listrik di awan dewasa. Struktur dipol positif mendominasi di dalamnya. Bagaimana cara pendistribusiannya? Muatan positif ditempatkan di bagian atas, dan muatan negatif terletak di bawahnya, di dalam awan. Menurut hipotesis utama (bidang ilmu ini masih dianggap sedikit dieksplorasi), partikel yang lebih berat dan lebih besar bermuatan negatif, sedangkan partikel kecil dan ringan bermuatan positif. Yang pertama jatuh lebih cepat daripada yang terakhir. Hal ini menyebabkan pemisahan muatan ruang secara spasial. Mekanisme ini dikonfirmasi oleh percobaan laboratorium. Partikel butiran es atau hujan es dapat memiliki perpindahan muatan yang kuat. Besaran dan tandanya akan bergantung pada kandungan air awan, suhu udara (ambien), dan kecepatan tumbukan (faktor utama). Pengaruh mekanisme lain tidak dapat dikesampingkan. Pelepasan terjadi antara tanah dan awan (atau atmosfer netral, atau ionosfer). Pada saat inilah kita melihat kilatan cahaya melintasi langit. Atau kilat. Proses ini disertai dengan gemuruh yang keras (guntur).

Badai petir adalah proses yang kompleks. Mungkin diperlukan waktu puluhan tahun, bahkan mungkin berabad-abad, untuk mempelajarinya.

Badai - fenomena atmosfer di mana pelepasan listrik terjadi di dalam awan atau antara awan dan permukaan bumi - petir disertai guntur. Biasanya, badai petir terbentuk di awan cumulonimbus yang kuat dan berhubungan dengan hujan lebat, hujan es, dan angin kencang.

Badai petir adalah salah satu fenomena alam paling berbahaya bagi manusia: dalam hal jumlah kematian yang tercatat, hanya banjir yang menyebabkan lebih banyak korban jiwa.

Badai

Pada saat yang sama, ada sekitar satu setengah ribu badai petir di Bumi, intensitas rata-rata pelepasan petir diperkirakan 100 sambaran petir per detik. Badai petir tersebar tidak merata di seluruh permukaan planet.

Distribusi pelepasan petir di permukaan bumi

Jumlah badai petir di lautan kira-kira sepuluh kali lebih sedikit dibandingkan di benua. Sekitar 78% dari seluruh pelepasan petir terkonsentrasi di zona tropis dan khatulistiwa (dari 30° lintang utara hingga 30° lintang selatan). Aktivitas badai petir maksimum terjadi di Afrika Tengah. Di wilayah kutub Arktik dan Antartika serta di atas kutub, praktis tidak ada badai petir. Intensitas badai petir mengikuti matahari, dengan badai petir maksimum terjadi pada musim panas (di garis lintang tengah) dan pada siang hari. Setidaknya badai petir yang tercatat terjadi sebelum matahari terbit. Badai petir juga dipengaruhi oleh ciri geografis wilayah tersebut: pusat badai petir yang kuat terletak di daerah pegunungan Himalaya dan Cordillera.

Tahapan perkembangan awan petir

Kondisi yang diperlukan untuk munculnya awan petir adalah adanya kondisi untuk berkembangnya konveksi atau mekanisme lain yang menciptakan aliran ke atas dengan pasokan uap air yang cukup untuk pembentukan presipitasi, dan adanya struktur di mana sebagian awan partikel berada dalam keadaan cair, dan ada pula yang dalam keadaan dingin. Konveksi yang menyebabkan berkembangnya badai petir terjadi dalam kasus berikut:

Ketika lapisan permukaan udara dipanaskan secara tidak merata pada berbagai permukaan di bawahnya. Misalnya saja di atas permukaan air dan daratan akibat perbedaan suhu air dan tanah. Di kota-kota besar, intensitas konveksi jauh lebih tinggi dibandingkan di sekitar kota.

Ketika udara hangat naik atau digantikan oleh udara dingin di permukaan atmosfer. Konveksi atmosfer di front atmosfer jauh lebih intens dan lebih sering terjadi dibandingkan dengan konveksi intramassa. Seringkali konveksi frontal berkembang bersamaan dengan awan nimbostratus dan curah hujan selimut, yang menutupi awan kumulonimbus yang sedang berkembang.

Saat udara naik di daerah pegunungan. Bahkan ketinggian kecil di wilayah tersebut menyebabkan peningkatan pembentukan awan (karena konveksi paksa). Pegunungan tinggi menciptakan kondisi yang sangat sulit bagi perkembangan konveksi dan hampir selalu meningkatkan frekuensi dan intensitasnya.

Semua awan petir, apa pun jenisnya, berkembang melalui tahap awan kumulus, tahap awan petir matang, dan tahap pecahnya.

Klasifikasi awan petir

Pada suatu waktu, badai petir diklasifikasikan menurut tempat pengamatannya, seperti lokal, frontal, atau orografis. Sekarang lebih umum untuk mengklasifikasikan badai petir berdasarkan karakteristik badai petir itu sendiri, dan karakteristik ini terutama bergantung pada lingkungan meteorologi di mana badai petir tersebut berkembang.

Utama suatu kondisi yang diperlukan karena terbentuknya awan petir merupakan keadaan ketidakstabilan atmosfer yang membentuk aliran udara ke atas. Tergantung pada ukuran dan kekuatan aliran tersebut, berbagai jenis awan petir terbentuk.

Awan sel tunggal

Awan kumulonimbus sel tunggal berkembang pada hari-hari dengan angin sepoi-sepoi di bidang tekanan gradien rendah. Mereka juga dipanggil intra-massa atau badai petir lokal. Mereka terdiri dari sel konvektif dengan aliran ke atas di bagian tengahnya. Mereka dapat mencapai intensitas badai petir dan hujan es dan dengan cepat runtuh karena curah hujan. Dimensi awan tersebut adalah: melintang - 5-20 km, vertikal - 8-12 km, umur - sekitar 30 menit, terkadang hingga 1 jam. Tidak ada perubahan cuaca besar setelah badai petir.

Siklus hidup awan sel tunggal

Badai petir diawali dengan terbentuknya awan kumulus pada cuaca cerah (Cumulus humilis). Dalam kondisi yang menguntungkan, awan kumulus yang dihasilkan tumbuh dengan cepat baik dalam arah vertikal maupun horizontal, sedangkan aliran ke atas terletak hampir di seluruh volume awan dan meningkat dari 5 m/s menjadi 15-20 m/s. Downdraft sangat lemah. Udara sekitar secara aktif melakukan penetrasi ke dalam awan akibat pencampuran pada batas dan puncak awan. Awan memasuki tahap Cumulus mediocris. Tetesan air terkecil yang terbentuk akibat kondensasi di awan tersebut bergabung menjadi tetesan air yang lebih besar, yang terbawa ke atas oleh arus naik yang kuat. Awannya masih homogen, terdiri dari tetesan air yang tertahan oleh aliran ke atas - tidak ada curah hujan yang turun. Di puncak awan, ketika partikel air memasuki zona suhu negatif, tetesan air secara bertahap mulai berubah menjadi kristal es. Awan memasuki tahap awan kumulus kuat (Cumulus congestus). Komposisi campuran awan menyebabkan perluasan elemen awan dan terciptanya kondisi terjadinya presipitasi. Awan jenis ini disebut cumulonimbus (Cumulonimbus) atau cumulonimbus gundul (Cumulonimbus calvus). Arus vertikal di dalamnya mencapai 25 m/s, dan ketinggian puncak mencapai 7-8 km.

Partikel presipitasi yang menguap mendinginkan udara di sekitarnya, yang menyebabkan aliran udara ke bawah semakin intensif. Pada tahap kedewasaan, arus udara ke atas dan ke bawah hadir secara bersamaan di awan.

Pada tahap keruntuhan awan, aliran ke bawah mendominasi, yang secara bertahap menutupi seluruh awan.

Badai petir cluster multisel

Diagram struktur badai petir multisel

Ini adalah jenis badai petir paling umum yang terkait dengan gangguan skala meso (memiliki skala 10 hingga 1000 km). Cluster multisel terdiri dari sekelompok sel badai petir yang bergerak sebagai satu unit, meskipun setiap sel dalam cluster berada pada tahap perkembangan awan petir yang berbeda. Sel badai petir yang matang biasanya terletak di bagian tengah cluster, dan sel yang membusuk terletak di sisi bawah angin cluster. Mereka memiliki ukuran melintang 20–40 km, puncaknya sering naik ke tropopause dan menembus stratosfer. Badai petir cluster multisel dapat menghasilkan hujan es, hujan lebat, dan hembusan angin kencang yang relatif lemah. Setiap sel individu dalam kelompok multi-sel tetap matang selama sekitar 20 menit; cluster multi-sel itu sendiri dapat bertahan selama beberapa jam. Jenis badai petir ini biasanya lebih hebat daripada badai petir sel tunggal, namun jauh lebih lemah dibandingkan badai petir supercell.

Badai petir linier multisel (garis badai)

Badai petir linier multisel adalah garis badai petir dengan hembusan angin depan yang panjang dan berkembang dengan baik di tepi depan. Garis squall mungkin kontinu atau mengandung celah. Garis multi-sel yang mendekat muncul sebagai dinding awan gelap, biasanya menutupi cakrawala di sisi barat (di belahan bumi utara). Sejumlah besar arus udara naik/turun dengan jarak yang berdekatan memungkinkan kita untuk mengkualifikasikan kompleks badai petir ini sebagai badai petir multi-sel, meskipun struktur badai petirnya sangat berbeda dari badai petir cluster multi-sel. Garis badai dapat menghasilkan hujan es yang besar dan hujan lebat, namun lebih dikenal sebagai sistem yang menghasilkan aliran udara ke bawah yang kuat. Garis badai memiliki sifat yang mirip dengan front dingin, tetapi merupakan akibat lokal dari aktivitas badai petir. Seringkali garis badai terjadi sebelum cuaca dingin. Dalam citra radar, sistem ini menyerupai gema busur. Fenomena ini khas untuk Amerika Utara; di Eropa dan wilayah Eropa di Rusia, fenomena ini lebih jarang diamati.

Badai petir supercell

Struktur vertikal dan horizontal dari awan supercell

Supercell adalah awan petir yang paling terorganisir. Awan supercell relatif jarang terjadi, namun menimbulkan ancaman terbesar bagi kesehatan manusia, kehidupan, dan harta benda mereka. Awan supercell mirip dengan awan sel tunggal karena keduanya mempunyai zona arus ke atas yang sama. Bedanya, ukuran selnya sangat besar: diameter sekitar 50 km, tinggi 10-15 km (batas atas sering menembus stratosfer) dengan landasan tunggal berbentuk setengah lingkaran. Kecepatan aliran ke atas di awan supercell jauh lebih tinggi dibandingkan jenis awan petir lainnya: hingga 40-60 m/s. Ciri utama yang membedakan awan supercell dengan jenis awan lainnya adalah adanya rotasi. Memutar arus ke atas di awan supercell (disebut dalam terminologi radar mesosiklon), menciptakan peristiwa cuaca ekstrem seperti raksasa memanggil(diameter lebih dari 5 cm), angin kencang hingga 40 m/s dan tornado destruktif yang kuat. Kondisi lingkungan menjadi faktor utama terbentuknya awan supercell. Diperlukan ketidakstabilan konvektif udara yang sangat kuat. Suhu udara di dekat tanah (sebelum badai petir) harus +27...+30 ke atas, tetapi kondisi utama yang diperlukan adalah angin dengan arah yang bervariasi, menyebabkan rotasi. Kondisi seperti itu dicapai dengan pergeseran angin di troposfer tengah. Curah hujan yang terbentuk pada arus naik dibawa sepanjang tingkat atas awan melalui aliran yang kuat ke zona arus bawah. Dengan demikian, zona aliran naik dan turun dipisahkan dalam ruang, yang menjamin kehidupan awan untuk jangka waktu yang lama. Biasanya terjadi hujan ringan di tepi depan awan supercell. Curah hujan lebat terjadi di dekat zona updraft, dan curah hujan terberat serta hujan es besar terjadi di timur laut zona updraft utama. Kondisi paling berbahaya ditemukan di dekat zona arus atas utama (biasanya di bagian belakang badai).

sel super (Bahasa inggris) super Dan sel- sel) adalah jenis badai petir yang ditandai dengan adanya mesosiklon - aliran udara ke atas yang dalam dan berputar kuat. Oleh karena itu, badai semacam ini terkadang disebut badai petir berputar. Dari empat jenis badai petir menurut klasifikasi Barat (supersell, squalline, multisell, dan singlesell), supercell adalah yang paling jarang terjadi dan dapat menimbulkan bahaya terbesar. Supercell sering kali terisolasi dari badai petir lainnya dan dapat memiliki bentang depan hingga 32 kilometer.

Supercell saat matahari terbenam

Supercell sering dibagi menjadi tiga jenis: klasik; dengan curah hujan rendah (LP); dan dengan curah hujan (HP) yang tinggi. Supersel tipe LP biasanya terbentuk di iklim yang lebih kering, seperti di lembah pegunungan tinggi di Amerika Serikat, sedangkan supersel tipe HP lebih umum terjadi di iklim basah. Supercell dapat terjadi di mana saja di dunia jika kondisi cuaca tepat untuk pembentukannya, namun supercell paling umum terjadi di Great Plains Amerika Serikat, sebuah wilayah yang dikenal sebagai Lembah Tornado. Mereka juga dapat diamati di dataran Argentina, Uruguay, dan Brasil bagian selatan.

Ciri-ciri fisik awan petir

Studi pesawat dan radar menunjukkan bahwa satu sel badai petir biasanya mencapai ketinggian sekitar 8-10 km dan berlangsung sekitar 30 menit. Badai petir yang terisolasi biasanya terdiri dari beberapa sel dalam berbagai tahap perkembangan dan berlangsung sekitar satu jam. Badai petir besar bisa berdiameter puluhan kilometer, puncaknya bisa mencapai ketinggian lebih dari 18 km, dan bisa berlangsung berjam-jam.

Arus ke atas dan ke bawah

Arus naik dan turun dalam badai petir terisolasi biasanya berdiameter 0,5 hingga 2,5 km dan tinggi 3 hingga 8 km. Terkadang diameter arus ke atas bisa mencapai 4 km. Di dekat permukaan bumi, diameter sungai biasanya bertambah besar, dan kecepatannya menurun dibandingkan dengan sungai yang letaknya lebih tinggi. Karakteristik kecepatan arus ke atas berkisar antara 5 hingga 10 m/s dan mencapai 20 m/s pada puncak badai petir besar. Pesawat penelitian yang terbang menembus awan petir pada ketinggian 10.000 m mencatat kecepatan arus ke atas lebih dari 30 m/s. Arus ke atas yang paling kuat diamati pada badai petir yang terorganisir.

badai

Sebelum badai Agustus 2010 di Gatchina

Dalam beberapa badai petir, terjadi aliran udara ke bawah yang intens, yang menciptakan angin dengan kekuatan destruktif di permukaan bumi. Tergantung pada ukurannya, aliran ke bawah seperti itu disebut badai atau mikrosquall. Badai dengan diameter lebih dari 4 km dapat menimbulkan kecepatan angin hingga 60 m/s. Microsquals berukuran lebih kecil, tetapi menghasilkan kecepatan angin hingga 75 m/s. Jika badai petir yang menimbulkan badai terbentuk dari udara yang cukup hangat dan lembab, maka badai mikro akan disertai dengan curah hujan yang tinggi. Namun, jika badai petir terbentuk dari udara kering, curah hujan dapat menguap saat turun (pita curah hujan udara atau virga), dan badai mikro akan menjadi kering. Aliran udara ke bawah merupakan bahaya serius bagi pesawat terbang, terutama saat lepas landas atau mendarat, karena aliran ini menciptakan angin dekat dengan tanah dengan perubahan kecepatan dan arah yang tiba-tiba dan kuat.

Perkembangan vertikal

Secara umum, awan konvektif aktif akan naik hingga kehilangan daya apungnya. Hilangnya daya apung dikaitkan dengan beban yang diciptakan oleh presipitasi yang terbentuk di lingkungan awan, atau pencampuran dengan udara dingin kering di sekitarnya, atau kombinasi dari kedua proses ini. Pertumbuhan awan juga dapat dihentikan dengan lapisan inversi pemblokiran, yaitu lapisan dimana suhu udara meningkat seiring dengan ketinggian. Biasanya, awan petir mencapai ketinggian sekitar 10 km, namun terkadang mencapai ketinggian lebih dari 20 km. Ketika kadar air dan ketidakstabilan atmosfer tinggi, maka jika angin mendukung, awan dapat tumbuh hingga tropopause, lapisan yang memisahkan troposfer dari stratosfer. Tropopause dicirikan oleh suhu yang kira-kira konstan seiring bertambahnya ketinggian dan dikenal sebagai wilayah dengan stabilitas tinggi. Segera setelah aliran udara ke atas mulai mendekati stratosfer, segera udara di puncak awan menjadi lebih dingin dan lebih berat daripada udara di sekitarnya, dan pertumbuhan di puncak awan terhenti. Ketinggian tropopause tergantung pada garis lintang daerah dan musim dalam setahun. Jaraknya bervariasi dari 8 km di daerah kutub hingga 18 km atau lebih di dekat khatulistiwa.

Ketika awan konvektif kumulus mencapai lapisan pemblokiran inversi tropopause, awan tersebut mulai menyebar ke luar dan membentuk karakteristik “landasan” awan petir. Angin yang bertiup pada ketinggian landasan cenderung meniupkan material awan searah dengan arah angin.

Pergolakan

Pesawat terbang yang terbang melewati awan petir (dilarang terbang ke awan kumulonimbus) biasanya mengalami benturan yang membuat pesawat terlempar ke atas, ke bawah, dan ke samping karena pengaruh aliran turbulen awan. Turbulensi atmosfer menimbulkan perasaan tidak nyaman bagi awak pesawat dan penumpang serta menimbulkan tekanan yang tidak diinginkan pada pesawat. Turbulensi diukur dalam satuan yang berbeda, tetapi lebih sering didefinisikan dalam satuan g - percepatan jatuh bebas (1g = 9,8 m/s2). Badai sebesar satu g menciptakan turbulensi yang berbahaya bagi pesawat. Di puncak badai petir yang hebat, percepatan vertikal hingga tiga g telah tercatat.

Pergerakan badai petir

Kecepatan dan pergerakan awan petir bergantung pada arah bumi, terutama oleh interaksi aliran awan yang naik dan turun dengan arus udara pembawa di lapisan tengah atmosfer tempat terjadinya badai petir. Kecepatan badai petir terisolasi biasanya sekitar 20 km/jam, namun beberapa badai petir terjadi jauh lebih cepat. Dalam situasi ekstrem, awan petir dapat bergerak dengan kecepatan 65-80 km/jam selama lintasan front dingin aktif. Di sebagian besar badai petir, ketika sel-sel badai petir lama menghilang, sel-sel badai petir baru muncul secara berurutan. Dalam kondisi angin sepoi-sepoi, satu sel dapat menempuh jarak yang sangat pendek selama hidupnya, kurang dari dua kilometer; namun, pada badai petir yang lebih besar, sel-sel baru dipicu oleh aliran udara ke bawah yang mengalir dari sel dewasa, sehingga menimbulkan kesan pergerakan cepat yang tidak selalu sesuai dengan arah angin. Pada badai petir multi-sel yang besar, terdapat pola pembentukan sel baru di sebelah kanan arah aliran udara di Belahan Bumi Utara dan di sebelah kiri arah aliran udara di Belahan Bumi Selatan.

Energi

Energi yang menggerakkan badai petir berasal dari panas laten yang dilepaskan ketika uap air mengembun membentuk tetesan awan. Untuk setiap gram air yang mengembun di atmosfer, sekitar 600 kalori panas dilepaskan. Ketika tetesan air membeku di puncak awan, tambahan 80 kalori per gram dilepaskan. Rilis disembunyikan energi termal sebagian diubah menjadi energi kinetik aliran ke atas. Perkiraan kasar energi total badai petir dapat dibuat berdasarkan jumlah total air yang turun sebagai presipitasi dari awan. Energi pada umumnya berkisar 100 juta kilowatt-jam, yang kira-kira setara dengan muatan nuklir sebesar 20 kiloton (meskipun energi ini dilepaskan dalam volume ruang yang jauh lebih besar dan dalam waktu yang lebih lama). Badai petir multi-sel yang besar dapat mempunyai energi 10 dan 100 kali lebih banyak.

Aliran ke bawah dan bagian depan badai

Badai di depan badai petir yang dahsyat

Aliran ke bawah dalam badai petir terjadi pada ketinggian yang suhu udaranya lebih rendah daripada suhu di daerah sekitarnya, dan aliran ke bawah ini menjadi lebih dingin ketika partikel es mulai mencairkan partikel presipitasi es dan menguapkan tetesan awan. Udara pada downdraft tidak hanya lebih padat dibandingkan udara di sekitarnya, tetapi juga membawa momentum sudut horizontal yang berbeda dengan udara di sekitarnya. Jika terjadi downdraft, misalnya pada ketinggian 10 km, maka akan mencapai permukaan bumi dengan kecepatan horizontal yang jauh lebih besar daripada kecepatan angin di darat. Di dekat tanah, udara ini dibawa ke depan sebelum terjadi badai petir dengan kecepatan lebih besar dari kecepatan pergerakan seluruh awan. Itulah sebabnya pengamat di darat akan merasakan datangnya badai petir melalui aliran udara dingin bahkan sebelum awan petir berada di atas. Aliran ke bawah yang menyebar di atas tanah menciptakan zona dengan kedalaman 500 meter hingga 2 km dengan perbedaan nyata antara aliran udara dingin dan udara hangat dan lembab yang menjadi asal mula terbentuknya badai petir. Lintasan badai seperti itu mudah ditentukan oleh peningkatan angin dan penurunan suhu secara tiba-tiba. Dalam lima menit, suhu udara bisa turun 5°C atau lebih. Badai membentuk gerbang badai yang khas dengan sumbu horizontal, penurunan suhu yang tajam, dan perubahan arah angin.

Dalam kasus ekstrim, badai yang ditimbulkan oleh aliran udara ke bawah dapat mencapai kecepatan lebih dari 50 m/s, menyebabkan kerusakan pada rumah dan tanaman. Lebih sering, badai hebat terjadi ketika rangkaian badai petir yang terorganisir berkembang dalam kondisi angin kencang pada tingkat menengah. Pada saat yang sama, orang mungkin mengira kehancuran ini disebabkan oleh angin puting beliung. Jika tidak ada saksi yang melihat ciri-ciri awan puting beliung berbentuk corong, maka penyebab kehancuran dapat ditentukan oleh sifat kerusakan yang ditimbulkan oleh angin. Pada tornado, kerusakan terjadi dalam pola melingkar, dan badai petir yang disebabkan oleh aliran udara ke bawah menyebabkan kerusakan terutama pada satu arah. Udara dingin biasanya disusul hujan. Dalam beberapa kasus, tetesan air hujan menguap seluruhnya saat jatuh, sehingga mengakibatkan badai petir kering. Dalam situasi sebaliknya, yang biasa terjadi pada badai petir multisel dan supersel yang parah, terjadi hujan lebat dan hujan es, yang menyebabkan banjir bandang.

Tornado

Tornado adalah pusaran kuat berskala kecil di bawah awan petir dengan sumbu yang kira-kira vertikal namun sering kali melengkung. Dari pinggiran ke pusat tornado, terjadi penurunan tekanan sebesar 100-200 hPa. Kecepatan angin pada angin puting beliung bisa melebihi 100 m/s, dan secara teori bisa mencapai kecepatan suara. Di Rusia, tornado relatif jarang terjadi, namun menyebabkan kerusakan yang sangat besar. Frekuensi tornado tertinggi terjadi di selatan Rusia bagian Eropa.

Hujan

Dalam badai petir kecil, puncak curah hujan intens selama lima menit dapat melebihi 120 mm/jam, tetapi semua hujan lainnya memiliki intensitas yang jauh lebih rendah. Badai petir rata-rata menghasilkan sekitar 2.000 meter kubik hujan, namun badai petir besar dapat menghasilkan curah hujan sepuluh kali lipat. Badai petir besar yang terorganisir yang terkait dengan sistem konvektif skala meso dapat menghasilkan 10 hingga 1000 juta meter kubik curah hujan.

Struktur kelistrikan awan petir

Struktur muatan awan petir di berbagai wilayah

Distribusi dan pergerakan muatan listrik di dalam dan sekitar awan petir merupakan proses yang kompleks dan terus berubah. Namun demikian, gambaran umum tentang distribusi muatan listrik pada tahap kematangan awan dapat disajikan. Struktur dipol positif yang dominan adalah muatan positif berada di puncak awan dan muatan negatif berada di bawahnya di dalam awan. Di dasar awan dan di bawahnya terdapat muatan positif yang lebih rendah. Ion atmosfer, yang bergerak di bawah pengaruh medan listrik, membentuk lapisan pelindung di batas awan, menutupi struktur listrik awan dari pengamat luar. Pengukuran menunjukkan bahwa, dalam berbagai kondisi geografis, muatan negatif utama awan petir terletak di ketinggian dengan suhu sekitar berkisar antara −5 hingga −17 °C. Semakin tinggi kecepatan aliran ke atas di awan, semakin tinggi pula ketinggian pusat muatan negatif berada. Kepadatan muatan ruang berada pada kisaran 1-10 C/km³. Ada sebagian besar badai petir dengan struktur muatan terbalik: - muatan negatif di bagian atas awan dan muatan positif di bagian dalam awan, serta struktur kompleks dengan empat atau lebih zona muatan ruang dari polaritas yang berbeda.

Mekanisme elektrifikasi

Banyak mekanisme telah diusulkan untuk menjelaskan pembentukan struktur kelistrikan awan petir, dan ini masih merupakan bidang penelitian aktif. Hipotesis utama didasarkan pada fakta bahwa jika partikel awan yang lebih besar dan lebih berat bermuatan negatif, dan partikel kecil yang lebih ringan membawa muatan positif, maka pemisahan spasial muatan ruang terjadi karena partikel besar jatuh dengan kecepatan lebih tinggi daripada komponen awan kecil. Mekanisme ini umumnya konsisten dengan eksperimen laboratorium yang menunjukkan perpindahan muatan yang kuat ketika butiran es (butir adalah partikel berpori yang terbuat dari tetesan air beku) atau hujan es berinteraksi dengan kristal es dengan adanya tetesan air yang sangat dingin. Tanda dan besarnya muatan yang ditransfer selama kontak bergantung pada suhu udara di sekitarnya dan kandungan air di awan, tetapi juga pada ukuran kristal es, kecepatan tumbukan, dan faktor lainnya. Mekanisme elektrifikasi lainnya juga dimungkinkan. Ketika jumlah muatan listrik volumetrik yang terakumulasi di awan menjadi cukup besar, terjadi pelepasan petir antar daerah yang bermuatan berlawanan tanda. Pelepasan juga dapat terjadi antara awan dan tanah, awan dan atmosfer netral, atau awan dan ionosfer. Pada badai petir pada umumnya, antara dua pertiga hingga 100 persen pelepasannya merupakan pelepasan intracloud, intercloud, atau cloud-to-air. Sisanya merupakan pelepasan dari awan ke tanah. Dalam beberapa tahun terakhir, menjadi jelas bahwa petir dapat terjadi secara artifisial di awan, yang dalam kondisi normal tidak berkembang menjadi badai petir. Di awan yang memiliki zona listrik dan menghasilkan medan listrik, petir dapat dipicu oleh gunung, gedung bertingkat, pesawat terbang, atau roket yang berada di zona medan listrik kuat.

Zarnitsa - kilatan cahaya instan di cakrawala saat terjadi badai petir di kejauhan.

Saat terjadi petir, suara petir tidak dapat terdengar karena jarak yang jauh, namun Anda dapat melihat kilatan petir, yang cahayanya dipantulkan dari awan kumulonimbus (terutama puncaknya). Fenomena ini diamati dalam kegelapan, terutama setelah tanggal 5 Juli, selama panen biji-bijian, sehingga petir populer bertepatan dengan akhir musim panas, awal panen, dan kadang-kadang disebut tukang roti.

Badai salju

Skema pembentukan badai salju

Badai salju (juga badai salju) adalah badai petir, fenomena meteorologi yang sangat langka yang terjadi di dunia 5-6 kali dalam setahun. Alih-alih hujan deras, hujan salju, hujan beku, atau butiran es justru turun. Istilah ini digunakan terutama dalam ilmu pengetahuan populer dan literatur asing. salju petir). Tidak ada istilah seperti itu dalam meteorologi profesional Rusia: dalam kasus seperti itu, badai petir dan salju lebat diamati secara bersamaan.

Kasus badai petir musim dingin dicatat dalam kronik Rusia kuno: badai petir di musim dingin pada tahun 1383 (ada “guntur yang sangat dahsyat dan angin puyuh yang kuat”), pada tahun 1396 (di Moskow pada tanggal 25 Desember “... ada guntur, dan awan itu dari negara tengah hari”), pada tahun 1447 (di Novgorod pada tanggal 13 November “...pada tengah malam terjadi guntur yang mengerikan dan kilat yang hebat”), pada tahun 1491 (di Pskov pada tanggal 2 Januari guntur terdengar).

Proses terjadinya lucutan petir telah dipelajari dengan cukup baik ilmu pengetahuan modern. Dipercaya bahwa dalam banyak kasus (90%) debit antara awan dan tanah mempunyai muatan negatif. Jenis pelepasan petir yang lebih jarang dapat dibagi menjadi tiga jenis:

  • debit dari tanah ke awan bernilai negatif;
  • petir positif dari awan ke bumi;
  • kilatan cahaya dari tanah ke awan yang bermuatan positif.

Sebagian besar pelepasan terekam dalam awan yang sama atau di antara awan petir yang berbeda.

Pembentukan petir: teori proses

Pembentukan lucutan petir: 1 = kurang lebih 6 ribu meter dan -30°C, 2 = 15 ribu meter dan -30°C.

Pelepasan listrik di atmosfer atau petir antara bumi dan langit terbentuk oleh kombinasi dan adanya kondisi tertentu yang diperlukan, yang terpenting adalah munculnya konveksi. Ini adalah fenomena alam di mana massa udara yang cukup hangat dan lembab diangkut dalam aliran naik ke lapisan atas atmosfer. Pada saat yang sama, kelembapan yang ada di dalamnya berubah menjadi agregat padat - es. Front badai petir terbentuk ketika awan kumulonimbus berada pada ketinggian lebih dari 15 ribu m, dan arus yang naik dari permukaan tanah memiliki kecepatan hingga 100 km/jam. Konveksi menyebabkan terbentuknya badai petir karena hujan es yang lebih besar dari bagian bawah awan bertabrakan dan bergesekan dengan permukaan bongkahan es yang lebih ringan di bagian atas.

Biaya Thundercloud dan distribusinya

Muatan negatif dan positif: 1 = hujan es, 2 = kristal es.

Sejumlah penelitian mengkonfirmasi bahwa jatuhnya batu es yang lebih berat, yang terbentuk ketika suhu udara lebih hangat dari -15°C, bermuatan negatif, sedangkan kristal es ringan yang terbentuk ketika suhu udara lebih dingin -15°C biasanya bermuatan positif. Arus udara yang naik dari tanah mengangkat es ringan positif yang terapung ke lapisan yang lebih tinggi, hujan es negatif ke bagian tengah awan dan membagi awan menjadi tiga bagian:

  • zona paling atas dengan muatan positif;
  • zona tengah atau tengah, sebagian bermuatan negatif;
  • yang lebih rendah dengan muatan positif parsial.

Para ilmuwan menjelaskan perkembangan petir di awan dengan fakta bahwa elektron didistribusikan sedemikian rupa sehingga bagian atas bermuatan positif, dan bagian tengah serta sebagian bawah bermuatan negatif. Kadang-kadang kapasitor jenis ini habis. Petir yang berasal dari bagian negatif awan merambat ke bagian positif. Dalam hal ini, kuat medan yang diperlukan untuk pelepasan petir harus berada pada kisaran 0,5-10 kV/cm. Nilai ini tergantung pada sifat isolasi udara.

Distribusi debit: 1 = kurang lebih 6 ribu meter, 2 = medan listrik.

Perhitungan biaya

Pilih ukuran... 10x15 15x15 20x15 20x20 20x30 30x30 30x40

Pilih ukuran... 10 12 14 16 18 20 22

Objek kita

    JSC "Mosvodokanal", Kompleks olahraga dan rekreasi rumah liburan "Pyalovo"

    Alamat objek: Wilayah Moskow, distrik Mytishchi, desa. Prusia, 25

    Jenis pekerjaan: Desain dan pemasangan sistem proteksi petir eksternal.

    Komposisi proteksi petir: Jaring proteksi petir dipasang di sepanjang atap datar dari struktur yang dilindungi. Dua pipa cerobong dilindungi dengan memasang penangkal petir dengan panjang 2000 mm dan diameter 16 mm. Baja galvanis hot-dip dengan diameter 8 mm (bagian 50 mm persegi menurut RD 34.21.122-87) digunakan sebagai penangkal petir. Konduktor bawah diletakkan di belakang pipa pembuangan pada klem dengan terminal klem. Untuk konduktor bawah digunakan konduktor yang terbuat dari baja galvanis hot-dip dengan diameter 8 mm.

    GTPP Tereshkovo

    Alamat objek: kota Moskow. Jalan raya Borovskoe, zona komunal "Tereshkovo".

    Jenis pekerjaan: pemasangan sistem proteksi petir eksternal (bagian proteksi petir dan konduktor bawah).

    Aksesoris:

    Eksekusi: Jumlah total konduktor baja galvanis hot-dip untuk 13 struktur di dalam fasilitas tersebut adalah 21.5000 meter. Jaring penangkal petir dipasang di atap dengan jarak sel 5x5 m, dan 2 konduktor bawah dipasang di sudut-sudut bangunan. Penahan dinding, konektor perantara, penahan atap datar dengan beton, dan terminal sambungan kecepatan tinggi digunakan sebagai elemen pengikat.


    Pabrik Solnechnogorsk "EUROPLAST"

    Alamat objek: Wilayah Moskow, distrik Solnechnogorsk, desa. Radumlya.

    Jenis pekerjaan: Desain sistem proteksi petir untuk bangunan industri.

    Aksesoris: diproduksi oleh OBO Bettermann.

    Memilih sistem proteksi petir: Proteksi petir seluruh bangunan gedung dilakukan menurut kategori III berupa jaring penangkal petir yang terbuat dari konduktor hot-dip galvanis Rd8 dengan jarak sel 12x12 m, konduktor proteksi petir diletakkan di atas atap pada dudukannya. untuk atap lunak berbahan plastik dengan pemberat beton. Berikan perlindungan tambahan pada peralatan di bagian bawah atap dengan memasang beberapa penangkal petir, yang terdiri dari penangkal petir. Sebagai penangkal petir digunakan batang baja galvanis hot-dip Rd16 dengan panjang 2000 mm.

    gedung McDonald's

    Alamat objek: Wilayah Moskow, Domodedovo, jalan raya M4-Don

    Jenis pekerjaan: Pembuatan dan pemasangan sistem proteksi petir eksternal.

    Aksesoris: diproduksi oleh J. Propster.

    Tetapkan konten: jaring proteksi petir terbuat dari konduktor Rd8, 50 mm persegi, SGC; penangkal petir aluminium Rd16 L=2000 mm; konektor universal Rd8-10/Rd8-10, SGC; konektor perantara Rd8-10/Rd16, Al; dudukan dinding Rd8-10, SGC; terminal terminal, SGC; dudukan plastik pada atap datar dengan penutup (dengan beton) untuk konduktor galvanis Rd8; batang berinsulasi d=16 L=500 mm.


    Pondok pribadi, jalan raya Novorizhskoe

    Alamat objek: Wilayah Moskow, jalan raya Novorizhskoe, desa pondok

    Jenis pekerjaan: produksi dan pemasangan sistem proteksi petir eksternal.

    Aksesoris diproduksi oleh Dehn.

    Spesifikasi: Konduktor Rd8 terbuat dari baja galvanis, konduktor tembaga Rd8, penahan tembaga Rd8-10 (termasuk yang ridge), konektor universal Rd8-10 terbuat dari baja galvanis, penahan terminal Rd8-10 terbuat dari tembaga dan baja tahan karat, terminal rabat tembaga Rd8- 10 , konektor perantara bimetalik Rd8-10/Rd8-10, pita dan klem untuk mengencangkan pita ke saluran tembaga.


    Rumah pribadi, Iksha

    Alamat objek: Wilayah Moskow, desa Iksha

    Jenis pekerjaan: Desain dan pemasangan proteksi petir eksternal, grounding dan sistem pemerataan potensial.

    Aksesoris: BS-Teknik, Citel.

    Proteksi petir eksternal: penangkal petir terbuat dari tembaga, konduktor tembaga dengan panjang total 250 m, penahan atap dan fasad, elemen penghubung.

    Proteksi petir internal: Arester DUT250VG-300/G TNC, diproduksi oleh CITEL GmbH.

    Pembumian: grounding rod berbahan baja galvanis Rd20 12 pcs. dengan lugs, strip baja Fl30 dengan panjang total 65 m, konektor silang.


    Rumah pribadi, jalan raya Yaroslavskoe

    Alamat objek: Wilayah Moskow, distrik Pushkinsky, jalan raya Yaroslavkoe, desa pondok

    Jenis pekerjaan: Desain dan pemasangan proteksi petir eksternal dan sistem grounding.

    Aksesoris diproduksi oleh Dehn.

    Komposisi kit proteksi petir untuk suatu struktur: konduktor Rd8, 50 mm persegi, tembaga; penjepit pipa Rd8-10; penangkal petir Rd16 L=3000 mm, tembaga; batang grounding Rd20 L=1500 mm, SGC; strip Fl30 25x4 (50 m), baja galvanis; arester DUT250VG-300/G TNC, CITEL GmbH.


    Wilayah "Noginsk-Technopark", gedung produksi dan gudang dengan blok kantor dan fasilitas

    Alamat objek: Wilayah Moskow, distrik Noginsky.

    Jenis pekerjaan: produksi dan pemasangan proteksi petir eksternal dan sistem grounding.

    Aksesoris: J. Propster.

    Proteksi petir eksternal: Jaring terminasi udara dengan jarak sel 10 x 10 m dipasang pada atap datar bangunan terlindung, jendela atap dilindungi dengan memasang sembilan batang terminasi udara dengan panjang 2000 mm dan diameter 16 mm di atasnya. .

    Konduktor bawah: Mereka diletakkan dalam “kue” fasad bangunan sebanyak 16 buah. Untuk konduktor bawah, digunakan konduktor baja galvanis dalam selubung PVC dengan diameter 10 mm.

    Pembumian: Dibuat dalam bentuk rangkaian cincin dengan konduktor grounding horizontal berupa strip galvanis 40x4 mm dan grounding rod dalam Rd20 panjang L 2x1500 mm.

Semua objek

Berita

YouTube ensiklopedis

    1 / 5

    ✪ Mengapa: Apa itu badai petir? Kartun pendidikan untuk anak-anak

    ✪ DIMANA ANDA DAPAT MELIHAT BOLA PETIR

    ✪ Fenomena bola petir / Sprite, elf, jet / Badai petir

    ✪ Apa yang terjadi jika petir menyambar sungai

    ✪ Tangguh dalam badai petir, dalam air, dalam lumpur! Pada skuter listrik ZAXBOARD AVATAR / Arstyle /

    Subtitle

Geografi badai petir

Pada saat yang sama, ada sekitar satu setengah ribu badai petir di Bumi, intensitas rata-rata pelepasan petir diperkirakan 100 sambaran petir per detik. Badai petir tersebar tidak merata di seluruh permukaan planet. Jumlah badai petir di lautan kira-kira sepuluh kali lebih sedikit dibandingkan di benua. Sekitar 78% dari seluruh pelepasan petir terkonsentrasi di zona tropis dan khatulistiwa (dari 30° lintang utara hingga 30° lintang selatan). Aktivitas badai petir maksimum terjadi di Afrika Tengah. Di wilayah kutub Arktik dan Antartika serta di atas kutub, praktis tidak ada badai petir. Intensitas badai petir mengikuti matahari, dengan badai petir maksimum terjadi pada musim panas (di garis lintang tengah) dan pada siang hari. Setidaknya badai petir yang tercatat terjadi sebelum matahari terbit. Badai petir juga dipengaruhi oleh ciri geografis wilayah tersebut: pusat badai petir yang kuat terletak di daerah pegunungan Himalaya dan Cordillera.

Rata-rata jumlah hari tahunan disertai badai petir di beberapa kota di Rusia:

Kota Jumlah hari disertai badai petir
Arkhangelsk 20
Astrakhan 14
Barnaul 32
Kabar Sukacita 28
Bryansk 28
Vladivostok 13
Volgograd 21
Voronezh 26
Yekaterinburg 28
Irkutsk 15
Kazan 28
Kaliningrad 18
Krasnoyarsk 24
Moskow 24
Murmansk 4
Nizhny Novgorod 28
Novosibirsk 20
Omsk 27
Orenburg 28
Petropavlovsk-Kamchatsky 1
Rostov-on-Don 31
Samara 25
Saint Petersburg 16
Saratov 28
Sochi 50
Stavropol 26
Syktyvkar 25
Tomsk 24
Ufa 31
Khabarovsk 25
Khanty-Mansiysk 20
Chelyabinsk 24
Chita 27
Yuzhno-Sakhalinsk 7
Yakutsk 12

Tahapan perkembangan awan petir

Kondisi yang diperlukan untuk terjadinya awan petir adalah adanya kondisi untuk berkembangnya konveksi atau mekanisme lain yang menciptakan aliran ke atas dengan pasokan uap air yang cukup untuk pembentukan presipitasi, dan adanya struktur di mana sebagian awan partikel berada dalam keadaan cair, dan ada pula yang dalam keadaan dingin. Konveksi yang menyebabkan berkembangnya badai petir terjadi dalam kasus berikut:

  • dengan pemanasan yang tidak merata dari lapisan udara permukaan pada berbagai permukaan di bawahnya. Misalnya saja di atas permukaan air dan daratan akibat perbedaan suhu air dan tanah. Di kota-kota besar, intensitas konveksi jauh lebih tinggi dibandingkan di sekitar kota.
  • ketika udara hangat naik atau digantikan oleh udara dingin di permukaan atmosfer. Konveksi atmosfer di front atmosfer jauh lebih intens dan lebih sering terjadi dibandingkan dengan konveksi intramassa. Seringkali konveksi frontal berkembang bersamaan dengan awan nimbostratus dan curah hujan selimut, yang menutupi awan kumulonimbus yang sedang berkembang.
  • ketika udara naik di daerah pegunungan. Bahkan ketinggian kecil di wilayah tersebut menyebabkan peningkatan pembentukan awan (karena konveksi paksa). Pegunungan tinggi menciptakan kondisi yang sangat sulit bagi perkembangan konveksi dan hampir selalu meningkatkan frekuensi dan intensitasnya.

Semua awan petir, apa pun jenisnya, berkembang melalui tahap awan kumulus, tahap awan petir matang, dan tahap pecahnya.

Klasifikasi awan petir

Pada abad ke-20, badai petir diklasifikasikan menurut kondisi pembentukannya: intramass, frontal, atau orografis. Sekarang lebih umum untuk mengklasifikasikan badai petir berdasarkan karakteristik badai petir itu sendiri, dan karakteristik ini terutama bergantung pada lingkungan meteorologi di mana badai petir tersebut berkembang.
Kondisi utama yang diperlukan untuk pembentukan awan petir adalah keadaan ketidakstabilan atmosfer, yang membentuk arus ke atas. Tergantung pada ukuran dan kekuatan aliran tersebut, berbagai jenis awan petir terbentuk.

Sel tunggal

Awan cumulonimbus (Cb) sel tunggal berkembang pada hari-hari dengan angin sepoi-sepoi di bidang tekanan gradien rendah. Mereka juga disebut intramass atau lokal. Mereka terdiri dari sel konvektif dengan aliran ke atas di bagian tengahnya, dapat mencapai intensitas badai petir dan hujan es dan dengan cepat runtuh karena curah hujan. Dimensi awan tersebut adalah: melintang - 5-20 km, vertikal - 8-12 km, umur - sekitar 30 menit, terkadang hingga 1 jam. Tidak ada perubahan cuaca besar setelah badai petir.
Pembentukan awan diawali dengan terbentuknya awan kumulus pada cuaca cerah (Cumulus humilis). Dalam kondisi yang menguntungkan, awan kumulus yang dihasilkan tumbuh dengan cepat baik dalam arah vertikal maupun horizontal, sedangkan aliran ke atas terletak hampir di seluruh volume awan dan meningkat dari 5 m/s menjadi 15-20 m/s. Downdraft sangat lemah. Udara sekitar secara aktif melakukan penetrasi ke dalam awan akibat pencampuran pada batas dan puncak awan. Awan memasuki tahap pertengahan kumulus (Cumulus mediocris). Tetesan air terkecil yang terbentuk akibat kondensasi di awan tersebut bergabung menjadi tetesan air yang lebih besar, yang terbawa ke atas oleh arus naik yang kuat. Awannya masih homogen, terdiri dari tetesan-tetesan air yang tertahan oleh aliran menaik - tidak ada curah hujan yang turun. Di puncak awan, ketika partikel air memasuki zona suhu negatif, tetesan air secara bertahap mulai berubah menjadi kristal es. Awan memasuki tahap awan kumulus kuat (Cumulus congestus). Komposisi campuran awan menyebabkan perluasan elemen awan dan terciptanya kondisi presipitasi dan pembentukan pelepasan petir. Awan seperti itu disebut cumulonimbus (Cumulonimbus) atau (khususnya) cumulonimbus botak (Cumulonimbus calvus). Arus vertikal di dalamnya mencapai 25 m/s, dan ketinggian puncak mencapai 7-8 km.
Partikel presipitasi yang menguap mendinginkan udara di sekitarnya, yang menyebabkan aliran udara ke bawah semakin intensif. Pada tahap kedewasaan, arus udara ke atas dan ke bawah hadir secara bersamaan di awan.
Pada tahap keruntuhan awan, aliran ke bawah mendominasi, yang secara bertahap menutupi seluruh awan.

Badai petir cluster multisel

Ini adalah jenis badai petir paling umum yang terkait dengan gangguan skala meso (memiliki skala 10 hingga 1000 km). Cluster multisel terdiri dari sekelompok sel badai petir yang bergerak sebagai satu unit, meskipun setiap sel dalam cluster berada pada tahap perkembangan awan petir yang berbeda. Sel badai petir yang matang biasanya terletak di bagian tengah cluster, dan sel yang membusuk terletak di sisi bawah angin cluster. Mereka memiliki ukuran melintang 20-40 km, puncaknya sering naik ke tropopause dan menembus stratosfer. Badai petir cluster multisel dapat menghasilkan hujan es, hujan lebat, dan hembusan angin kencang yang relatif lemah. Setiap sel individu dalam kelompok multi-sel tetap matang selama sekitar 20 menit; cluster multi-sel itu sendiri dapat bertahan selama beberapa jam. Jenis badai petir ini biasanya lebih hebat daripada badai petir sel tunggal, namun jauh lebih lemah dibandingkan badai petir supercell.

Badai petir linier multisel (garis badai)

Badai petir linier multisel adalah garis badai petir dengan hembusan angin depan yang panjang dan berkembang dengan baik di tepi depan. Garis squall mungkin kontinu atau mengandung celah. Garis multi-sel yang mendekat muncul sebagai dinding awan gelap, biasanya menutupi cakrawala di sisi barat (di belahan bumi utara). Sejumlah besar arus udara naik/turun dengan jarak yang berdekatan memungkinkan kita untuk mengkualifikasikan kompleks badai petir ini sebagai badai petir multi-sel, meskipun struktur badai petirnya sangat berbeda dari badai petir cluster multi-sel. Garis badai dapat menghasilkan hujan es yang besar (diameter lebih dari 2 cm) dan hujan deras, namun diketahui menghasilkan aliran udara ke bawah yang kuat dan pergeseran angin yang berbahaya bagi penerbangan. Garis badai memiliki sifat yang mirip dengan front dingin, tetapi merupakan akibat lokal dari aktivitas badai petir. Seringkali garis badai terjadi sebelum cuaca dingin. Dalam citra radar, sistem ini menyerupai gema busur. Fenomena ini khas untuk Amerika Utara; di Eropa dan wilayah Eropa di Rusia, fenomena ini lebih jarang diamati.

Badai petir supercell

Supercell adalah awan petir yang paling terorganisir. Awan supercell relatif jarang terjadi, namun menimbulkan ancaman terbesar bagi kesehatan manusia, kehidupan, dan harta benda mereka. Awan supercell mirip dengan awan sel tunggal karena keduanya mempunyai zona arus ke atas yang sama. Perbedaannya terletak pada ukuran supercell: diameter sekitar 50 km, tinggi - 10-15 km (seringkali batas atas menembus stratosfer) dengan landasan setengah lingkaran tunggal. Kecepatan aliran ke atas di awan supercell jauh lebih tinggi dibandingkan jenis awan petir lainnya: hingga 40-60 m/s. Ciri utama yang membedakan awan supercell dengan jenis awan lainnya adalah adanya rotasi. Aliran udara ke atas yang berputar di awan supersel (disebut mesosiklon dalam terminologi radar) menciptakan fenomena cuaca ekstrem seperti hujan es besar (diameter 2-5 cm, terkadang lebih), badai dengan kecepatan hingga 40 m/s, dan tornado destruktif yang kuat. Kondisi lingkungan menjadi faktor utama terbentuknya awan supercell. Diperlukan ketidakstabilan konvektif udara yang sangat kuat. Suhu udara di dekat tanah (sebelum badai petir) harus +27...+30 ke atas, tetapi kondisi utama yang diperlukan adalah angin dengan arah yang bervariasi, menyebabkan rotasi. Kondisi seperti itu dicapai dengan pergeseran angin di troposfer tengah. Curah hujan yang terbentuk pada arus naik dibawa sepanjang tingkat atas awan melalui aliran yang kuat ke zona arus bawah. Dengan demikian, zona aliran naik dan turun dipisahkan dalam ruang, yang menjamin kehidupan awan untuk jangka waktu yang lama. Biasanya terjadi hujan ringan di tepi depan awan supercell. Curah hujan lebat terjadi di dekat zona updraft, dan curah hujan terberat serta hujan es besar terjadi di timur laut zona updraft utama. Kondisi paling berbahaya ditemukan di dekat zona arus atas utama (biasanya di bagian belakang badai).

Ciri-ciri fisik awan petir

Studi pesawat dan radar menunjukkan bahwa satu sel badai petir biasanya mencapai ketinggian sekitar 8-10 km dan bertahan selama sekitar 30 menit. Badai petir yang terisolasi biasanya terdiri dari beberapa sel dalam berbagai tahap perkembangan dan berlangsung sekitar satu jam. Badai petir besar bisa berdiameter puluhan kilometer, puncaknya bisa mencapai ketinggian lebih dari 18 km, dan bisa berlangsung berjam-jam.

Arus ke atas dan ke bawah

Arus naik dan turun dalam badai petir terisolasi biasanya berdiameter 0,5 hingga 2,5 km dan tinggi 3 hingga 8 km. Terkadang diameter arus ke atas bisa mencapai 4 km. Di dekat permukaan bumi, diameter sungai biasanya bertambah besar, dan kecepatannya menurun dibandingkan dengan sungai yang letaknya lebih tinggi. Karakteristik kecepatan arus ke atas berkisar antara 5 hingga 10 m/s dan mencapai 20 m/s pada puncak badai petir besar. Pesawat penelitian yang terbang menembus awan petir pada ketinggian 10.000 m mencatat kecepatan arus ke atas lebih dari 30 m/s. Arus ke atas yang paling kuat diamati pada badai petir yang terorganisir.

badai

Dalam beberapa badai petir, terjadi aliran udara ke bawah yang intens, yang menciptakan angin dengan kekuatan destruktif di permukaan bumi. Tergantung pada ukurannya, downdraft seperti itu disebut squall atau microsquall. Badai dengan diameter lebih dari 4 km dapat menimbulkan kecepatan angin hingga 60 m/s. Microsquals berukuran lebih kecil, tetapi menghasilkan kecepatan angin hingga 75 m/s. Jika badai petir yang menimbulkan badai terbentuk dari udara yang cukup hangat dan lembab, maka badai mikro akan disertai dengan curah hujan yang tinggi. Namun, jika badai petir terbentuk dari udara kering, curah hujan dapat menguap saat turun (pita curah hujan udara atau virga), dan badai mikro akan menjadi kering. Aliran udara ke bawah merupakan bahaya serius bagi pesawat terbang, terutama saat lepas landas atau mendarat, karena aliran ini menciptakan angin dekat dengan tanah dengan perubahan kecepatan dan arah yang tiba-tiba dan kuat.

Perkembangan vertikal

Secara umum, awan konvektif aktif akan naik hingga kehilangan daya apungnya. Hilangnya daya apung dikaitkan dengan beban yang diciptakan oleh presipitasi yang terbentuk di lingkungan awan, atau pencampuran dengan udara dingin kering di sekitarnya, atau kombinasi dari kedua proses ini. Pertumbuhan awan juga dapat dihentikan dengan lapisan inversi pemblokiran, yaitu lapisan dimana suhu udara meningkat seiring dengan ketinggian. Biasanya, awan petir mencapai ketinggian sekitar 10 km, namun terkadang mencapai ketinggian lebih dari 20 km. Ketika kadar air dan ketidakstabilan atmosfer tinggi, maka jika angin mendukung, awan dapat tumbuh hingga tropopause, lapisan yang memisahkan troposfer dari stratosfer. Tropopause dicirikan oleh suhu yang kira-kira konstan seiring bertambahnya ketinggian dan dikenal sebagai wilayah dengan stabilitas tinggi. Segera setelah aliran udara ke atas mulai mendekati stratosfer, segera udara di puncak awan menjadi lebih dingin dan lebih berat daripada udara di sekitarnya, dan pertumbuhan di puncak awan terhenti. Ketinggian tropopause tergantung pada garis lintang daerah dan musim dalam setahun. Jaraknya bervariasi dari 8 km di daerah kutub hingga 18 km atau lebih di dekat khatulistiwa.

Ketika awan konvektif kumulus mencapai lapisan pemblokiran inversi tropopause, awan tersebut mulai menyebar ke luar dan membentuk karakteristik “landasan” awan petir. Angin yang bertiup pada ketinggian landasan cenderung meniupkan material awan searah dengan arah angin.

Pergolakan

Pesawat terbang yang terbang melewati awan petir (dilarang terbang ke awan kumulonimbus) biasanya mengalami benturan yang membuat pesawat terlempar ke atas, ke bawah, dan ke samping karena pengaruh aliran turbulen awan. Turbulensi atmosfer menimbulkan perasaan tidak nyaman bagi awak pesawat dan penumpang serta menimbulkan tekanan yang tidak diinginkan pada pesawat. Turbulensi diukur dalam satuan yang berbeda, tetapi lebih sering didefinisikan dalam satuan g - percepatan jatuh bebas (1g = 9,8 m/s2). Badai sebesar satu g menciptakan turbulensi yang berbahaya bagi pesawat. Di puncak badai petir yang hebat, percepatan vertikal hingga tiga g telah tercatat.

Pergerakan

Kecepatan dan pergerakan awan petir bergantung pada arah angin, terutama pada interaksi aliran awan yang naik dan turun dengan arus udara pembawa di lapisan tengah atmosfer tempat terjadinya badai petir. Kecepatan badai petir terisolasi biasanya sekitar 20 km/jam, namun beberapa badai petir terjadi jauh lebih cepat. Dalam situasi ekstrem, awan petir dapat bergerak dengan kecepatan 65-80 km/jam selama lintasan front dingin aktif. Di sebagian besar badai petir, ketika sel-sel badai petir lama menghilang, sel-sel badai petir baru muncul secara berurutan. Dalam kondisi angin sepoi-sepoi, satu sel dapat menempuh jarak yang sangat pendek selama hidupnya, kurang dari dua kilometer; namun, pada badai petir yang lebih besar, sel-sel baru dipicu oleh aliran udara ke bawah yang mengalir dari sel dewasa, sehingga menimbulkan kesan pergerakan cepat yang tidak selalu sesuai dengan arah angin. Pada badai petir multisel yang besar, terdapat pola dimana sel baru terbentuk di sebelah kanan aliran udara pembawa di belahan bumi utara dan di sebelah kiri arah pembawa di belahan bumi selatan.

Energi

Energi yang menggerakkan badai petir berasal dari panas laten yang dilepaskan ketika uap air mengembun membentuk tetesan awan. Untuk setiap gram air yang mengembun di atmosfer, sekitar 600 kalori panas dilepaskan. Ketika tetesan air membeku di puncak awan, tambahan 80 kalori per gram dilepaskan. Energi panas laten yang dilepaskan sebagian diubah menjadi energi kinetik aliran ke atas. Perkiraan kasar energi total badai petir dapat dibuat berdasarkan jumlah total air yang turun sebagai presipitasi dari awan. Energi pada umumnya berkisar 100 juta kilowatt-jam, yang kira-kira setara dengan muatan nuklir sebesar 20 kiloton (meskipun energi ini dilepaskan dalam volume ruang yang jauh lebih besar dan dalam waktu yang lebih lama). Badai petir multi-sel yang besar dapat memiliki energi puluhan hingga ratusan kali lebih banyak.

Fenomena cuaca saat terjadi badai petir

Aliran ke bawah dan bagian depan badai

Aliran ke bawah dalam badai petir terjadi pada ketinggian yang suhu udaranya lebih rendah daripada suhu di daerah sekitarnya, dan aliran ke bawah ini menjadi lebih dingin ketika partikel es mulai mencairkan partikel presipitasi es dan menguapkan tetesan awan. Udara pada downdraft tidak hanya lebih padat dibandingkan udara di sekitarnya, tetapi juga membawa momentum sudut horizontal yang berbeda dengan udara di sekitarnya. Jika terjadi downdraft, misalnya pada ketinggian 10 km, maka akan mencapai permukaan bumi dengan kecepatan horizontal yang jauh lebih besar daripada kecepatan angin di darat. Di dekat tanah, udara ini dibawa ke depan sebelum terjadi badai petir dengan kecepatan lebih besar dari kecepatan pergerakan seluruh awan. Itulah sebabnya pengamat di darat akan merasakan datangnya badai petir melalui aliran udara dingin bahkan sebelum awan petir berada di atas. Aliran ke bawah yang menyebar di atas tanah menciptakan zona dengan kedalaman 500 meter hingga 2 km dengan perbedaan nyata antara aliran udara dingin dan udara hangat dan lembab yang menjadi asal mula terbentuknya badai petir. Lintasan badai seperti itu mudah ditentukan oleh peningkatan angin dan penurunan suhu secara tiba-tiba. Dalam lima menit, suhu udara bisa turun 5°C atau lebih. Badai membentuk gerbang badai yang khas dengan sumbu horizontal, penurunan suhu yang tajam, dan perubahan arah angin.

Dalam kasus ekstrim, badai yang ditimbulkan oleh aliran udara ke bawah dapat mencapai kecepatan lebih dari 50 m/s, menyebabkan kerusakan pada rumah dan tanaman. Lebih sering, badai hebat terjadi ketika rangkaian badai petir yang terorganisir berkembang dalam kondisi angin kencang pada tingkat menengah. Pada saat yang sama, orang mungkin mengira kehancuran ini disebabkan oleh angin puting beliung. Jika tidak ada saksi yang melihat ciri-ciri awan puting beliung berbentuk corong, maka penyebab kehancuran dapat ditentukan oleh sifat kerusakan yang ditimbulkan oleh angin. Pada tornado, kerusakan terjadi dalam pola melingkar, dan badai petir yang disebabkan oleh aliran udara ke bawah menyebabkan kerusakan terutama pada satu arah. Udara dingin biasanya disusul hujan. Dalam beberapa kasus, tetesan air hujan menguap seluruhnya saat jatuh, sehingga mengakibatkan badai petir kering. Dalam situasi sebaliknya, yang biasa terjadi pada badai petir multisel dan supersel yang parah, terjadi hujan lebat dan hujan es, yang menyebabkan banjir bandang.

Tornado

Tornado adalah pusaran kuat berskala kecil di bawah awan petir dengan sumbu yang kira-kira vertikal namun sering kali melengkung. Dari pinggiran ke pusat tornado, terjadi penurunan tekanan sebesar 100-200 hPa. Kecepatan angin pada angin puting beliung bisa melebihi 100 m/s, dan secara teori bisa mencapai kecepatan suara. Di Rusia, tornado relatif jarang terjadi. Frekuensi tornado tertinggi terjadi di selatan Rusia bagian Eropa.

Hujan

Dalam badai petir kecil, puncak curah hujan intens selama lima menit dapat melebihi 120 mm/jam, tetapi semua hujan lainnya memiliki intensitas yang jauh lebih rendah. Badai petir rata-rata menghasilkan sekitar 2.000 meter kubik hujan, namun badai petir besar dapat menghasilkan curah hujan sepuluh kali lipat. Badai petir besar yang terorganisir yang terkait dengan sistem konvektif skala meso dapat menghasilkan 10 hingga 1000 juta meter kubik curah hujan.

Struktur kelistrikan awan petir

Distribusi dan pergerakan muatan listrik di dalam dan sekitar awan petir merupakan proses yang kompleks dan terus berubah. Namun demikian, gambaran umum tentang distribusi muatan listrik pada tahap kematangan awan dapat disajikan. Struktur dipol positif yang dominan adalah muatan positif berada di puncak awan dan muatan negatif berada di bawahnya di dalam awan. Di dasar awan dan di bawahnya terdapat muatan positif yang lebih rendah. Ion atmosfer, yang bergerak di bawah pengaruh medan listrik, membentuk lapisan pelindung di batas awan, menutupi struktur listrik awan dari pengamat luar. Pengukuran menunjukkan bahwa, dalam berbagai kondisi geografis, muatan negatif utama awan petir terletak di ketinggian dengan suhu sekitar berkisar antara −5 hingga −17 °C. Semakin tinggi kecepatan aliran ke atas di awan, semakin tinggi pula ketinggian pusat muatan negatif berada. Kepadatan muatan ruang berada pada kisaran 1-10 C/km³. Ada sebagian besar badai petir dengan struktur muatan terbalik: - muatan negatif di bagian atas awan dan muatan positif di bagian dalam awan, serta struktur kompleks dengan empat atau lebih zona muatan volumetrik dari polaritas yang berbeda.

Mekanisme elektrifikasi

Banyak mekanisme telah diusulkan untuk menjelaskan pembentukan struktur kelistrikan awan petir, dan ini masih merupakan bidang penelitian aktif. Hipotesis utama didasarkan pada fakta bahwa jika partikel awan yang lebih besar dan lebih berat bermuatan negatif, dan partikel kecil yang lebih ringan membawa muatan positif, maka pemisahan spasial muatan ruang terjadi karena partikel besar jatuh dengan kecepatan lebih tinggi daripada komponen awan kecil. Mekanisme ini umumnya konsisten dengan eksperimen laboratorium yang menunjukkan perpindahan muatan yang kuat ketika butiran es (butir adalah partikel berpori yang terbuat dari tetesan air beku) atau hujan es berinteraksi dengan kristal es dengan adanya tetesan air yang sangat dingin. Tanda dan besarnya muatan yang ditransfer selama kontak bergantung pada suhu udara di sekitarnya dan kandungan air di awan, tetapi juga pada ukuran kristal es, kecepatan tumbukan, dan faktor lainnya. Mekanisme elektrifikasi lainnya juga dimungkinkan. Ketika jumlah muatan listrik volumetrik yang terakumulasi di awan menjadi cukup besar, terjadi pelepasan petir antar daerah yang bermuatan berlawanan tanda. Pelepasan juga dapat terjadi antara awan dan tanah, awan dan atmosfer netral, atau awan dan ionosfer. Pada badai petir pada umumnya, antara dua pertiga hingga 100 persen pelepasannya merupakan pelepasan intracloud, intercloud, atau cloud-to-air. Sisanya merupakan pelepasan dari awan ke tanah. Dalam beberapa tahun terakhir, menjadi jelas bahwa petir dapat terjadi secara artifisial di awan, yang dalam kondisi normal tidak berkembang menjadi badai petir. Di awan yang memiliki zona listrik dan menghasilkan medan listrik, petir dapat dipicu oleh gunung, gedung bertingkat, pesawat terbang, atau roket yang berada di zona medan listrik kuat.

Tindakan pencegahan saat terjadi badai petir

Tindakan pencegahan disebabkan oleh fakta bahwa petir terutama menyambar benda-benda yang lebih tinggi. Hal ini terjadi karena pelepasan listrik mengikuti jalur yang hambatannya paling kecil, yaitu jalur yang lebih pendek.

Saat terjadi badai petir, Anda tidak boleh:

  • berada di dekat kabel listrik;
  • bersembunyi dari hujan di bawah pohon (terutama yang tinggi atau sepi);
  • berenang di perairan (karena kepala perenang menonjol dari air, selain itu, air, berkat zat terlarut di dalamnya, memiliki konduktivitas listrik yang baik);
  • berada di ruang terbuka, di “lapangan terbuka”, karena dalam hal ini orang tersebut menonjol secara signifikan di atas permukaan;
  • memanjat ke ketinggian, termasuk atap rumah;
  • gunakan benda logam;
  • berada di dekat jendela;
  • mengendarai sepeda dan sepeda motor;
  • menggunakan telepon genggam (gelombang elektromagnetik mempunyai daya hantar listrik yang baik).

Kegagalan untuk mematuhi peraturan ini sering mengakibatkan kematian atau luka bakar dan cedera parah.