Параметри
Доповідь "небезпечні фактори грозових розрядів". Формування грозових розрядів Східні потоки та шквальні фронти

Доповідь "небезпечні фактори грозових розрядів". Формування грозових розрядів Східні потоки та шквальні фронти

Філія МБОУ «Первомайська середня загальноосвітня

школа» в с.Новоархангельське

Грозові розряди

Небезпечні фактори

грозових розрядів

Виконали:

учні 7 жкласу

Печейкін Максим,

Бриксин Кирило

Рідко хто з людей не відчуває тривоги, трепету перед грозою,

і особливо під час сильної грози.

Гроза - небезпечне атмосферне явище, пов'язане з розвитком потужних купово-дощових хмар, що супроводжуються багаторазовими електричними розрядами між хмарами та земною поверхнею, звуковими явищами, сильними опадами, нерідко з градом.

Назва «гроза» пов'язана з грізністю цього природного явища та великою небезпекою. У давнину люди, не розуміючи природи грози, але бачачи загибель людей і пожежі, що виникають при грозі, пов'язували це явище з гнівом богів, божою карою за гріхи.

Гроза - це винятково красиве природне явище, що викликає у людини захоплення його могутністю та красою. Для грози характерний сильний вітер, часто інтенсивний дощ, іноді з градом. Перед грозою (за годину-дві до грози) атмосферний тиск швидко падає аж до раптового посилення вітру, а потім починає підвищуватися. Як правило, після грози покращується погода, повітря прозоре, свіже і чисте, насичене іонами, що утворюються при розрядах блискавки. Багато письменників, поетів, художників висловили у своїх творах почуття любові та захоплення грозою. Згадайте чудового російського поета Ф.І. Тютчева:

Люблю грозу на початку травня,

Коли весняний, перший грім,

Як би граючись і граючи,

Гукає у небі блакитному.

Грози бувають: місцеві, передні, нічні, в горах.

Найчастіше трапляються місцеві (теплові) грози. Ці грози бувають тільки в спеку при великій вологості атмосферного повітря. Як правило, вони бувають влітку в полуденний або пополудні (12-16 годин). Механізм утворення електричних зарядів у хмарах наступний. Водяна пара у висхідному потоці теплого повітря на висоті конденсується, при цьому виділяється багато тепла (відомо, що якщо процес випаровування вимагає витрат енергії, то процес конденсації супроводжується виділенням теплової енергії; це пояснюється відмінністю у внутрішній енергії речовини в рідкому та газоподібному станах) і висхідні потоки повітря підігріваються. У порівнянні з оточуючим висхідне повітря тепліше, воно збільшується в обсязі, поки не перетвориться на грозову хмару. У великих за розміром грозових хмарах постійно витають кристали льоду і крапельки води, які під впливом висхідного потоку стикаються, дробляться або зливаються. В результаті їх тертя між собою і про повітря та дроблення утворюються позитивні та негативні заряди. Вони поділяються і концентруються у різних частинах хмари. Як правило, у верхній частині хмари накопичуються позитивні заряди, а в нижній (ближній до землі) – негативні. В результаті виникають негативні розряди блискавки, Рідше може мати місце зворотна картина утворення позитивних блискавок. Під дією зарядів виникає сильне електростатичне поле (напруженість електростатичного поля може досягати 100 000 В/м), і різниця потенціалів між окремими частинами хмари, хмарами або хмарою і землею досягає величезних величин. Напруга між хмарою та землею може досягти 80×106 - 100×106В.

При досягненні критичної напруженості електричного повітря виникає лавиноподібна іонізація повітря – іскровий розряд блискавки.

Фронтальна гроза виникає, коли маси холодного повітря проникають у район, де переважає тепла погода. Холодне повітря витісняє тепле, при цьому останнє піднімається на висоту 5--7 км. Теплі шари повітря вторгаються всередину вихорів різного спрямування, утворюється шквал, сильне тертя між шарами повітря, що сприяє накопиченню електричних зарядів. Довжина фронтальної грози може сягати 100 км. На відміну від місцевих гроз після передніх зазвичай холодає. Фронтальна гроза виникає частіше влітку, але на відміну від місцевих гроз, що виникають тільки в спекотні літні дні, може бути і в інші пори року, навіть зимове.

Нічна гроза пов'язана з охолодженням землі вночі та утворенням вихрових потоків висхідного повітря.

Гроза в горах пояснюється різницею величини сонячної радіації, на яку зазнають південні та північні схили гір. Нічні та гірські грози нетривалі. На Землі за рік відбувається 16 мільйонів гроз.

Грозова активність у різних районах нашої планети різна.Світові осередки гроз :

острів Ява – 220, Екваторіальна Африка – 150, Південна Мексика – 142, Панама – 132, Центральна Бразилія – 106 грозових днів на рік.

Грозова активність у Росії:

Мурманськ - 5, Архангельськ - 10 Санкт-Петербург - 15, Москва - 20 грозових днів на рік. Як правило, чим південніше (ДЛЯ північної півкулі Землі) і на північ (ДЛЯ південної півкулі Землі), тим вище грозова активність. Грози в Арктиці та Антарктиці дуже рідкісні.

Види блискавок і причини їх виникнення

Поєднання блискавки та грому називають грозою.

Знаннями про природу блискавки, її небезпеку та способи захисту має володіти кожна людина.

Блискавка- це іскровий розряд статичної електрики, акумульованої в грозових хмарах. На відміну від зарядів, що утворюються на виробництві та в побуті, електричні заряди, що накопичуються в хмарах, незрівнянно більше. Тому енергія іскрового розряду (блискавки) і струми, що при цьому виникають, дуже великі і становлять серйозну небезпеку для людини, тварин, будов. Блискавка супроводжується звуковим імпульсом – громом.

На кожен квадратний кілометр поверхні Землі припадає 2-3 удари блискавки на рік. У землю найчастіше вдаряють блискавки із негативно заряджених хмар.

На вигляд блискавки поділяються на лінійні, перлинні та кульові. Перлинні та кульові блискавки – досить рідкісне явище.

Поширена лінійна блискавка, з якою багаторазово зустрічається будь-яка людина, має вигляд звивистої лінії, що розгалужується. Вели-

чина сили струму в каналі лінійної блискавки складає в середньому 60-170x 103 ампер, зареєстрована блискавка зі струмом 290х 103 ампер. Середня блискавка несе енергію 250 кВт/год (900 МДж), є дані про потужність 2800 кВт/год (10000 МДж). Енергія блискавки в основному реалізується у вигляді світлової, теплової та звукової енергії.

Розряд розвивається за кілька тисячних часток секунди, при таких високих струмах повітря в зоні каналу блискавки практично миттєво розігрівається до температури 33 000 про с. В результаті різко підвищується тиск, повітря розширюється, виникає ударна хвиля, що супроводжується звуковим імпульсом – громом. Оскільки шлях блискавки дуже звивистий, звукові хвилі виникають у різних точках і проходять різні відстані, з'являються звуки різної сили та висоти – громові гуркіти. Звукові хвилі зазнають неодноразових віддзеркалень від хмар, землі, що викликає тривале гуркотіння. Грім не є небезпечним для людини і надає на нього лише психологічний вплив.

Перед грозою і під час неї зрідка в темний час на вершинах високих, загострених об'єктів (маківках дерев, щоглах кораблів, вершинах гострих скель у горах, хрестах церков, блискавковідводах, іноді в горах на людях і тваринах голові, піднятій руці) можна спостерігати свічення, назва, що отримала"Вогні святого Ельма". Ця назва данау давнину моряками, що спостерігали свічення на вершинах щогл вітрильників. Свічення«Вогні Ельма» виникає тому, що у високих загострених предметах напруженість електричного поля, створюваного статичним електричним зарядом хмари, особливо висока. В результаті починається іонізація повітря, виникає тліючий розряд і з'являються червоні язики світіння, що часом коротшають і знову подовжуються. Не слід намагатися гасити ці вогні, оскільки горіння немає. При високій напруженості електричного поля може з'явитися пучок ниток, що світяться. - Коронний розряд, який іноді супроводжується шипінням.«Вогні Ельма » можуть з'являтися і без наявності грозових хмар - частіше в горах при снігових хуртовинах і пильних бурях. Альпіністи досить часто зустрічаються з"Вогнями Ельма".

Лінійна блискавка також зрідка з'являється і за відсутності грозових хмар. Невипадково виникла приказка -

"Грім серед ясного неба".

Перлина блискавка - дуже рідкісне та гарне явище. З'являється відразу після лінійної блискавки і поступово зникає. Переважно розряд перлинної блискавки йде шляхом лінійної. Блискавка має вигляд куль, що світяться, розташованих на відстані 7-12 м один від одного, нагадує перли, нанизані на нитку. Перлинна блискавка може супроводжуватись значними звуковими ефектами.

Кульова блискавка також досить рідкісна. На тисячу звичайних лінійних блискавок припадає 2-3 кульових. Кульова блискавка, як правило, з'являється під час грози, частіше до кінця, рідше після грози. Виникає також, але дуже рідко, при повній відсутностігрозових явищ. Може мати форму кулі, еліпсоїда, груші, диска та навіть ланцюги з'єднаних куль. Колір блискавки червоний, жовтий, оранжево-червоний, оточена пеленою, що світиться. Іноді блискавка сліпучо-біла з дуже різкими обрисами. Колір визначається вмістом різних речовин у повітрі. Форма та колір блискавки можуть змінюватись під час розряду. Природа кульової блискавки та причини її виникнення неясні. Є різні гіпотези про природу кульової блискавки. Наприклад, академік Я.І. Френкель створив теорію, відповідно до якої кульова блискавка розпечена газова куля, що виникає в результаті звичайної лінійної блискавки і складається з хімічно активних газів - переважно окису азоту та одноатомного азоту. Академік П.І. Капиця вважає, що кульова блискавка – це потік плазми у відносно стійкому стані. Є й інші гіпотези, але жодна з них не може пояснити всіх ефектів, пов'язанихз кульової блискавкою. Виміряти параметри кульової блискавки та змоделювати її в лабораторних умовах не вдалося. Очевидно, багато спостерігаються непізнані літаючі об'єкти (НЛО) за своєю природою аналогічні чи близькі кульової блискавки.

7 серпня 2014

Гроза – що це? Звідки беруться блискавки, що розтинають все небо, і грізні гуркіт грому? Гроза – це природне явище. Блискавки, звані електричними розрядами, можуть утворюватися всередині хмар (купчево-дощових), або між земною поверхнею та хмарами. Вони, зазвичай, супроводжуються громом. Блискавки пов'язані зі зливами, шквальним вітром, а нерідко і з градом.

Активність

Гроза - це одне з найнебезпечніших природних явищ. Люди, вражені блискавкою, виживають лише у поодиноких випадках.

Одночасно на планеті діє приблизно 1500 гроз. Інтенсивність розрядів оцінюють у сотню блискавок за секунду.

Розподіл гроз Землі нерівномірне. Наприклад, над континентами їх у 10 разів більше, ніж над океаном. Більша частина (78%) блискавкових розрядів зосереджена в екваторіальній та тропічній зонах. Особливо часто фіксується гроза у Центральній Африці. А ось полярні райони (Антарктика, Арктика) та полюси блискавок практично не бачать. Інтенсивність грози, виявляється, пов'язана із небесним світилом. У середніх широтах пік її припадає на післяполуденний (денний) годинник, на літо. А ось мінімум зареєстрований перед сходом сонця. Важливі та географічні особливості. Найбільш потужні грозові центри знаходяться в Кордильєрах та Гімалаях (гірські райони). Різнорічна кількість «грозових днів» і в Росії. У Мурманську, наприклад, їх лише чотири, в Архангельську — п'ятнадцять, Калінінграді — вісімнадцять, Пітері — 16, у Москві — 24, Брянську — 28, Воронежі — 26, Ростові — 31, Сочі — 50, Самарі — 25, Казані та Єкатеринбурзі - 28, Уфі - 31, Новосибірську - 20, Барнаулі - 32, Читі - 27, Іркутську та Якутську - 12, Благовіщенську - 28, Владивостоці - 13, Хабаровську - 25, Південно-Сахалінську - 7, Петропав.

Розвиток грози

Як воно відбувається? Грозова хмара утворюється лише за певних умов. Обов'язково є наявність висхідних потоків вологи, при цьому має бути наявність структури, де одна частка частинок знаходиться в крижаному стані, інша - в рідкому. Конвекція, що призведе до розвитку грози, виникне у кількох випадках.

Нерівномірне нагрівання приземних верств. Наприклад, над водою за значної різниці температур. Над великими містами грозова інтенсивність буде дещо сильнішою, ніж на околицях.

При витісненні холодним повітрям теплого. Фронтальна конвенція часто розвивається одночасно з обкладинними та шарувато-дощовими хмарами (хмарами).

При підйомах повітря у гірських масивах. Навіть малі височини можуть призвести до посилення утворень хмар. Це вимушена конвекція.

Будь-яка грозова хмара, незалежно від її типу, обов'язково проходить три стадії: купу, зрілості, стадію розпаду.

Класифікація

Грози певний час класифікувалися лише у місці спостереження. Вони поділялися, наприклад, на орфографічні, локальні, передні. Наразі грози класифікують за характеристиками, що залежать від тих метеорологічних оточень, у яких вони розвиваються. Висхідні потоки формуються через нестійкість атмосфери. Для створення грозових хмар це є основною умовою. Дуже важливими є характеристики таких потоків. Залежно від їхньої потужності та величини формуються, відповідно, різні типи грозових хмар. Як вони поділяються?

1. Купово-дощові одноосередкові, (локальні або внутрішньомасові). Мають градову чи грозову активність. Поперечні розміри від 5 до 20 км, вертикальні від 8 до 12 км. «Живе» така хмара до години. Після грози погода мало змінюється.

2. Багатоосередкові кластерні. Тут масштаби більші — до 1000 км. Багатоосередковий кластер охоплює групу грозових осередків, що знаходяться на різних стадіях формування та розвитку і в той же час становлять одне ціле. Як вони влаштовані? Зрілі грозові осередки розташовуються в центрі, що розпадаються з підвітряного боку. Поперечні розміри можуть досягати 40 км. Кластерні багатоосередкові грози «дають» пориви вітру (шквальні, але не сильні), злива, град. Існування одного зрілого осередку обмежується півгодини, а ось сам кластер може «жити» кілька годин.

3. Лінії шквалів. Це також багатоосередкові грози. Їх називають ще лінійними. Вони можуть бути суцільними, так і з брешами. Пориви вітру тут більш тривалі (на передньому фронті). Багатоосередкова лінія при наближенні здається темною стіною хмар. Число потоків (як висхідних, так і низхідних) тут досить велике. Саме тому такий комплекс гроз класифікується, як багатоосередковий, хоча грозова структура інша. Лінія шквала здатна дати інтенсивну зливу і велику град, проте частіше «обмежується» сильними поблажливими потоками. Найчастіше вона проходить перед холодним фронтом. На знімках така система має форму вигнутої цибулі.

4. Суперосередкові грози. Трапляються такі грози рідко. Вони особливо небезпечні для майна та життя людини. Хмара цієї системи схожа з одноосередковим, оскільки обидва відрізняються однією зоною висхідного потоку. Проте розміри у них різні. Суперосередкова хмара - величезна - близько 50 км у радіусі, висота - до 15 км. Межі його можуть бути у стратосфері. Форма нагадує єдину напівкруглу ковадло. Швидкість висхідних потоків набагато вища (до 60 м/с). Характерна риса – наявність обертання. Саме воно створює небезпечні, екстремальні явища (великий град (більше 5 см), руйнівні смерчі). Основним фактором для утворення такої хмари є навколишні умови. Йдеться про дуже сильну конвенцію з температурою від +27 і вітер зі змінним напрямом. Такі умови виникають при зсувах вітру у тропосфері. Опади, що утворюються в висхідних потоках, переносяться в зону низхідних, що забезпечує тривале життя хмарі. Опади розподіляються нерівномірно. Зливи йдуть поблизу висхідного потоку, а град - ближче на північний схід. Задня частина грози може зміститися. Тоді найбільш небезпечною зоною буде поряд з основним висхідним потоком.

Існує ще поняття "суха гроза". Це досить рідкісне, характерне для мусонів. При такій грозі відсутні опади (просто не долітають, випаровуючись внаслідок впливу високої температури).

Швидкість пересування

В ізольованій грозі вона становить приблизно 20 км/год, іноді швидше. Якщо холодні фронти активні, швидкість може становити 80 км/год. У багатьох гроз старі грозові осередки замінюються на нові. Кожна з них проходить відносно невеликий шлях (близько двох кілометрів), однак у сукупності відстань збільшується.

Механізм електризації

Звідки беруться самі блискавки? Електричні заряди навколо хмар і всередині них постійно рухаються. Процес цей досить складний. Найпростіше уявити картину роботи електричних зарядів у зрілих хмарах. Домінує у них дипольна позитивна структура. Як вона розподіляється? Позитивний заряд розміщується вгорі, а негативний – під ним, усередині хмари. Згідно з основною гіпотезою (цю область науки можна поки вважати малозвіданою), більш важкі та великі частинки заряджаються негативно, а дрібні та легені мають позитивний заряд. Перші падають швидше, ніж другі. Це стає причиною просторового розподілу об'ємних зарядів. Такий механізм підтверджується лабораторними експериментами. Мати сильну передачу заряду можуть частинки крижаної крупи або граду. Величина і знак залежатимуть від водності хмари, температури повітря (навколишнього), швидкості зіткнення (основні чинники). Не виключається вплив інших механізмів. Розряди відбуваються між землею та хмарою (або нейтральною атмосферою, або іоносферою). Саме в цей момент ми спостерігаємо спалахи, що розтинають небо. Або блискавки. Процес цей супроводжується гучними гуркотом (громом).

Гроза – це складний процес. На його вивчення можуть піти довгі десятиліття, а можливо навіть століття.

Гроза - Атмосферне явище, при якому всередині хмар або між хмарою і земною поверхнею виникають електричні розряди - блискавки, що супроводжуються громом. Як правило, гроза утворюється в потужних купово-дощових хмарах і пов'язана з дощем, градом і шквальним посиленням вітру.

Гроза відноситься до одного з найнебезпечніших для людини природних явищ: за кількістю зареєстрованих смертних випадків тільки повені призводять до більших людських втрат.

Гроза

Розподіл грозових розрядів на поверхні Землі

Над океаном гроз спостерігається приблизно вдесятеро менше, ніж над континентами. У тропічній та екваторіальній зоні (від 30 ° північної широти до 30 ° південної широти) зосереджено близько 78% всіх блискавкових розрядів. Максимум грозової активності посідає Центральну Африку. У полярних районах Арктики та Антарктики та над полюсами гроз практично не буває. Інтенсивність гроз слід за сонцем: максимум гроз припадає на літо (у середніх широтах) і денні післяполудні години. Мінімум зареєстрованих гроз припадає на якийсь час перед сходом сонця. На грози впливають також географічні особливості місцевості: сильні грозові центри перебувають у гірських районах Гімалаїв та Кордильєр.

Стадії розвитку грозової хмари

Необхідними умовами для виникнення грозової хмари є наявність умов для розвитку конвекції або іншого механізму, що створює висхідні потоки запасу вологи, достатнього для утворення опадів, та наявності структури, в якій частина хмарних частинок знаходиться в рідкому стані, а частина - у крижаному. Конвекція, що призводить до розвитку гроз, виникає у таких випадках:

При нерівномірному нагріванні приземного шару повітря над різною поверхнею, що підстилає. Наприклад, над водною поверхнею та сушею через відмінності в температурі води та ґрунту. Над великими містами інтенсивність конвекції значно вища, ніж у містах.

Під час підйому чи витіснення теплого повітря холодним на атмосферних фронтах. Атмосферна конвекція на атмосферних фронтах значно інтенсивніша і частіше, ніж за внутрішньомасової конвекції. Часто фронтальна конвекція розвивається одночасно з шарувато-дощовими хмарами і облоговими опадами, що маскує купчасто-дощові хмари, що утворюються.

При підйомі повітря у районах гірських масивів. Навіть невеликі височини біля призводять до посилення освіти хмар (за рахунок вимушеної конвекції). Високі гори створюють особливо складні умови у розвиток конвекції і майже завжди збільшують її повторюваність і інтенсивність.

Всі грозові хмари, незалежно від їх типу, послідовно проходять стадії купової хмари, стадію зрілої грозової хмари та стадію розпаду.

Класифікація грозових хмар

У свій час грози класифікувалися відповідно до того, де вони спостерігалися, — наприклад, локальні, фронтальні або орографічні. Нині найбільш прийнято класифікувати грози відповідно до характеристиками самих гроз, і це характеристики переважно залежить від метеорологічного оточення, у якому розвивається гроза.

Основним необхідною умовоюдля утворення грозових хмар є стан нестійкості атмосфери, що формує висхідні потоки. Залежно від величини та потужності таких потоків формуються грозові хмари різних типів.

Одноосередкова хмара

Одноосередкові купово-дощові хмари розвиваються у дні зі слабким вітром у малоградієнтному баричному полі. Їх називають ще внутрішньомасовимиабо локальними грозами.Вони складаються з конвективного осередку з висхідним потоком у своїй центральній частині. Вони можуть досягати грозової та градової інтенсивності та швидко руйнуватися з випаданням опадів. Розміри такої хмари: поперечний – 5-20 км, вертикальний – 8-12 км, тривалість життя – близько 30 хвилин, іноді – до 1 години. Серйозних змін погоди після грози немає.

Цикл життя одноосередкової хмари

Гроза починається з виникнення купової хмари гарної погоди (Cumulus humilis). За сприятливих умов кучові хмари, що виникли, швидко ростуть як у вертикальному, так і в горизонтальному напрямку, при цьому висхідні потоки знаходяться майже по всьому обсягу хмари і збільшуються від 5 м/с до 15-20 м/с. Східні потоки дуже слабкі. Навколишнє повітря активно проникає всередину хмари за рахунок змішування на межі та вершині хмари. Хмара перетворюється на стадію Cumulus mediocris. Найдрібніші водяні краплі, що утворюються в результаті конденсації, в такій хмарі зливаються в більші, які відносяться потужними висхідними потоками вгору. Хмара ще однорідна, складається з крапель води, що утримуються висхідним потоком, - опади не випадають. У верхній частині хмари при попаданні частинок води в зону негативних температур краплі поступово перетворюються на кристали льоду. Хмара переходить у стадію потужно-кучової хмари (Cumulus congestus). Змішаний склад хмари призводить до укрупнення хмарних елементів та створення умов для випадання опадів. Таку хмару називають кучево-дощовою (Cumulonimbus) або кучево-дощовою лисою (Cumulonimbus calvus). Вертикальні потоки у ньому досягають 25 м/с, а рівень вершини досягає висоти 7-8 км.

Частини, що випаровуються, опадів охолоджують навколишнє повітря, що призводить до подальшого посилення низхідних потоків. На стадії зрілості у хмарі одночасно присутні і висхідні, і низхідні повітряні потоки.

На стадії розпаду в хмарі переважають низхідні потоки, які поступово охоплюють всю хмару.

Багатоосередкові кластерні грози

Схема багатоосередкової грозової структури

Це найпоширеніший тип гроз, пов'язаний із мезомасштабними (що мають масштаб від 10 до 1000 км) збуреннями. Багатоосередковий кластер складається з групи грозових осередків, що рухаються як єдине ціле, хоча кожен осередок в кластері знаходиться на різних стадіях розвитку грозової хмари. Грозові осередки, що знаходяться в стадії зрілості, зазвичай розташовуються в центральній частині кластера, а осередки, що розпадаються, — з підвітряної сторони кластера. Вони мають поперечні розміри 20-40 км, їх вершини нерідко піднімаються до тропопаузи та проникають у стратосферу. Багатоосередкові кластерні грози можуть давати град, зливи та відносно слабкі шквальні пориви вітру. Кожен окремий осередок у багатоосередковому кластері знаходиться у зрілому стані близько 20 хвилин; сам багатоосередковий кластер може існувати протягом кількох годин. Даний тип грози зазвичай більш інтенсивний, ніж одноосередкова гроза, але набагато слабше суперячейкової грози.

Багатоосередкові лінійні грози (лінії шквалів)

Багатоосередкові лінійні грози є лінією гроз з тривалим, добре розвиненим фронтом поривів вітру на передній лінії фронту. Лінія шквалів може бути суцільною або містити проломи. Багатоосередкова лінія, що наближається, виглядає як темна стіна хмар, зазвичай покриває горизонт із західного боку (у північній півкулі). Велика кількість близько розташованих висхідних / низхідних потоків повітря дозволяє кваліфікувати даний комплекс гроз як багатоосередковий, хоча його грозова структура різко відрізняється від кластерної грози. Лінії шквалів можуть давати великий град та інтенсивні зливи, але вони більш відомі як системи, що створюють сильні низхідні потоки. p align="justify"> Лінія шквалів близька за властивостями до холодного фронту, але є локальним результатом грозової діяльності. Часто лінія шквалів виникає попереду холодного фронту. На радарних знімках ця система нагадує вигнуту цибулю (bow echo). Дане явище характерне для Північної Америки, на території Європи та Європейської території Росії спостерігається рідше.

Сугровічкові грози

Вертикальна та горизонтальна структура суперосередкової хмари

Суперосередок - найбільш високоорганізована грозова хмара. Суперосередкові хмари відносно рідкісні, але становлять найбільшу загрозу для здоров'я та життя людини та її майна. Суперячейкова хмара схожа з одноосередковим тим, що обидва мають одну зону висхідного потоку. Відмінність полягає в тому, що розмір осередку величезний: діаметр близько 50 км, висота - 10-15 км (нерідко верхня межа проникає в стратосферу) з єдиною напівкруглою ковадлом. Швидкість висхідного потоку в суперосередковій хмарі значно вища, ніж в інших типах грозових хмар: до 40-60 м/с. Основною особливістю, що відрізняє суперкоміркову хмару від хмар інших типів, є наявність обертання. Східний потік, що обертається, в суперосередковій хмарі (в радарній термінології званий мезоциклоном), створює екстремальні за силою погодні явища, такі, як гігантський град(більше 5 см у діаметрі), шквальний вітер до 40 м/с та сильні руйнівні смерчі. Навколишні умови є основним фактором в утворенні суперосередкової хмари. Необхідна дуже сильна конвективна нестійкість повітря. Температура повітря біля землі (до грози) має бути +27...+30 і вище, але головною необхідною умовою є вітер змінного напрямку, що викликає обертання. Такі умови досягаються при зсуві вітру у середній тропосфері. Опади, що утворюються у висхідному потоці, переносяться по верхньому рівню хмари сильним потоком до зони низхідного потоку. Таким чином, зони висхідного та низхідного потоків виявляються розділеними у просторі, що забезпечує життя хмари протягом тривалого періоду часу. Зазвичай на передній кромці хмари суперспостерігається слабкий дощ. Зливові опади випадають поблизу зони висхідного потоку, а найбільш сильні опади та великий град випадають на північний схід від зони основного висхідного потоку. Найбільш небезпечні умови спостерігаються неподалік від зони основного висхідного потоку (зазвичай зміщені до задньої частини грози).

Суперсел (англ. superі cell- осередок) - різновид грози, що характеризується наявністю мезоциклону - глибокого, сильно обертається висхідного потоку. З цієї причини подібні бурі іноді називають грозами, що обертаються. З чотирьох видів грози відповідно до західних класифікацій (суперсел, скуаллайн, мультсел і синглсел) суперсели зустрічаються найменш часто і можуть становити найбільшу небезпеку. Суперсели часто ізольовані від інших гроз та можуть мати фронт розмахом до 32 кілометрів.

Суперсел на заході сонця

Суперсели часто поділяють на три типи: класичні; із низьким рівнем опадів (LP); та з високим рівнем опадів (HP). Суперсели типу LP зазвичай утворюються у більш посушливому кліматі, такому як у високогірних долинах США, а суперсели типу HP більш характерні для більш вологого клімату. Суперсели можуть спостерігатися в будь-якій точці земної кулі, якщо там виникнуть погодні умови, що підходять для їх утворення, але найбільш поширені вони в області Великих рівнин США — в районі, відомому як Долина Торнадо. Також вони можуть спостерігатися в рівнинах в Аргентині, Уругваї та на півдні Бразилії.

Фізичні характеристики грозових хмар

Літакні і радарні дослідження показують, що одиничний грозовий осередок зазвичай досягає висоти близько 8-10 км і живе близько 30 хвилин. Ізольована гроза зазвичай складається з кількох осередків, що у різних стадіях розвитку, і триває близько години. Великі грози можуть досягати в діаметрі десятків кілометрів, їхня вершина може досягати висоти понад 18 км, і вони можуть тривати багато годин.

Висхідні та низхідні потоки

Висхідні та низхідні потоки в ізольованих грозах зазвичай мають діаметр від 0.5 до 2.5 км та висоту від 3 до 8 км. Іноді діаметр висхідного потоку може досягати 4 км. Поблизу поверхні землі потоки зазвичай збільшуються в діаметрі, а швидкість у них падає порівняно з вище розташованими потоками. Характерна швидкість висхідного потоку лежить у діапазоні від 5 до 10 м/с і сягає 20 м/с у верхній частині великих гроз. Дослідницькі літаки, що пролітають крізь грозову хмару на висоті 10 000 м, реєструють швидкість висхідних потоків понад 30 м/с. Найбільш сильні висхідні потоки спостерігаються в організованих грозах.

Шквали

Перед серпневим шквалом 2010 року у Гатчині

У деяких грозах виникають інтенсивні низхідні повітряні потоки, що створюють на поверхні землі вітер руйнівної сили. Залежно від розміру такі низхідні потоки називаються шкваламиабо мікрошквалами.Шквал діаметром понад 4 км. може створювати вітер до 60 м/с. Мікрошквали мають менші розміри, але створюють вітер швидкістю до 75 м/с. Якщо гроза, що породжує шквал, утворюється з досить теплого і вологого повітря, то мікрошквал супроводжуватиметься інтенсивним зливовим дощем. Однак, якщо гроза формується з сухого повітря, опади під час випадання можуть випаруватися (смуги опадів, що випаровуються в повітрі, або virga), і мікрошквал буде сухим. Східні повітряні потоки є серйозною небезпекою для літаків, особливо під час зльоту або посадки, оскільки вони створюють поблизу землі вітер із сильними раптовими змінами швидкості та напряму.

Вертикальний розвиток

У загальному випадку, активна конвективна хмара підніматиметься доти, доки вона не втратить плавучість. Втрата плавучості пов'язана з навантаженням, що створюється осадами, що утворилися в хмарному середовищі, або змішуванням з навколишнім сухим холодним повітрям, або комбінацією цих двох процесів. Зростання хмари також може бути зупинено шаром блокуючої інверсії, тобто шаром, де температура повітря росте з висотою. Зазвичай грозові хмари досягають висоти близько 10 км, але іноді досягають висот понад 20 км. Коли вміст вологи і нестабільність атмосфери високі, то при сприятливому вітрі хмара може зрости до тропопаузи, шару, що відокремлює тропосферу від стратосфери. Тропопауза характеризується температурою, що залишається приблизно постійною зі зростанням висоти і відома як область високої стабільності. Як тільки висхідний потік починає наближатися до стратосфери, то незабаром повітря у вершині хмари стає холоднішим і важчим за навколишнє повітря, і зростання вершини зупиняється. Висота тропопаузи залежить від широти місцевості та від сезону року. Вона варіюється від 8 км у полярних регіонах до 18 км і вище поблизу екватора.

Коли купова конвективна хмара досягає блокуючого шару інверсії тропопаузи, вона починає розтікатися в сторони і утворює характерну для грозових хмар «ковадло». Вітер, що дме на висоті ковадла, зазвичай зносить хмарний матеріал у напрямку вітру.

Турбулентність

Літак, що пролітає крізь грозову хмару (залітати в купово-дощові хмари забороняється), зазвичай потрапляє в болтанку, що кидає літак вгору, вниз та в сторони під дією турбулентних потоків хмари. Атмосферна турбулентність створює відчуття дискомфорту для екіпажу літака та пасажирів та викликає небажані навантаження на літак. Турбулентність вимірюється різними одиницями, але найчастіше її визначають в одиницях g - прискорення вільного падіння (1g = 9,8 м/с2). Шквал один g створює небезпечну для літаків турбулентність. У верхній частині інтенсивних гроз зареєстровані вертикальні прискорення до трьох g.

Рух гроз

Швидкість і рух грозової хмари залежить від напряму землі, насамперед, взаємодією висхідної та низхідної потоків хмари з повітряними потоками, що несуть у середніх шарах атмосфери, в яких розвивається гроза. Швидкість переміщення ізольованої грози зазвичай близько 20 км/год, але деякі грози рухаються набагато швидше. В екстремальних ситуаціях грозова хмара може рухатися зі швидкостями 65-80 км/год - під час проходження активних холодних фронтів. У більшості гроз у міру розсіювання старих грозових осередків послідовно виникають нові грозові осередки. За слабкого вітру окремий осередок за час свого життя може пройти зовсім невеликий шлях, менше двох кілометрів; однак у більших грозах нові осередки запускаються низхідним потоком, що випливає зі зрілої осередки, що створює враження швидкого руху, який не завжди збігається з напрямом вітру. У великих багатоосередкових грозах існує закономірність, коли новий осередок формується праворуч у напрямку несучого повітряного потоку в північній півкулі і зліва від напрямку несучого потоку в Південній півкулі.

Енергія

Енергія, яка приводить в дію грозу, полягає в прихованій теплоті, що вивільняється, коли водяна пара конденсується і утворює хмарні краплі. На кожен грам води, що конденсується в атмосфері, вивільняється приблизно 600 калорій тепла. Коли водні краплі замерзають у верхній частині хмари, додатково вивільняється ще близько 80 калорій на грам. Прихована, що вивільняється теплова енергіячастково перетворюється на кінетичну енергію висхідного потоку. Груба оцінка загальної енергії грози може бути зроблена на основі загальної кількості води, що випала у вигляді опадів із хмари. Типовою є енергія близько 100 мільйонів кіловат-годин, що за приблизною оцінкою еквівалентно ядерному заряду в 20 кілотонн (щоправда, ця енергія виділяється у значно більшому обсязі простору та за набагато більший час). Великі багатоосередкові грози можуть мати енергію і в 10 і в 100 разів більшу.

Східні потоки та шквальні фронти

Шквальний фронт потужної грози

Східні потоки в грозах виникають на висотах, де температура повітря нижча, ніж температура в навколишньому просторі, і цей потік стає ще холоднішим, коли в ньому починають танути крижані частинки опадів і випаровуватись хмарні краплі. Повітря в низхідному потоці не тільки щільніше, ніж навколишнє повітря, але і воно несе ще горизонтальний момент кількості руху, що відрізняється від навколишнього повітря. Якщо низхідний потік виникає, наприклад, на висоті 10 км, то він досягне поверхні землі з горизонтальною швидкістю, помітно більшою, ніж швидкість вітру біля землі. У землі це повітря виноситься вперед перед грозою зі швидкістю, більшою, ніж швидкість руху всієї хмари. Саме тому спостерігач на землі відчує наближення грози потоком холодного повітря ще до того, як грозова хмара опиниться в нього над головою. Похід, що розповсюджується по землі, утворює зону глибиною від 500 метрів до 2 км з виразною відмінністю між холодним повітрям потоку і теплим вологим повітрям, з якого формується гроза. Проходження такого шквального фронту легко визначається посилення вітру та раптовому падінню температури. За п'ять хвилин температура повітря може знизитись на 5°C або більше. Шквал утворює характерний шквальний комір з горизонтальною віссю, різким падінням температури та зміною напряму вітру.

В екстремальних випадках фронт шквалу, створений низхідним потоком, може досягти швидкості, що перевищує 50 м/с, і приносить руйнування будинкам та посівам. Найчастіше сильні шквали виникають, коли організована лінія гроз розвивається за умов сильного вітру середніх висотах. При цьому люди можуть подумати, що ці руйнування спричинені смерчем. Якщо немає свідків, які бачили характерну лійкоподібну хмару смерчу, то причину руйнування можна визначити за характером руйнувань, спричинених вітром. У смерчах руйнування мають кругову картину, а грозовий шквал, викликаний низхідним потоком, несе руйнування переважно одному напрямку. За холодним повітрям зазвичай починається дощ. У деяких випадках дощові краплі повністю випаровуються під час падіння, що призводить до сухої грози. У протилежній ситуації, характерній для сильних багатоосередкових і суперосередкових гроз, йде проливний дощ з градом, що викликає раптові повені.

Смерчі

Смерч - це сильний маломасштабний вихор під хмарами з приблизно вертикальною, але часто вигнутою віссю. Від периферії до центру смерчу спостерігається перепад тиску 100-200 гПа. Швидкість вітру в смерчах може перевищувати 100 м/с, теоретично може сягати швидкості звуку. У Росії смерчі виникають порівняно рідко, але завдають колосальної шкоди. Найбільша повторюваність смерчів посідає південь європейської частини Росії.

Зливи

У невеликих грозах п'ятихвилинний пік інтенсивних опадів може перевищувати 120 мм/год, але решта дощу має значно меншу інтенсивність. Середня гроза дає близько 2000 кубометрів опадів, але велика гроза може дати вдесятеро більше. Великі організовані грози, пов'язані з мезомасштабними конвективними системами можуть створити від 10 до 1000 мільйонів кубометрів опадів.

Електрична структура грозової хмари

Структура зарядів у грозових хмарах у різних регіонах

Розподіл і рух електричних зарядів усередині і навколо грозової хмари є складним процесом, що безперервно змінюється. Тим не менш, можна уявити узагальнену картину розподілу електричних зарядів на стадії зрілості хмари. Домінує позитивна дипольна структура, в якій позитивний заряд знаходиться у верхній частині хмари, а негативний заряд знаходиться під ним усередині хмари. В основі хмари та під нею спостерігається нижній позитивний заряд. Атмосферні іони, рухаючись під дією електричного поля, формують на межах хмари, що екранують шари, що маскують електричну структуру хмари від зовнішнього спостерігача. Вимірювання показують, що в різних географічних умовах основний негативний заряд грозової хмари розташований на висотах із температурою навколишнього повітря від -5 до -17 °C. Чим більша швидкість висхідного потоку в хмарі, тим більшій висоті знаходиться центр негативного заряду. Щільність об'ємного заряду лежить у діапазоні 1-10 Кл/км³. Існує помітна частка гроз з інверсною структурою зарядів: - Негативним зарядом у верхній частині хмари і позитивним зарядом у внутрішній частині хмари, а також зі складною структурою з чотирма і більше зонами об'ємних зарядів різної полярності.

Механізм електризації

Для пояснення формування електричної структури грозової хмари пропонувалося багато механізмів, і досі ця галузь науки є сферою активних досліджень. Основна гіпотеза заснована на тому, що якщо більші та важкі хмарні частинки заряджаються переважно негативно, а більш легкі дрібні частинки несуть позитивний заряд, то просторовий поділ об'ємних зарядів виникає за рахунок того, що великі частинки падають з більшою швидкістю, ніж дрібні компоненти хмар. Цей механізм, загалом, узгоджується з лабораторними експериментами, які показують сильну передачу заряду при взаємодії частинок крижаної крупи (крупа — пористі частинки із замерзлих водяних крапель) чи граду з крижаними кристалами у присутності переохолоджених водяних крапель. Знак і величина заряду, що передається при контактах, залежать від температури навколишнього повітря і водності хмари, але також і від розмірів крижаних кристалів, швидкості зіткнення та інших факторів. Можлива також дія та інших механізмів електризації. Коли величина об'ємного електричного заряду, що накопичився в хмарі, стає досить великою, між областями, зарядженими протилежним знаком, відбувається блискавковий розряд. Розряд може статися також між хмарою та землею, хмарою та нейтральною атмосферою, хмарою та іоносферою. У типовій грозі від двох третин до 100 відсотків розрядів припадають на внутрішньохмарні розряди, міжхмарні розряди або розряди хмара повітря. Решта — це розряди хмара-земля. В останні роки стало зрозуміло, що блискавка може бути штучно ініційована у хмарі, яка у звичайних умовах не переходить у грозову стадію. У хмарах, що мають зони електризації та створюють електричні поля, блискавки можуть бути ініційовані горами, висотними спорудами, літаками або ракетами, що опинилися в зоні потужних електричних полів.

Зарниця - Миттєві спалахи світла на горизонті при віддаленій грозі.

При блискавицях гуркоту грому не чути через дальність, але можна побачити спалахи блискавок, світло яких відбивається від купово-дощових хмар (переважно їх вершин). Явище спостерігається у темний час доби, переважно після 5-го липня, у пору збирання врожаю зернових культур, тому блискавицю в народі приурочували до кінця літа, початку збирання врожаю та іноді називають хлібозарами.

Снігова гроза

Схема формування снігової грози

Снігова гроза (також снігова гроза) - гроза, дуже рідкісне метеорологічне явище, буває у світі 5-6 разів на рік. Замість зливи випадає зливовий сніг, крижаний дощ або крижана крупа. Термін використовується в основному в науково-популярній та зарубіжній літературі (англ. thundersnow). У професійній російській метеорології даного терміна немає: у таких випадках відзначається одночасно гроза та зливовий сніг.

Випадки зимових гроз відзначаються в старовинних російських літописах: грози взимку в 1383 (був «грім страшний дуже і вихор сильний дуже»), в 1396 (у Москві 25 грудня «... був грім, а хмара від південної країни»), в 1447 року (у Новгороді 13 листопада «... опівночі страшний грім і блискавка велике зело»), 1491 року (у Пскові 2 січня чули грім).

Процес виникнення грозових розрядів досить добре вивчений сучасною наукою. Вважається, що у більшості випадків (90%) розряд між хмарою та землею має негативний заряд. Решта більш рідкісні види грозових розрядів можна розділити на три види:

розряд від землі до хмари негативний;
позитивна блискавка від хмари до землі;
спалах від землі до хмари із позитивним зарядом.

Більшість розрядів фіксується в межах однієї хмари або між різними грозовими хмарами.

Освіта блискавки: теорія процесу

Формування грозових розрядів: 1 = приблизно 6 тис. метрів та -30°С, 2 = 15 тис. метрів та -30°С.

Атмосферні електричні розряди або блискавки між землею та небом утворюються при поєднанні та наявності певних необхідних умов, важливим, з яких є поява конвекції. Це природне явище під час, коли повітряні маси досить теплі і вологі переносяться висхідним потоком у верхні шари атмосфери. При цьому волога, що є в них, переходить у твердий агрегатний стан - крижинки. Грозові фронти утворюються, тоді коли купово-дощові хмари розташовуються на висоті понад 15 тис. м, а потоки, що сходять від землі, мають швидкість до 100 км/год. Конвекція призводить до виникнення грозових розрядів, так як більші градинки з нижньої частини хмари стикаються і труться об поверхню легших крижин верхньої його частини.

Заряди грозової хмари та їх розподіл

Негативні та позитивні заряди: 1 = градина, 2 = кристали льоду.

Численні дослідження підтверджують, що більш важкі градинки, що упадають при температурі повітря тепліше - 15°С, носять негативний заряд, а легкі кристали льоду, що утворилися при температурі повітря холодніше - 15°С, зазвичай позитивно заряджені. Повітря, що сходить від землі, піднімають у вищі шари позитивні легкі крижинки, в центральну частину хмари негативні градинки і ділять хмару на три частини:

найвищу зону з позитивним зарядом;
середню чи центральну зону, частково негативно заряджену;
нижню із частково позитивним зарядом.

Вчені пояснюють розвиток блискавки у хмарі тим, що електрони розподіляються таким чином, що його верхня частина має позитивний заряд, а середня і частково нижня - негативний. Іноді цей своєрідний конденсатор розряджається. Що зародилася в негативній частині хмари блискавка йде до позитивної землі. При цьому необхідна сила поля для розряду блискавки повинна бути в межах 0,5-10 кВ/см. Ця величина залежить від ізолюючих властивостей повітря.

Розподіл розряду: 1 = приблизно 6 тис. метрів, 2 = електричне поле.

Розрахунок вартості

Наші об'єкти

АТ "Мосводоканал", Фізкультурно-оздоровчий комплекс будинку відпочинку «Пялово»

Адреса об'єкта:Московська область, Митищинський район, дер. Пруси, буд. 25

Вид робіт:Проектування та монтаж системи зовнішнього блискавкозахисту.

Склад блискавкозахисту:По плоскій покрівлі споруди, що захищається, укладена блискавкоприймальна сітка. Дві димарі захищені за допомогою встановлення на них блискавкоприймальних стрижнів довжиною 2000 мм і діаметром 16 мм. Як блискавкоприймальний провідник використана сталь гарячого цинкування діаметром 8 мм (перетин 50 кв.мм відповідно до РД 34.21.122-87). Струмовідводи прокладені за водостічні труби на хомутах із затискними клемами. Для струмовідводів використаний провідник із сталі гарячого цинкування діаметром 8 мм.

ГТЕС Терешкове

Адреса об'єкта:м Москва. Борівське ш., комунальна зона «Терешкове».

Вид робіт:монтаж системи зовнішнього блискавкозахисту (блискавкоприймальна частина та струмовідводи).

Комплектуючі:

Виконання:Загальна кількість провідника із сталі гарячого цинкування для 13 споруд у складі об'єкта становила 21.5000 метрів. По покрівлях прокладається блискавкоприймальна сітка з кроком осередку 5х5 м, по кутах будівель монтуються по 2 струмовідводи. Як елементи кріплення використані стінові тримачі, проміжні з'єднувачі, тримачі для плоскої покрівлі з бетоном, швидкісні сполучні клеми.

Сонячногірський завод "ЄВРОПЛАСТ"

Адреса об'єкта:Московська обл., Сонячногірський район, дер. Радумля.

Вид робіт:Проектування системи блискавкозахисту промислової будівлі.

Комплектуючі:виробництва фірми OBO Bettermann.

Вибір системи блискавкозахисту:Блискавкозахист усієї будівлі виконати по III категорії у вигляді блискавкоприймальної сітки з гарячеоцинкованого провідника Rd8 з кроком вічка 12х12 м. Блискавий провідник укласти поверх покрівельного покриття на тримачі для м'якої покрівлі із пластику з бетонним обтяженням. Забезпечити додатковий захист обладнання на нижньому рівні покрівлі встановленням багаторазового стрижневого блискавковідводу, що складається із стрижневих блискавкоприймачів. Як блискавкоприймач використовувати сталевий гарячеоцинкований прут Rd16 довжиною 2000 мм.

Будівля Макдональдса

Адреса об'єкта:Московська обл., м. Домодєдово, траса М4-Дон

Вид робіт:Виготовлення та монтаж системи зовнішнього блискавкозахисту.

Комплектуючі:Виробництво фірми J.Propster.

Склад комплекту:блискавка сітка з провідника Rd8, 50 кв.мм, СГЦ; алюмінієві блискавичні стрижні Rd16 L=2000 мм; універсальні з'єднувачі Rd8-10/Rd8-10, СГЦ; проміжні з'єднувачі Rd8-10/Rd16, Al; стінові утримувачі Rd8-10, СГЦ; клеми кінцеві, СГЦ; пластикові утримувачі на плоскій покрівлі з кришкою (з бетоном) для оцинкованого провідника Rd8; ізольовані штанги d=16 L=500 мм.

Приватний котедж, Новоризьке шосе

Адреса об'єкта:Московська обл., Новоризьке шосе, котеджне селище

Вид робіт:виготовлення та монтаж системи зовнішнього блискавкозахисту.

Комплектуючівиробництва фірми Dehn.

Специфікація:провідники Rd8 з оцинкованої сталі, мідні провідники Rd8, мідні тримачі Rd8-10 (в т.ч. конькові), з'єднувачі універсальні Rd8-10 з оцинкованої сталі, клема-тримачі Rd8-10 з міді та нержавіючої сталі, мідні фальцеві клемма 10, біметалічні проміжні з'єднувачі Rd8-10/Rd8-10, стрічка та хомути кріплення стрічки на мідний водосток.

Садиба, Ікша

Адреса об'єкта:Московська обл., селище Ікша

Вид робіт:Проектування та монтаж систем зовнішнього блискавкозахисту, заземлення та зрівнювання потенціалів.

Комплектуючі: B-S-Technic, Citel.

Зовнішній блискавкозахист:блискавичні стрижні з міді, мідний провідник загальною довжиною 250 м, покрівельні та фасадні тримачі, сполучні елементи.

Внутрішній блискавкозахист:Розрядник DUT250VG-300/G TNC, виробництво Citel GmbH.

Заземлення:стрижні заземлення із оцинкованої сталі Rd20 12 шт. із наконечниками, сталева смуга Fl30 загальною довжиною 65 м, хрестові з'єднувачі.

Садиба, Ярославське шосе

Адреса об'єкта:Московська обл., Пушкінський район, Ярославське шосе, котеджне селище

Вид робіт:Проектування та монтаж системи зовнішнього блискавкозахисту та заземлення.

Комплектуючівиробництва фірми Dehn.

Склад комплекту блискавкозахисту споруди:провідник Rd8, 50 кв.мм, мідь; хомут Rd8-10 трубний; блискавичні стрижні Rd16 L=3000 мм, мідь; стрижні заземлення Rd20 L=1500 мм, СГЦ; смуга Fl30 25х4 (50 м), оцинкована сталь; розрядник DUT250VG-300/G TNC, CITEL GmbH.

Територія "Ногінськ-Технопарк", виробничо-складський корпус з офісно-побутовим блоком

Адреса об'єкта:Московська обл., Ногінський район.

Вид робіт:виробництво та монтаж системи зовнішнього блискавкозахисту та заземлення.

Комплектуючі: J. Propster.

Зовнішній блискавкозахист:На плоскій покрівлі будівлі, що захищається, укладена блискавкоприймальна сітка з кроком осередку 10 х10 м. Зенітні ліхтарі захищені за допомогою встановлення на них блискавичних стрижнів довжиною 2000 мм і діаметром 16 мм у кількості дев'яти штук.

Струмовідводи:Прокладено у «пирозі» фасадів будівлі в кількості 16 штук. Для струмовідведення використаний провідник з оцинкованої сталі в ПВХ-оболонці діаметром 10 мм.

Заземлення:Виконано у вигляді кільцевого контуру з горизонтальним заземлювачем у вигляді оцинкованої смуги 40х4 мм та глибинними стрижнями заземлення Rd20 довжиною L 2х1500 мм.

Усі об'єкти

Новини

Енциклопедичний YouTube

1 / 5

✪ Чомучка: Що таке гроза? Навчальний мультфільм для дітей

✪ ДЕ МОЖНА ПОБАЧИТИ КУЛЬОВУ блискавку

✪ Кульова блискавка / Спрайти, ельфи, джети / Грозові явища

✪ Що буде, якщо блискавка вдарить у річку

✪ Жорстко в грозу, воду, бруд! На електросамокаті ZAXBOARD AVATAR / Арстайл /

Субтитри

Географія гроз

Одночасно на Землі діє близько півтори тисячі гроз, середня інтенсивність розрядів оцінюється як 100 блискавок на секунду. На поверхні планети грози розподіляються нерівномірно. Над океаном гроз спостерігається приблизно вдесятеро менше, ніж над континентами. У тропічній та екваторіальній зоні (від 30 ° північної широти до 30 ° південної широти) зосереджено близько 78% всіх блискавкових розрядів. Максимум грозової активності припадає на Центральну Африку. У полярних районах Арктики та Антарктики та над полюсами гроз практично не буває. Інтенсивність гроз слід за сонцем: максимум гроз припадає на літо (у середніх широтах) і денні післяполудні години. Мінімум зареєстрованих гроз припадає на якийсь час перед сходом сонця. На грози впливають також географічні особливості місцевості: сильні грозові центри перебувають у гірських районах Гімалаїв та Кордильєр.

Середньорічне число днів із грозою в деяких містах Росії:

Місто	Число днів із грозою
Архангельськ	20
Астрахань	14
Барнаул	32
Благовіщенськ	28
Брянськ	28
Владивосток	13
Волгоград	21
Воронеж	26
Єкатеринбург	28
Іркутськ	15
Казань	28
Калінінград	18
Красноярськ	24
Москва	24
Мурманськ	4
Нижній Новгород	28
Новосибірськ	20
Київ	27
Оренбург	28
Петропавловськ-Камчатський	1
Ростов-на-Дону	31
Самара	25
Санкт-Петербург	16
Саратов	28
Сочі	50
Ставропіль	26
Сиктивкар	25
Томськ	24
Уфа	31
Хабаровськ	25
Ханти-Мансійськ	20
Челябінськ	24
Чита	27
Південно-Сахалінськ	7
Якутськ	12

Стадії розвитку грозової хмари

Необхідними умовами для виникнення грозової хмари є наявність умов для розвитку конвекції або іншого механізму, що створює висхідні потоки запасу вологи, достатнього для утворення опадів, та наявності структури, в якій частина хмарних частинок знаходиться в рідкому стані, а частина - в крижаному. Конвекція, що призводить до розвитку гроз, виникає у таких випадках:

при нерівномірному нагріванні приземного, шару повітря над різною поверхнею, що підстилає. Наприклад, над водною поверхнею та сушею через відмінності в температурі води та ґрунту. Над великими містами інтенсивність конвекції значно вища, ніж у містах.
під час підйому чи витіснення теплого повітря холодним на атмосферних фронтах. Атмосферна конвекція на атмосферних фронтах значно інтенсивніша і частіше, ніж за внутрішньомасової конвекції. Часто фронтальна конвекція розвивається одночасно з шарувато-дощовими хмарами і облоговими опадами, що маскує купчасто-дощові хмари, що утворюються.
під час підйому повітря у районах гірських масивів. Навіть невеликі височини біля призводять до посилення освіти хмар (за рахунок вимушеної конвекції). Високі гори створюють особливо складні умови у розвиток конвекції і майже завжди збільшують її повторюваність і інтенсивність.

Класифікація грозових хмар

У 20 столітті грози класифікувалися відповідно до умов формування: внутрішньомасові, фронтальні або орографічні. Нині найбільш прийнято класифікувати грози відповідно до характеристиками самих гроз, і це характеристики переважно залежить від метеорологічного оточення, у якому розвивається гроза.
Основною необхідною умовою для утворення грозових хмар є стан нестійкості атмосфери, що формує висхідні потоки. Залежно від величини та потужності таких потоків формуються грозові хмари різних типів.

Одноосередкове

Одноосередкові купово-дощові (Cumulonimbus, Cb) хмари розвиваються у дні зі слабким вітром у малоградієнтному баричному полі. Їх називають ще внутрішньомасовими чи локальними. Вони складаються з конвективного осередку зі висхідним потоком у центральній своїй частині, можуть досягати грозової та градової інтенсивності та швидко руйнуватися з випаданням опадів. Розміри такої хмари: поперечний – 5-20 км, вертикальний – 8-12 км, тривалість життя – близько 30 хвилин, іноді – до 1 години. Серйозних змін погоди після грози немає.
Формування хмарності починається з виникнення купової хмари гарної погоди (Cumulus humilis). За сприятливих умов кучові хмари, що виникли, швидко ростуть як у вертикальному, так і в горизонтальному напрямку, при цьому висхідні потоки знаходяться майже по всьому обсягу хмари і збільшуються від 5 м/с до 15-20 м/с. Східні потоки дуже слабкі. Навколишнє повітря активно проникає всередину хмари за рахунок змішування на межі та вершині хмари. Хмара перетворюється на стадію середніх купових (Cumulus mediocris). Найдрібніші водяні краплі, що утворюються в результаті конденсації, в такій хмарі зливаються в більші, які відносяться потужними висхідними потоками вгору. Хмара ще однорідна, складається з крапель води, що утримуються висхідним потоком, - опади не випадають. У верхній частині хмари при попаданні частинок води в зону негативних температур краплі поступово перетворюються на кристали льоду. Хмара переходить у стадію потужної купової хмари (Cumulus congestus). Змішаний склад хмари призводить до укрупнення хмарних елементів та створення умов для випадання опадів та утворення грозових розрядів. Таку хмару називають кучево-дощовим (Cumulonimbus) або (в окремому випадку) кучево-дощовим лисим (Cumulonimbus calvus). Вертикальні потоки у ньому досягають 25 м/с, а рівень вершини сягає висоти 7-8 км.
Частини, що випаровуються, опадів охолоджують навколишнє повітря, що призводить до подальшого посилення низхідних потоків. На стадії зрілості у хмарі одночасно присутні і висхідні, і низхідні повітряні потоки.
На стадії розпаду в хмарі переважають низхідні потоки, які поступово охоплюють всю хмару.

Багатоосередкові кластерні грози

Це найпоширеніший тип гроз, пов'язаний із мезомасштабними (що мають масштаб від 10 до 1000 км) збуреннями. Багатоосередковий кластер складається з групи грозових осередків, що рухаються як єдине ціле, хоча кожен осередок в кластері знаходиться на різних стадіях розвитку грозової хмари. Грозові осередки, що знаходяться в стадії зрілості, зазвичай розташовуються в центральній частині кластера, а осередки, що розпадаються, - з підвітряної сторони кластера. Вони мають поперечні розміри 20-40 км, їхні вершини нерідко піднімаються до тропопаузи та проникають у стратосферу. Багатоосередкові кластерні грози можуть давати град, зливи та відносно слабкі шквальні пориви вітру. Кожен окремий осередок у багатоосередковому кластері знаходиться у зрілому стані близько 20 хвилин; сам багатоосередковий кластер може існувати протягом кількох годин. Даний тип грози зазвичай більш інтенсивний, ніж одноосередкова гроза, але набагато слабше суперячейкової грози.

Багатоосередкові лінійні грози (лінії шквалів)

Багатоосередкові лінійні грози є лінією гроз з тривалим, добре розвиненим фронтом поривів вітру на передній лінії фронту. Лінія шквалів може бути суцільною або містити проломи. Багатоосередкова лінія, що наближається, виглядає як темна стіна хмар, зазвичай покриває горизонт із західного боку (у північній півкулі). Велика кількість близько розташованих висхідних / низхідних потоків повітря дозволяє кваліфікувати даний комплекс гроз як багатоосередковий, хоча його грозова структура різко відрізняється від кластерної грози. Лінії шквалів можуть давати великий град (діаметром більше 2 см) та інтенсивні зливи, але вони відомі як системи, що створюють сильні низхідні потоки та зрушення вітру, небезпечні для авіації. p align="justify"> Лінія шквалів близька за властивостями до холодного фронту, але є локальним результатом грозової діяльності. Часто лінія шквалів виникає попереду холодного фронту. На радарних знімках ця система нагадує вигнуту цибулю (bow echo). Дане явище характерне для Північної Америки, на території Європи та Європейської території Росії спостерігається рідше.

Сугровічкові грози

Суперосередок - найбільш високоорганізована грозова хмара. Суперосередкові хмари відносно рідкісні, але становлять найбільшу загрозу для здоров'я та життя людини та її майна. Суперячейкова хмара схожа з одноосередковим тим, що обидва мають одну зону висхідного потоку. Відмінність полягає в розмірі суперосередка: діаметр близько 50 км, висота - 10-15 км (нерідко верхня межа проникає в стратосферу) з єдиною напівкруглою ковадлом. Швидкість висхідного потоку в суперосередковій хмарі значно вища, ніж в інших типах грозових хмар: до 40-60 м/с. Основною особливістю, що відрізняє суперкоміркову хмару від хмар інших типів, є наявність обертання. Східний потік, що обертається, в суперосередковій хмарі (в радарній термінології званий мезоциклоном), створює екстремальні за силою погодні явища, такі, як великий град (діаметром 2-5 см, іноді і більше), шквали зі швидкістю до 40 м/с і сильні руйнівні зміри . Навколишні умови є основним фактором в утворенні суперосередкової хмари. Необхідна дуже сильна конвективна нестійкість повітря. Температура повітря біля землі (до грози) має бути +27...+30 і вище, але головною необхідною умовою є вітер змінного напрямку, що викликає обертання. Такі умови досягаються при зсуві вітру у середній тропосфері. Опади, що утворюються у висхідному потоці, переносяться по верхньому рівню хмари сильним потоком до зони низхідного потоку. Таким чином, зони висхідного та низхідного потоків виявляються розділеними у просторі, що забезпечує життя хмари протягом тривалого періоду часу. Зазвичай на передній кромці хмари суперспостерігається слабкий дощ. Зливові опади випадають поблизу зони висхідного потоку, а найбільш сильні опади та великий град випадають на північний схід від зони основного висхідного потоку. Найбільш небезпечні умови спостерігаються неподалік від зони основного висхідного потоку (зазвичай зміщені до задньої частини грози).

Фізичні характеристики грозових хмар

Літакні та радарні дослідження показують, що одиничний грозовий осередок зазвичай досягає висоти близько 8-10 км і живе близько 30 хвилин. Ізольована гроза зазвичай складається з кількох осередків, що у різних стадіях розвитку, і триває близько години. Великі грози можуть досягати в діаметрі десятків кілометрів, їхня вершина може досягати висоти понад 18 км, і вони можуть тривати багато годин.

Висхідні та низхідні потоки

Висхідні та низхідні потоки в ізольованих грозах зазвичай мають діаметр від 0,5 до 2,5 км та висоту від 3 до 8 км. Іноді діаметр висхідного потоку може досягати 4 км. Поблизу поверхні землі потоки зазвичай збільшуються в діаметрі, а швидкість у них падає порівняно з вище розташованими потоками. Характерна швидкість висхідного потоку лежить у діапазоні від 5 до 10 м/с і сягає 20 м/с у верхній частині великих гроз. Дослідницькі літаки, що пролітають крізь грозову хмару на висоті 10 000 м, реєструють швидкість висхідних потоків понад 30 м/с. Найбільш сильні висхідні потоки спостерігаються в організованих грозах.

Шквали

У деяких грозах виникають інтенсивні низхідні повітряні потоки, що створюють на поверхні землі вітер руйнівної сили. Залежно від розміру, такі низхідні потоки називаються шквалами або мікрошквалами. Шквал діаметром понад 4 км. може створювати вітер до 60 м/с. Мікрошквали мають менші розміри, але створюють вітер швидкістю до 75 м/с. Якщо гроза, що породжує шквал, утворюється з досить теплого і вологого повітря, то мікрошквал супроводжуватиметься інтенсивним зливовим дощем. Однак, якщо гроза формується з сухого повітря, опади під час випадання можуть випаруватися (смуги опадів, що випаровуються в повітрі, або virga), і мікрошквал буде сухим. Східні повітряні потоки є серйозною небезпекою для літаків, особливо під час зльоту або посадки, оскільки вони створюють поблизу землі вітер із сильними раптовими змінами швидкості та напряму.

Вертикальний розвиток

Турбулентність

Літак, що пролітає крізь грозову хмару (залітати в купово-дощові хмари забороняється), зазвичай потрапляє в болтанку, що кидає літак вгору, вниз та в сторони під дією турбулентних потоків хмари. Атмосферна турбулентність створює відчуття дискомфорту для екіпажу літака та пасажирів та викликає небажані навантаження на літак. Турбулентність вимірюється різними одиницями, але найчастіше її визначають у одиницях g – прискорення вільного падіння (1g = 9,8 м/с 2). Шквал один g створює небезпечну для літаків турбулентність. У верхній частині інтенсивних гроз зареєстровані вертикальні прискорення до трьох g.

Рух

Швидкість і рух грозової хмари залежить від напряму вітру, насамперед, взаємодії висхідної та низхідної потоків хмари з повітряними потоками, що несуть у середніх шарах атмосфери, в яких розвивається гроза. Швидкість переміщення ізольованої грози зазвичай близько 20 км/год, але деякі грози рухаються набагато швидше. В екстремальних ситуаціях грозова хмара може рухатися зі швидкостями 65-80 км/год – під час проходження активних холодних фронтів. У більшості гроз у міру розсіювання старих грозових осередків послідовно виникають нові грозові осередки. За слабкого вітру окремий осередок за час свого життя може пройти зовсім невеликий шлях, менше двох кілометрів; однак у більших грозах нові осередки запускаються низхідним потоком, що випливає зі зрілої осередки, що створює враження швидкого руху, який не завжди збігається з напрямом вітру. У великих багатоосередкових грозах існує закономірність, коли новий осередок формується праворуч у напрямку несучого повітряного потоку в північній півкулі і зліва від напрямку несучого потоку в південній півкулі.

Енергія

Енергія, яка приводить в дію грозу, полягає в прихованій теплоті, що вивільняється, коли водяна пара конденсується і утворює хмарні краплі. На кожен грам води, що конденсується в атмосфері, вивільняється приблизно 600 калорій тепла. Коли водні краплі замерзають у верхній частині хмари, додатково вивільняється ще близько 80 калорій на грам. Прихована теплова енергія, що вивільняється, частково перетворюється в кінетичну енергію висхідного потоку. Груба оцінка загальної енергії грози може бути зроблена на основі загальної кількості води, що випала у вигляді опадів із хмари. Типовою є енергія близько 100 мільйонів кіловат-годин, що за приблизною оцінкою еквівалентно ядерному заряду в 20 кілотонн (щоправда, ця енергія виділяється у значно більшому обсязі простору та за набагато більший час). Великі багатоосередкові грози можуть володіти енергією в десятки і сотні разів більшою.

Погодні явища під грозами

Східні потоки та шквальні фронти

Східні потоки в грозах виникають на висотах, де температура повітря нижча, ніж температура в навколишньому просторі, і цей потік стає ще холоднішим, коли в ньому починають танути крижані частинки опадів і випаровуватись хмарні краплі. Повітря в низхідному потоці не тільки щільніше, ніж навколишнє повітря, але і воно несе ще горизонтальний момент кількості руху, що відрізняється від навколишнього повітря. Якщо низхідний потік виникає, наприклад, на висоті 10 км, то він досягне поверхні землі з горизонтальною швидкістю, помітно більшою, ніж швидкість вітру біля землі. У землі це повітря виноситься вперед перед грозою зі швидкістю, більшою, ніж швидкість руху всієї хмари. Саме тому спостерігач на землі відчує наближення грози потоком холодного повітря ще до того, як грозова хмара опиниться в нього над головою. Похід, що розповсюджується по землі, утворює зону глибиною від 500 метрів до 2 км з виразною відмінністю між холодним повітрям потоку і теплим вологим повітрям, з якого формується гроза. Проходження такого шквального фронту легко визначається посилення вітру та раптовому падінню температури. За п'ять хвилин температура повітря може знизитись на 5 °C або більше. Шквал утворює характерний шквальний комір з горизонтальною віссю, різким падінням температури та зміною напряму вітру.

Смерчі

Смерч – це сильний маломасштабний вихор під грозовими хмарами з приблизно вертикальною, але часто вигнутою віссю. Від периферії до центру смерчу спостерігається перепад тиску 100-200 гПа. Швидкість вітру в смерчах може перевищувати 100 м/с, теоретично може сягати швидкості звуку. У Росії її смерчі виникають порівняно рідко. Найбільша повторюваність смерчів посідає південь європейської частини Росії.

Зливи

У невеликих грозах п'ятихвилинний пік інтенсивних опадів може перевищувати 120 мм/год, але решта дощу має на порядок меншу інтенсивність. Середня гроза дає близько 2000 кубометрів опадів, але велика гроза може дати вдесятеро більше. Великі організовані грози, пов'язані з мезомасштабними конвективними системами можуть створити від 10 до 1000 мільйонів кубометрів опадів.

Електрична структура грозової хмари

Механізм електризації

Для пояснення формування електричної структури грозової хмари пропонувалося багато механізмів, і досі ця галузь науки є сферою активних досліджень. Основна гіпотеза заснована на тому, що якщо більші та важкі хмарні частинки заряджаються переважно негативно, а більш легкі дрібні частинки несуть позитивний заряд, то просторовий поділ об'ємних зарядів виникає за рахунок того, що великі частинки падають з більшою швидкістю, ніж дрібні компоненти хмар. Цей механізм, загалом, узгоджується з лабораторними експериментами, які показують сильну передачу заряду при взаємодії частинок крижаної крупи (крупа - пористі частинки із замерзлих водяних крапель) або граду з крижаними кристалами у присутності переохолоджених водяних крапель. Знак і величина заряду, що передається при контактах, залежать від температури навколишнього повітря і водності хмари, але також і від розмірів крижаних кристалів, швидкості зіткнення та інших факторів. Можлива також дія та інших механізмів електризації. Коли величина об'ємного електричного заряду, що накопичився в хмарі, стає досить великою, між областями, зарядженими протилежним знаком, відбувається блискавковий розряд. Розряд може статися також між хмарою та землею, хмарою та нейтральною атмосферою, хмарою та іоносферою. У типовій грозі від двох третин до 100 відсотків розрядів припадають на внутрішньохмарні розряди, міжхмарні розряди чи розряди хмара – повітря. Частина, що залишилася, - це розряди хмара-земля. В останні роки стало зрозуміло, що блискавка може бути штучно ініційована у хмарі, яка у звичайних умовах не переходить у грозову стадію. У хмарах, що мають зони електризації та створюють електричні поля, блискавки можуть бути ініційовані горами, висотними спорудами, літаками або ракетами, що опинилися в зоні потужних електричних полів.

Запобіжні заходи під час грози

Запобіжні заходи зумовлені тим, що блискавка б'є в основному в більш високі предмети. Це відбувається тому, що електричний розряд йде шляхом найменшого опору, тобто більш коротким шляхом.

Під час грози в жодному разі не можна:

перебувати біля ліній електропередач;
ховатися від дощу під деревами (особливо під високими або самотніми);
плавати у водоймах (оскільки голова плавця виступає з води, крім того, вода, завдяки розчиненим у ній речовинам, має хорошу електропровідність);
перебувати у відкритому просторі, у «чистому полі», оскільки у разі людина значно виступає над поверхнею;
забиратися на височини, у тому числі на дахи будинків;
користуватись металевими предметами;
перебувати біля вікон;
їздити на велосипеді та мотоциклі;
користуватися мобільним телефоном (електромагнітні хвилі мають хорошу електропровідність).

Недотримання цих правил часто призводить до загибелі людей або отримання опіків та тяжких травм.