Гроза , также известная как электрический шторм или грозовой шторм , — это шторм, характеризующийся наличием молнии [1] и ее акустическим воздействием на атмосферу Земли , известным как гром . [2] Относительно слабые грозы иногда называют грозовыми ливнями . [3] Грозы происходят в типе облаков, известном как кучево-дождевые . [4] Они обычно сопровождаются сильным ветром [1] и часто вызывают сильный дождь [1] , а иногда снег , мокрый снег или град , [1] но некоторые грозы производят мало осадков или вообще не производят осадков . Грозы могут выстраиваться в ряд или становиться полосой дождя , известной как линия шквала . Сильные или сильные грозы включают некоторые из самых опасных погодных явлений, включая крупный град, сильные ветры и торнадо . Некоторые из самых постоянных сильных гроз, известные как суперячейки , вращаются, как и циклоны. В то время как большинство гроз движутся вместе со средним ветровым потоком через слой тропосферы , который они занимают, вертикальный сдвиг ветра иногда вызывает отклонение их курса под прямым углом к направлению сдвига ветра.
Грозы возникают из-за быстрого движения вверх теплого влажного воздуха, иногда вдоль фронта . [5] Однако для быстрого ускорения воздуха вверх требуется некое облачное воздействие , будь то фронт, коротковолновая ложбина или другая система. По мере того, как теплый влажный воздух движется вверх, он охлаждается , конденсируется [5] и образует кучево-дождевое облако, которое может достигать высоты более 20 километров (12 миль). Когда поднимающийся воздух достигает температуры точки росы , водяной пар конденсируется в капли воды или лед, локально снижая давление внутри грозовой ячейки. Любые осадки выпадают на большом расстоянии через облака к поверхности Земли. По мере падения капель они сталкиваются с другими каплями и становятся больше. Падающие капли создают нисходящий поток , поскольку он тянет за собой холодный воздух, и этот холодный воздух распространяется у поверхности Земли, иногда вызывая сильные ветры, которые обычно связаны с грозами.
Грозы могут образовываться и развиваться в любом географическом месте, но чаще всего в средних широтах , где теплый влажный воздух из тропических широт сталкивается с более холодным воздухом из полярных широт. [6] Грозы ответственны за развитие и формирование многих суровых погодных явлений, которые могут быть потенциально опасными. Ущерб, возникающий в результате гроз, в основном наносится нисходящими ветрами, крупными градинами и внезапными наводнениями , вызванными обильными осадками . Более сильные грозовые ячейки способны производить торнадо и водяные смерчи .
Существует три типа гроз: одноячеечные , многоячеечные и сверхячеечные . [7] Сверхячеечные грозы являются самыми сильными и самыми суровыми. [7] Мезомасштабные конвективные системы, образованные благоприятным вертикальным сдвигом ветра в тропиках и субтропиках, могут быть ответственны за развитие ураганов . Сухие грозы без осадков могут вызывать вспышки лесных пожаров из-за тепла, выделяемого молнией от облака к земле, которая их сопровождает. Для изучения гроз используются несколько средств: метеорологический радар , метеостанции и видеосъемка. Прошлые цивилизации поддерживали различные мифы относительно гроз и их развития вплоть до 18 века. За пределами земной атмосферы грозы также наблюдались на планетах Юпитер , Сатурн , Нептун и, возможно, Венера .
Теплый воздух имеет меньшую плотность, чем холодный воздух, поэтому более теплый воздух поднимается вверх, а более холодный оседает внизу [8] (этот эффект можно увидеть с помощью воздушного шара ). [9] Облака образуются, когда относительно теплый воздух, несущий влагу, поднимается в более холодном воздухе. Влажный воздух поднимается и, по мере того, как он это делает, охлаждается, и часть водяного пара в этом поднимающемся воздухе конденсируется . [10] Когда влага конденсируется, она выделяет энергию, известную как скрытая теплота конденсации, которая позволяет поднимающемуся пакету воздуха охлаждаться меньше, чем более холодный окружающий воздух [11], продолжая подъем облака. Если в атмосфере присутствует достаточная нестабильность , этот процесс будет продолжаться достаточно долго для образования кучево-дождевых облаков и возникновения молний и грома . Метеорологические индексы, такие как конвективная доступная потенциальная энергия (CAPE) и подъемный индекс, могут использоваться для определения потенциального вертикального развития облаков вверх. [12] Как правило, для образования гроз требуются три условия:
Все грозы, независимо от типа, проходят три стадии: стадию развития , стадию зрелости и стадию рассеивания . [13] [14] Средняя гроза имеет диаметр 24 км (15 миль). В зависимости от условий, присутствующих в атмосфере, каждая из этих трех стадий занимает в среднем 30 минут. [15]
Первая стадия грозы — это стадия кучевых облаков или стадия развития. На этой стадии массы влаги поднимаются вверх в атмосферу. Спусковым крючком для этого подъема может быть солнечное освещение , где нагревание земли создает термики , или где два ветра сходятся, заставляя воздух подниматься вверх, или где ветры дуют над местностью с увеличивающейся высотой. Влага, переносимая вверх, охлаждается в жидкие капли воды из-за более низких температур на большой высоте, которые выглядят как кучевые облака. Когда водяной пар конденсируется в жидкость, высвобождается скрытое тепло , которое нагревает воздух, делая его менее плотным, чем окружающий, более сухой воздух. Воздух имеет тенденцию подниматься в восходящем потоке через процесс конвекции (отсюда термин конвективные осадки ). Этот процесс создает зону низкого давления внутри и под формирующейся грозой. Во время типичной грозы в атмосферу Земли поднимается приблизительно 500 миллионов килограммов водяного пара . [16] [ неудачная проверка ]
На зрелой стадии грозы нагретый воздух продолжает подниматься, пока не достигнет области более теплого воздуха и не сможет подняться дальше. Часто эта «шапка» является тропопаузой . Вместо этого воздух вынужден распространяться, придавая шторму характерную форму наковальни . Образовавшееся облако называется кучево-дождевым наковальней . Капли воды объединяются в более крупные и тяжелые капли и замерзают, превращаясь в ледяные частицы. По мере падения они тают, превращаясь в дождь. Если восходящий поток достаточно сильный, капли удерживаются наверху достаточно долго, чтобы стать настолько большими, что они не тают полностью, а выпадают в виде града . Пока восходящие потоки все еще присутствуют, падающий дождь увлекает за собой окружающий воздух, создавая также нисходящие потоки . Одновременное присутствие как восходящего, так и нисходящего потоков отмечает зрелую стадию шторма и создает кучево-дождевые облака. На этой стадии может возникнуть значительная внутренняя турбулентность , которая проявляется в виде сильных ветров, сильных молний и даже торнадо . [17]
Обычно, если сдвиг ветра незначителен , шторм быстро переходит в стадию рассеивания и «сам собой выливается в дождь» [14] , но если скорость или направление ветра существенно изменятся, нисходящий поток будет отделен от восходящего, и шторм может стать суперячейкой , где зрелая стадия может поддерживаться в течение нескольких часов. [18]
На стадии рассеивания гроза доминирует нисходящий поток. Если атмосферные условия не поддерживают сверхклеточное развитие, эта стадия наступает довольно быстро, примерно через 20–30 минут после начала грозы. Нисходящий поток вытолкнет грозу вниз, ударит по земле и распространится. Это явление известно как нисходящий порыв . Холодный воздух, переносимый нисходящим потоком к земле, отсекает приток грозы, восходящий поток исчезает, и гроза рассеивается. Грозы в атмосфере с практически нулевым вертикальным сдвигом ветра ослабевают, как только они посылают границу оттока во всех направлениях, которая затем быстро отсекает приток относительно теплого, влажного воздуха и убивает дальнейший рост грозы. [19] Нисходящий поток, ударяясь о землю, создает границу оттока . Это может вызвать нисходящие порывы, потенциально опасное условие для пролета самолетов, поскольку происходит существенное изменение скорости и направления ветра, что приводит к снижению скорости воздуха и последующему снижению подъемной силы самолета. Чем сильнее граница оттока , тем сильнее становится результирующий вертикальный сдвиг ветра. [20]
Существует четыре основных типа гроз: одноячеечные, многоячеечные, линия шквала (также называемая многоячеечной линией) и суперячеечные. [7] Какой тип образуется, зависит от нестабильности и относительных ветровых условий в различных слоях атмосферы (« сдвиг ветра »). Одноячеечные грозы образуются в условиях низкого вертикального сдвига ветра и длятся всего 20–30 минут.
Организованные грозы и грозовые кластеры/линии могут иметь более длительные жизненные циклы, поскольку они формируются в условиях значительного вертикального сдвига ветра, обычно превышающего 25 узлов (13 м/с) в нижних 6 километрах (3,7 мили) тропосферы , [ 21] что способствует развитию более сильных восходящих потоков, а также различных форм суровой погоды. Суперячейка является самой сильной из гроз, [7] чаще всего ассоциируется с крупным градом, сильным ветром и образованием торнадо. Значения осадочной воды более 31,8 миллиметров (1,25 дюйма) благоприятствуют развитию организованных грозовых комплексов. [22] Те, у кого выпадают сильные осадки, обычно имеют значения осадочной воды более 36,9 миллиметров (1,45 дюйма). [23] Для развития организованной конвекции обычно требуются значения CAPE выше по течению более 800 Дж/кг. [24]
Этот термин технически относится к одной грозе с одним основным восходящим потоком. Также известные как грозы воздушных масс , это типичные летние грозы во многих умеренных регионах. Они также происходят в холодном нестабильном воздухе, который часто следует за прохождением холодного фронта с моря зимой. Внутри кластера гроз термин «ячейка» относится к каждому отдельному основному восходящему потоку. Грозовые ячейки иногда образуются изолированно, так как возникновение одной грозы может развить границу оттока, которая устанавливает развитие новой грозы. Такие штормы редко бывают сильными и являются результатом локальной атмосферной нестабильности; отсюда и термин «грозовые воздушные массы». Когда такие штормы имеют краткий период суровой погоды, связанный с ними, это известно как импульсный сильный шторм. Импульсные сильные штормы плохо организованы и происходят случайным образом во времени и пространстве, что затрудняет их прогнозирование. Грозовые ячейки обычно длятся 20–30 минут. [15]
Это наиболее распространенный тип развития грозы. Зрелые грозы находятся вблизи центра кластера, в то время как рассеивающиеся грозы существуют на их подветренной стороне. Многоячеечные штормы формируются как кластеры штормов, но затем могут развиться в одну или несколько линий шквала . Хотя каждая ячейка кластера может длиться всего 20 минут, сам кластер может сохраняться в течение нескольких часов. Они часто возникают из-за конвективных восходящих потоков в горных хребтах или вблизи них и линейных погодных границ, таких как сильные холодные фронты или ложбины низкого давления. Эти типы штормов сильнее, чем одноячеечный шторм, но намного слабее, чем суперячеечный шторм. Опасности с многоячеечным кластером включают град среднего размера, внезапные наводнения и слабые торнадо. [15]
Линия шквала — это вытянутая линия сильных гроз , которая может формироваться вдоль или впереди холодного фронта . [25] [26] В начале 20 века этот термин использовался как синоним холодного фронта . [27] Линия шквала содержит обильные осадки , град , частые молнии , сильные прямые ветры и, возможно, торнадо и водяные смерчи . [28] Суровая погода в виде сильных прямых ветров может ожидаться в областях, где сама линия шквала имеет форму дугообразного эха , в пределах части линии, которая изгибается больше всего. [29] Торнадо можно обнаружить вдоль волн в пределах волновой картины линейного эха , или LEWP, где присутствуют мезомасштабные области низкого давления . [30] Некоторые дуговые эха летом называются дерехо и довольно быстро перемещаются по большим участкам территории. [31] На заднем крае дождевого щита, связанного с развитыми линиями шквала, может образоваться след низкого давления , который представляет собой мезомасштабную область низкого давления, которая формируется за мезомасштабной системой высокого давления, обычно присутствующей под дождевым пологом, которая иногда связана с тепловым взрывом . [32] Этот вид шторма также известен как «Ветер Каменистого озера» ( упрощенный китайский :石湖风; традиционный китайский :石湖風; shi2 hu2 feng1) в Южном Китае. [33]
Суперячейковые штормы — это большие, обычно сильные , квазиустойчивые штормы, которые формируются в среде, где скорость или направление ветра меняется с высотой (« сдвиг ветра »), и у них есть отдельные нисходящие и восходящие потоки (т. е. когда связанные с ними осадки не падают через восходящий поток) с сильным вращающимся восходящим потоком (« мезоциклон »). Эти штормы обычно имеют такие мощные восходящие потоки, что верхняя часть штормового облака суперячейки (или наковальни) может прорваться через тропосферу и достичь нижних уровней стратосферы . Суперячейковые штормы могут быть шириной 24 километра (15 миль). Исследования показали, что по крайней мере 90 процентов суперячеек вызывают суровую погоду . [18] Эти штормы могут вызывать разрушительные торнадо , чрезвычайно крупные градины (10 сантиметров или 4 дюйма в диаметре), прямолинейные ветры со скоростью более 130 км/ч (81 миля в час) и внезапные наводнения . Фактически, исследования показали, что большинство торнадо возникают из-за этого типа гроз. [34] Суперячейки, как правило, являются самым сильным типом гроз. [15]
В Соединенных Штатах гроза классифицируется как сильная, если скорость ветра достигает не менее 93 километров в час (58 миль в час), град составляет 25 миллиметров (1 дюйм) в диаметре или больше, или если сообщаются воронкообразные облака или торнадо . [35] [36] [37] Хотя воронкообразные облака или торнадо указывают на сильную грозу, вместо предупреждения о сильной грозе выдается предупреждение о торнадо . Предупреждение о сильной грозе выдается, если гроза становится сильной или скоро станет сильной. В Канаде интенсивность осадков более 50 миллиметров (2 дюйма) за один час или 75 миллиметров (3 дюйма) за три часа также используется для обозначения сильных гроз. [38] Сильные грозы могут возникнуть из любого типа грозовой ячейки. Однако многоячеечные , суперячеечные и шквальные линии представляют собой наиболее распространенные формы гроз, которые вызывают суровую погоду. [18]
Мезомасштабная конвективная система (МКС) представляет собой комплекс гроз, который становится организованным в масштабе, большем, чем отдельные грозы, но меньшем, чем внетропические циклоны , и обычно сохраняется в течение нескольких часов или более. [39] Общая облачность и схема осадков мезомасштабной конвективной системы могут быть круглыми или линейными по форме и включать такие погодные системы, как тропические циклоны , линии шквалов , снежные явления с эффектом озера, полярные депрессии и мезомасштабные конвективные комплексы (МКК), и они обычно образуются вблизи погодных фронтов . Большинство мезомасштабных конвективных систем развиваются в течение ночи и продолжают свою жизнь в течение следующего дня. [14] Они, как правило, образуются, когда температура поверхности колеблется более чем на 5 °C (9 °F) между днем и ночью. [40] Тип, который образуется в теплое время года над сушей, был отмечен в Северной Америке, Европе и Азии, с максимумом активности, отмеченным в конце дня и вечером. [41] [42]
Формы MCS, которые развиваются в тропиках, встречаются либо в зоне межтропической конвергенции , либо в муссонных ложбинах , как правило, в теплый сезон между весной и осенью. Более интенсивные системы формируются над сушей, чем над водой. [43] [44] Исключением являются полосы снега с эффектом озера , которые образуются из-за перемещения холодного воздуха через относительно теплые водоемы и происходят с осени по весну. [45] Полярные депрессии являются вторым особым классом MCS. Они формируются в высоких широтах в холодное время года. [46] После того, как родительский MCS умирает, может произойти дальнейшее развитие грозы в связи с его остаточным мезомасштабным конвективным вихрем (MCV). [47] Мезомасштабные конвективные системы важны для климатологии осадков в Соединенных Штатах над Великими равнинами , поскольку они приносят региону около половины годового количества осадков в теплый сезон. [48]
Два основных способа перемещения гроз — это адвекция ветра и распространение вдоль границ оттока к источникам большего тепла и влаги. Многие грозы движутся со средней скоростью ветра через тропосферу Земли , самые нижние 8 километров (5,0 миль) атмосферы Земли . Более слабые грозы направляются ветрами ближе к поверхности Земли, чем более сильные грозы, поскольку более слабые грозы не такие высокие. Организованные, долгоживущие грозовые ячейки и комплексы движутся под прямым углом к направлению вертикального вектора сдвига ветра . Если фронт порыва или передний край границы оттока опережает грозу, ее движение будет ускоряться в тандеме. Это больше относится к грозам с сильными осадками (HP), чем к грозам с малыми осадками (LP). Когда грозы сливаются, что наиболее вероятно, когда многочисленные грозы существуют поблизости друг от друга, движение более сильной грозы обычно диктует будущее движение объединенной ячейки. Чем сильнее средний ветер, тем меньше вероятность того, что другие процессы будут вовлечены в движение шторма. На метеорологическом радаре штормы отслеживаются с помощью выдающейся особенности и отслеживания ее от сканирования к сканированию. [18]
Гроза с обратной застройкой, обычно называемая учебной грозой , представляет собой грозу, в которой новое развитие происходит на наветренной стороне (обычно на западной или юго-западной стороне в Северном полушарии ), так что шторм кажется неподвижным или распространяется в обратном направлении. Хотя шторм часто кажется неподвижным на радаре или даже движущимся против ветра, это иллюзия. На самом деле шторм представляет собой многоячеистый шторм с новыми, более энергичными ячейками, которые образуются на наветренной стороне, заменяя старые ячейки, которые продолжают дрейфовать по ветру. [49] [50] Когда это происходит, возможно катастрофическое наводнение. В Рапид-Сити, Южная Дакота , в 1972 году необычное выравнивание ветров на различных уровнях атмосферы объединилось, чтобы создать непрерывно учебный набор ячеек, которые выпали на ту же область огромным количеством дождя, что привело к разрушительному внезапному наводнению . [51] Аналогичное событие произошло в Боскасле , Англия, 16 августа 2004 года [52] и над Ченнаи 1 декабря 2015 года [53].
Каждый год множество людей погибают или получают серьезные травмы из-за сильных гроз, несмотря на предварительное предупреждение [ требуется ссылка ] . Хотя сильные грозы чаще всего случаются весной и летом, они могут случиться практически в любое время года.
Молнии облако-земля часто случаются во время гроз и представляют многочисленные опасности для ландшафтов и населения. Одной из наиболее существенных опасностей, которые могут представлять молнии, являются лесные пожары, которые они способны разжечь. [54] В условиях малоосадочных гроз, когда осадков мало, осадки не могут предотвратить возникновение пожаров, когда растительность сухая, поскольку молния производит концентрированное количество экстремального тепла. [55] Прямой ущерб, причиненный ударами молнии, случается время от времени. [56] В районах с высокой частотой молний облако-земля, таких как Флорида, молнии приводят к нескольким смертельным случаям в год, чаще всего среди людей, работающих на улице. [57]
Кислотный дождь также является частым риском, вызванным молнией. Дистиллированная вода имеет нейтральный pH 7. «Чистый» или незагрязненный дождь имеет слегка кислый pH около 5,2, потому что углекислый газ и вода в воздухе реагируют вместе, образуя угольную кислоту , слабую кислоту (pH 5,6 в дистиллированной воде), но незагрязненный дождь также содержит другие химические вещества. [58] Оксид азота, присутствующий во время грозовых явлений, [59] вызванный окислением атмосферного азота, может привести к образованию кислотного дождя, если оксид азота образует соединения с молекулами воды в осадках, тем самым создавая кислотный дождь. Кислотный дождь может повредить инфраструктуру, содержащую кальцит или некоторые другие твердые химические соединения. В экосистемах кислотный дождь может растворять растительные ткани растительности и усиливать процесс подкисления в водоемах и почве , что приводит к гибели морских и наземных организмов. [60]
Любая гроза, которая производит град, достигающий земли, известна как град. [61] Грозовые облака, которые способны производить градины, часто приобретают зеленую окраску. Град чаще встречается вдоль горных хребтов, потому что горы заставляют горизонтальные ветры подниматься вверх (известный как орографический подъем ), тем самым усиливая восходящие потоки воздуха во время гроз и делая град более вероятным. [62] Одним из наиболее распространенных регионов для крупного града является горная северная Индия, где было зарегистрировано одно из самых высоких показателей смертности, связанных с градом, в 1888 году. [63] В Китае также наблюдаются значительные градовые ливни. [64] По всей Европе, в Хорватии часто выпадает град. [65]
В Северной Америке град чаще всего встречается в районе, где встречаются Колорадо , Небраска и Вайоминг , известном как «Аллея града». [66] Град в этом регионе выпадает в период с марта по октябрь в дневные и вечерние часы, причем большая часть случаев приходится на период с мая по сентябрь. Шайенн, штат Вайоминг , является самым подверженным граду городом Северной Америки, где в среднем за сезон выпадает от девяти до десяти градин. [67] В Южной Америке районами, подверженными граду, являются такие города, как Богота, Колумбия.
Град может нанести серьезный ущерб, особенно автомобилям , самолетам, световым люкам, стеклянным крышам, домашнему скоту и, чаще всего, сельскохозяйственным культурам . [67] Град является одной из самых значительных грозовых опасностей для самолетов. Когда градины превышают 13 миллиметров (0,5 дюйма) в диаметре, самолеты могут быть серьезно повреждены в течение нескольких секунд. [68] Градины, накапливающиеся на земле, также могут быть опасны для приземляющихся самолетов. Пшеница, кукуруза, соевые бобы и табак являются наиболее чувствительными к граду культурами. [63] Град является одной из самых дорогостоящих опасностей в Канаде. [69] Грады были причиной дорогостоящих и смертельных событий на протяжении всей истории. Один из самых ранних зарегистрированных инцидентов произошел около 9 века в Рупкунде , Уттаракханд, Индия. [70] Самая большая градина по максимальной окружности и длине, когда-либо зарегистрированная в Соединенных Штатах, выпала в 2003 году в Авроре, штат Небраска , США. [71]
Торнадо — это сильный вращающийся столб воздуха, контактирующий как с поверхностью земли, так и с кучево-дождевым облаком (иначе известным как грозовое облако) или, в редких случаях, с основанием кучевого облака . Торнадо бывают разных размеров, но обычно имеют форму видимой конденсационной воронки , узкий конец которой касается земли и часто окружен облаком мусора и пыли . [72] Большинство торнадо имеют скорость ветра от 40 до 110 миль в час (от 64 до 177 км/ч), имеют ширину приблизительно 75 метров (246 футов) и проходят несколько километров (несколько миль), прежде чем рассеяться. Некоторые достигают скорости ветра более 300 миль в час (480 км/ч), простираются более чем на 1600 метров (1 милю) в поперечнике и остаются на земле более 100 километров (десятки миль). [73] [74] [75]
Шкала Фудзиты и расширенная шкала Фудзиты ранжируют торнадо по причиненному ущербу. Торнадо EF0, самая слабая категория, повреждает деревья, но не наносит значительного ущерба строениям. Торнадо EF5, самая сильная категория, срывает здания с фундаментов и может деформировать большие небоскребы. Похожая шкала TORRO варьируется от T0 для чрезвычайно слабых торнадо до T11 для самых мощных известных торнадо. [76] Данные доплеровского радара , фотограмметрия и модели завихрений земли (циклоидальные отметки) также могут быть проанализированы для определения интенсивности и присвоения рейтинга. [77]
Водяные смерчи имеют схожие характеристики с торнадо, характеризующиеся спиральным воронкообразным потоком воздуха, который формируется над водоемами, соединяясь с большими кучево-дождевыми облаками. Водяные смерчи обычно классифицируются как формы торнадо или, более конкретно, не суперячеистые торнадо, которые развиваются над большими водоемами. [78] Эти спиральные столбы воздуха часто развиваются в тропических районах, близких к экватору , но реже встречаются в районах высоких широт . [79]
Внезапное наводнение — это процесс, при котором ландшафт, особенно городская среда, подвергается быстрым наводнениям. [80] Эти быстрые наводнения происходят быстрее и более локализованы, чем сезонные речные наводнения или площадные наводнения [81] и часто (хотя и не всегда) связаны с интенсивными осадками. [82] Внезапное наводнение может часто происходить во время медленно движущихся гроз и обычно вызывается сильными жидкими осадками, которые его сопровождают. Внезапные наводнения чаще всего встречаются в засушливых регионах, а также в густонаселенных городских средах, где мало растений и водоемов, которые могут поглощать и удерживать излишки воды. Внезапное наводнение может быть опасным для небольшой инфраструктуры, такой как мосты и слабо построенные здания. Растения и посевы в сельскохозяйственных районах могут быть уничтожены и опустошены силой бушующей воды. Автомобили, припаркованные в пострадавших районах, также могут быть перемещены. Также может возникнуть эрозия почвы , подвергающая риску оползневых явлений.
Нисходящие ветры могут создавать многочисленные опасности для ландшафтов, подвергающихся грозам. Нисходящие ветры, как правило, очень сильны и часто ошибочно принимаются за скорости ветра, создаваемые торнадо, [83] из-за концентрированного количества силы, оказываемой их прямолинейно-горизонтальной характеристикой. Нисходящие ветры могут быть опасны для нестабильных, неполных или слабо построенных инфраструктур и зданий. Сельскохозяйственные культуры и другие растения в близлежащих средах могут быть вырваны с корнем и повреждены. Самолеты, совершающие взлет или посадку, могут разбиться. [14] [83] Автомобили могут быть перемещены силой, оказываемой нисходящими ветрами. Нисходящие ветры обычно образуются в областях, где воздушные системы высокого давления нисходящих потоков начинают опускаться и вытеснять воздушные массы под ними из-за их более высокой плотности. Когда эти нисходящие потоки достигают поверхности, они распространяются и превращаются в разрушительные прямолинейно-горизонтальные ветры. [14]
Грозовая астма — это провоцирование приступа астмы условиями окружающей среды, непосредственно вызванными локальной грозой. Во время грозы пыльцевые зерна могут впитывать влагу, а затем распадаться на гораздо более мелкие фрагменты, которые легко разносятся ветром. В то время как более крупные пыльцевые зерна обычно фильтруются волосками в носу, более мелкие фрагменты пыльцы способны проходить сквозь них и попадать в легкие, вызывая приступ астмы. [84] [85] [86] [87]
Большинство гроз приходят и уходят довольно спокойно; однако любая гроза может стать сильной , и все грозы, по определению, представляют опасность молнии . [88] Готовность к грозам и безопасность подразумевают принятие мер до, во время и после грозы для минимизации травм и ущерба.
Готовность относится к мерам предосторожности, которые следует предпринять перед грозой. Некоторая готовность принимает форму общей готовности (так как гроза может случиться в любое время дня или года). [89] Например, подготовка семейного плана действий в чрезвычайной ситуации может сэкономить драгоценное время, если шторм возникнет быстро и неожиданно. [90] Подготовка дома путем удаления мертвых или гниющих веток и деревьев, которые могут быть повалены сильным ветром, также может значительно снизить риск повреждения имущества и получения травм. [91]
Национальная метеорологическая служба (NWS) в Соединенных Штатах рекомендует несколько мер предосторожности, которые следует предпринять людям в случае вероятности грозы: [89]
Хотя безопасность и готовность часто пересекаются, «безопасность при грозе» обычно относится к тому, что люди должны делать во время и после шторма. Американский Красный Крест рекомендует людям следовать этим мерам предосторожности, если шторм неизбежен или уже идет: [88]
NWS прекратила рекомендовать «приседание от молнии» в 2008 году, поскольку оно не обеспечивает существенного уровня защиты и не снижает существенно риск гибели или получения травм от удара молнии поблизости. [92] [93] [94]
Грозы случаются по всему миру, даже в полярных регионах, с наибольшей частотой в районах тропических лесов , где они могут происходить почти ежедневно. В любой момент времени на Земле происходит около 2000 гроз. [95] Кампала и Тороро в Уганде были упомянуты как самые грозовые места на Земле, [96] то же самое было сделано для Сингапура и Богора на индонезийском острове Ява . Другие города, известные частой штормовой активностью, включают Дарвин , Каракас, Манилу и Мумбаи . Грозы связаны с различными сезонами муссонов по всему миру, и они заселяют дождевые полосы тропических циклонов . [97] В умеренных регионах они чаще всего случаются весной и летом, хотя они могут происходить вдоль или перед холодными фронтами в любое время года. [98] Они также могут происходить в более холодной воздушной массе после прохождения холодного фронта над относительно более теплым водоемом. Грозы редки в полярных регионах из-за низких температур поверхности. [ необходима ссылка ]
Некоторые из самых мощных гроз над Соединенными Штатами происходят на Среднем Западе и в южных штатах . Эти штормы могут вызывать крупный град и мощные торнадо. Грозы относительно редки вдоль большей части западного побережья Соединенных Штатов , [99] но они случаются с большей частотой во внутренних районах, особенно в долинах Сакраменто и Сан-Хоакин в Калифорнии. Весной и летом они случаются почти ежедневно в некоторых районах Скалистых гор как часть североамериканского муссонного режима. На северо-востоке штормы приобретают такие же характеристики и модели, как и на Среднем Западе, но с меньшей частотой и силой. Летом воздушные массовые грозы являются почти ежедневным явлением над центральной и южной частями Флориды. [ требуется ссылка ]
Если количество воды, которая конденсируется и затем выпадает из облака, известно, то можно рассчитать общую энергию грозы. В типичной грозе поднимается приблизительно 5×10 8 кг водяного пара, а количество энергии, выделяемой при его конденсации, составляет 10 15 джоулей . Это того же порядка величины, что и энергия, выделяемая в тропическом циклоне, и больше энергии, выделяемой во время взрыва атомной бомбы в Хиросиме, Япония, в 1945 году . [16] [ не удалось проверить ]
Результаты Fermi Gamma-ray Burst Monitor показывают, что гамма-лучи и частицы антиматерии ( позитроны ) могут генерироваться в мощных грозах. [100] Предполагается, что позитроны антиматерии образуются во вспышках земного гамма-излучения (TGF). TGF — это кратковременные вспышки, происходящие внутри гроз и связанные с молниями. Потоки позитронов и электронов сталкиваются выше в атмосфере, генерируя больше гамма-лучей. [101] Около 500 TGF могут происходить каждый день по всему миру, но большинство из них остаются незамеченными.
В более современные времена грозы стали предметом научного любопытства. Каждую весну охотники за штормами отправляются на Великие равнины Соединенных Штатов и в канадские прерии, чтобы исследовать научные аспекты штормов и торнадо с помощью видеосъемки. [102] Радиоимпульсы, производимые космическими лучами, используются для изучения того, как электрические заряды развиваются внутри гроз. [103] Более организованные метеорологические проекты, такие как VORTEX2, используют ряд датчиков, таких как Допплер на колесах , транспортные средства с установленными автоматизированными метеостанциями , метеозонды и беспилотные летательные аппараты для исследования гроз, которые, как ожидается, вызовут суровую погоду. [104] Молнии обнаруживаются дистанционно с помощью датчиков, которые обнаруживают удары молнии от облака к земле с точностью 95 процентов и в пределах 250 метров (820 футов) от точки их возникновения. [105]
Грозы оказали сильное влияние на многие ранние цивилизации. Греки верили, что это были битвы, которые вел Зевс , который метал молнии, выкованные Гефестом . Некоторые племена американских индейцев связывали грозы с Громовой птицей , которую они считали слугой Великого Духа . Скандинавы считали, что грозы случаются, когда Тор отправляется на битву с Йотнаром , а гром и молния являются результатом его ударов молотом Мьёльниром . Индуизм признает Индру богом дождя и гроз. Христианская доктрина признает, что жестокие штормы — это работа Бога. Эти идеи все еще были в русле мейнстрима вплоть до 18 века. [106]
Мартин Лютер прогуливался, когда началась гроза, заставившая его молиться Богу о спасении и пообещать стать монахом. [107]
Грозы, подтверждаемые вспышками молний , на Юпитере были обнаружены и связаны с облаками, где вода может существовать как в жидком, так и в ледяном состоянии, что предполагает механизм, аналогичный земному. (Вода — это полярная молекула , которая может переносить заряд, поэтому она способна создавать разделение зарядов, необходимое для создания молнии). [108] Эти электрические разряды могут быть в тысячу раз мощнее молнии на Земле. [109] Водяные облака могут образовывать грозы, вызванные теплом, поднимающимся изнутри. [110] Облака Венеры также могут быть способны производить молнии ; некоторые наблюдения показывают, что частота молний составляет по крайней мере половину от частоты на Земле. [111]
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
