Гроза , также известная как электрическая буря или гроза , представляет собой грозу , характеризующуюся наличием молнии [1] и ее акустическим воздействием на атмосферу Земли , известным как гром . [2] Относительно слабые грозы иногда называют грозовыми ливнями . [3] Грозы возникают в виде облаков, известных как кучево-дождевые . [4] Они обычно сопровождаются сильными ветрами [1] и часто вызывают проливной дождь [1] , а иногда и снег , мокрый снег или град , [1] но некоторые грозы приносят мало осадков или вообще не приносят осадков . Грозы могут выстраиваться в серию или превращаться в полосу дождя , известную как линия шквала . Сильные или сильные грозы включают в себя некоторые из наиболее опасных погодных явлений, в том числе крупный град, сильные ветры и торнадо . Некоторые из самых стойких сильных гроз, известных как суперячейки , вращаются, как и циклоны. Хотя большинство гроз движутся вместе со средним ветровым потоком через занимаемый ими слой тропосферы , вертикальный сдвиг ветра иногда вызывает отклонение их курса под прямым углом к направлению сдвига ветра.
Грозы возникают в результате быстрого движения теплого влажного воздуха вверх, иногда по фронту . [5] Однако для того, чтобы воздух быстро ускорился вверх, необходимо какое-то облачное воздействие , будь то фронт, коротковолновая впадина или другая система. По мере того как теплый влажный воздух движется вверх, он охлаждается, конденсируется [ 5] и образует кучево-дождевое облако, высота которого может достигать 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 большие расстояния сквозь облака к поверхности Земли. Когда капли падают, они сталкиваются с другими каплями и становятся больше. Падающие капли создают нисходящий поток , увлекая за собой холодный воздух, и этот холодный воздух распространяется по 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 прохладным воздухом из полярных широт. [6] Грозы ответственны за развитие и формирование многих суровых погодных явлений, которые могут быть потенциально опасными. Ущерб, причиненный грозами, в основном наносится нисходящими ветрами, крупными градинами и внезапными наводнениями , вызванными сильными осадками . Более сильные грозовые ячейки способны вызывать торнадо и водяные смерчи .
Существует три типа гроз: одноячеечная , многоячеечная и суперячеечная . [7] Грозы Supercell — самые сильные и суровые. [7] Мезомасштабные конвективные системы , образованные благоприятным вертикальным сдвигом ветра в тропиках и субтропиках , могут быть ответственны за развитие ураганов . Сухие грозы без осадков могут вызвать возникновение лесных пожаров из-за тепла, выделяемого сопровождающими их молниями, летящими от облака к земле . Для изучения гроз используют несколько средств: метеорологический радар , метеостанции и видеосъемку. Еще в 18 веке в прошлых цивилизациях существовали различные мифы о грозах и их развитии. За пределами земной атмосферы грозы наблюдались также на планетах Юпитер , Сатурн , Нептун и, вероятно, Венера .
Теплый воздух имеет меньшую плотность , чем холодный, поэтому более теплый воздух поднимается вверх, а более холодный оседает внизу [8] (этот эффект можно увидеть на воздушном шаре ). [9] Облака образуются, когда относительно более теплый воздух, несущий влагу, поднимается вверх в более прохладном воздухе. Влажный воздух поднимается вверх и при этом охлаждается, а часть водяного пара в этом поднимающемся воздухе конденсируется . [10] Когда влага конденсируется, она высвобождает энергию, известную как скрытое тепло конденсации, которая позволяет поднимающемуся пакету воздуха охлаждаться меньше, чем более холодный окружающий воздух [11], продолжая восхождение облака. Если в атмосфере присутствует достаточная нестабильность , этот процесс будет продолжаться достаточно долго, чтобы образовались кучево-дождевые облака и произвели молнии и гром . Метеорологические индексы, такие как располагаемая конвективная потенциальная энергия (CAPE) и индекс подъема, могут использоваться для определения потенциального вертикального развития облаков вверх. [12] Обычно для формирования грозы необходимы 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 в атмосфере каждый из этих трех этапов занимает в среднем 30 минут. [15]
Первая стадия грозы — это стадия кучевых облаков или стадия развития. На этом этапе массы влаги поднимаются вверх в атмосферу. Спусковым крючком для этого подъема может быть солнечное освещение , когда нагрев земли создает термики , или когда два ветра сходятся, заставляя воздух подниматься вверх, или когда 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, выделяется скрытое тепло , которое нагревает воздух, в результате чего он становится менее плотным, чем окружающий, более сухой воздух. Воздух имеет тенденцию подниматься вверх в процессе конвекции (отсюда и термин «конвективные осадки »). Этот процесс создает зону низкого давления внутри и под формирующейся грозой. При типичной грозе в атмосферу Земли поднимается около 500 миллионов килограммов водяного пара . [16]
На зрелой стадии грозы нагретый воздух продолжает подниматься до тех пор, пока не достигнет области с более теплым воздухом и не сможет подняться дальше. Часто этой «шапкой» является тропопауза . Вместо этого воздух вынужден расширяться, придавая шторму характерную форму наковальни . Образующееся облако называется кучево-дождевым . Капли воды объединяются в более крупные и тяжелые капли и замерзают, превращаясь в частицы льда. Когда они падают, они тают, превращаясь в дождь. Если восходящий поток достаточно силен, капли удерживаются наверху достаточно долго, чтобы стать настолько большими, что не тают полностью, а падают градом . Хотя восходящие потоки все еще присутствуют, падающий дождь увлекает за собой окружающий воздух, создавая также нисходящие потоки . Одновременное наличие восходящего и нисходящего потоков отмечает зрелую стадию шторма и приводит к образованию кучево-дождевых облаков. На этом этапе может возникнуть значительная внутренняя турбулентность , которая проявляется в виде сильных ветров, сильных молний и даже торнадо . [17]
Обычно, если сдвиг ветра небольшой , шторм быстро переходит в стадию затухания и «дождь сам вытекает», [14] , но если происходит достаточное изменение скорости или направления ветра, нисходящий поток будет отделен от восходящего, и шторм может стать суперячейкой , где зрелая стадия может поддерживаться в течение нескольких часов. [18]
На стадии рассеивания в грозе преобладает нисходящий поток. Если атмосферные условия не поддерживают развитие сверхклеток, эта стадия наступает довольно быстро, примерно через 20–30 минут после начала грозы. Нисходящий поток вырвется из грозы, ударится о землю и распространится. Это явление известно как нисходящий поток . Прохладный воздух, уносимый нисходящим потоком к земле, отсекает приток грозы, восходящий поток исчезает и гроза рассеется. Грозы в атмосфере, где практически отсутствует вертикальный сдвиг ветра, ослабевают, как только они рассылают границу оттока во все стороны, которая затем быстро отсекает приток относительно теплого влажного воздуха и останавливает дальнейший рост грозы. [19] Нисходящий поток воздуха, падающий на землю, создает границу оттока . Это может вызвать нисходящие порывы, потенциально опасные условия для полета самолета, поскольку происходит существенное изменение скорости и направления ветра, что приводит к снижению воздушной скорости и последующему уменьшению подъемной силы самолета. Чем прочнее граница оттока , тем сильнее становится результирующий вертикальный сдвиг ветра. [20]
Существует четыре основных типа гроз: одноячеечная, многоячеечная, шкваловая линия (также называемая многоячеечной линией) и суперячейка. [7] Какой тип образуется, зависит от нестабильности и относительного ветрового режима в разных слоях атмосферы (« сдвиг ветра »). Одноячеечные грозы образуются в условиях слабого вертикального сдвига ветра и длятся всего 20–30 минут.
Организованные грозы и грозовые кластеры/линии могут иметь более длительный жизненный цикл, поскольку они формируются в условиях значительного вертикального сдвига ветра, обычно превышающего 25 узлов (13 м/с) в самых нижних 6 километрах (3,7 мили) тропосферы , [ 21] что способствует развитию более сильных восходящих потоков, а также различных форм суровой погоды. Суперячейка — самая сильная из гроз, [7] чаще всего связанная с крупным градом, сильными ветрами и образованием торнадо. Уровень осадков более 31,8 мм (1,25 дюйма) благоприятствует развитию организованных грозовых комплексов. [22] В тех регионах, где выпадают сильные дожди, обычно уровень выпадающей воды превышает 36,9 миллиметров (1,45 дюйма). [23] Для развития организованной конвекции обычно требуются значения CAPE выше 800 Дж/кг. [24]
Технически этот термин применяется к одной грозе с одним главным восходящим потоком. Это типичные летние грозы во многих регионах с умеренным климатом, также известные как грозы воздушной массы . Они также возникают в прохладном нестабильном воздухе, который часто возникает зимой после прохождения холодного фронта с моря. В кластере гроз термин «ячейка» относится к каждому отдельному основному восходящему потоку. Грозовые ячейки иногда формируются изолированно, поскольку появление одной грозы может создать границу оттока, которая приведет к развитию новой грозы. Такие штормы редко бывают сильными и являются результатом локальной нестабильности атмосферы; отсюда и термин «гроза воздушных масс». Когда с такими штормами связан короткий период суровой погоды, это называется импульсным сильным штормом. Импульсные сильные штормы плохо организованы и возникают хаотично во времени и пространстве, что затрудняет их прогнозирование. Одноячеечные грозы обычно длятся 20–30 минут. [15]
Это наиболее распространенный тип развития грозы. Зрелые грозы встречаются ближе к центру скопления, а рассеивающиеся грозы существуют с подветренной стороны. Многоячеечные штормы формируются в виде кластеров штормов, но затем могут превратиться в одну или несколько линий шквалов . Хотя каждая ячейка кластера может существовать всего 20 минут, сам кластер может существовать часами. Они часто возникают в результате конвективных восходящих потоков в горных хребтах или вблизи них и линейных границах погоды, таких как сильные холодные фронты или впадины низкого давления. Штормы этого типа сильнее, чем шторм с одной ячейкой, но намного слабее, чем шторм с суперячейкой. Опасности, связанные с многоячеечным скоплением, включают град среднего размера, внезапные наводнения и слабые торнадо. [15]
Линия шквала — это вытянутая линия сильных гроз , которые могут образовываться вдоль холодного фронта или впереди него . [25] [26] В начале 20 века этот термин использовался как синоним холодного фронта . [27] Линия шквала сопровождается сильными осадками , градом , частыми молниями , сильными прямыми ветрами и, возможно, торнадо и водяными смерчами . [28] Суровые погодные условия в виде сильного прямолинейного ветра можно ожидать в районах, где сама линия шквала имеет форму носового эха , в пределах той части линии, которая выгибается сильнее всего. [29] Торнадо можно обнаружить вдоль волн в пределах линейной эхо-волны , или LEWP, где присутствуют мезомасштабные области низкого давления . [30] Некоторые отголоски лука летом называются дерехо и движутся довольно быстро через большие участки территории. [31] На заднем крае дождевого щита, связанного со зрелыми линиями шквалов, может образоваться след, который представляет собой мезомасштабную область низкого давления, которая образуется за мезомасштабной системой высокого давления, обычно присутствующей под дождевым навесом, которая иногда связана с тепловой взрыв . [32] Этот тип шторма также известен как «Ветер Каменного озера» ( упрощенный китайский :石湖风; традиционный китайский :石湖風; ши2 ху2 фэн1) на юге Китая. [33]
Суперячеечные штормы — это крупные, обычно сильные , квазистационарные штормы, которые формируются в среде, где скорость или направление ветра меняются с высотой («сдвиг ветра » ), и имеют отдельные нисходящие и восходящие потоки (т. е. там, где связанные с ними осадки выпадают). не проваливаясь через восходящий поток) с сильным вращающимся восходящим потоком (« мезоциклон »). Эти штормы обычно имеют настолько мощные восходящие потоки, что верхняя часть грозового облака суперячейки (или наковальни) может прорваться через тропосферу и достичь нижних уровней стратосферы . Штормы Supercell могут иметь ширину 24 километра (15 миль). Исследования показали, что по меньшей мере 90 процентов суперячейок вызывают суровые погодные условия . [18] Эти штормы могут вызывать разрушительные торнадо , чрезвычайно крупные градины (диаметром 10 сантиметров или 4 дюйма), прямолинейные ветры со скоростью более 130 км/ч (81 миль в час) и ливневые паводки . Фактически, исследования показали, что большинство торнадо возникает из-за этого типа грозы. [34] Суперячейки, как правило, являются самым сильным типом грозы. [15]
В Соединенных Штатах гроза классифицируется как сильная, если скорость ветра достигает не менее 93 километров в час (58 миль в час), град имеет диаметр 25 миллиметров (1 дюйм) или больше, а также если сообщается о воронкообразных облаках или торнадо . [35] [36] [37] Хотя воронкообразное облако 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 вскоре 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-за любого типа грозовой ячейки. Однако линии multicell , supercell и шквала представляют собой наиболее распространенные формы гроз, приводящие к суровой погоде. [18]
Мезомасштабная конвективная система (MCS) представляет собой комплекс гроз, который организуется в масштабе больше, чем отдельные грозы, но меньше, чем внетропические циклоны , и обычно сохраняется в течение нескольких часов или более. [39] Общая картина облаков и осадков мезомасштабной конвективной системы может иметь округлую или линейную форму и включать погодные системы, такие как тропические циклоны , линии шквалов , снежные явления, вызванные озерным эффектом , полярные минимумы и мезомасштабные конвективные комплексы (MCC) и они обычно образуются вблизи погодных фронтов . Большинство мезомасштабных конвективных систем развиваются в одночасье и продолжают свое существование на следующий день. [14] Они имеют тенденцию образовываться, когда температура поверхности меняется более чем на 5 °C (9 °F) днем и ночью. [40] Тип, который формируется в теплое время года над сушей, был отмечен в Северной Америке, Европе и Азии, причем максимум активности отмечался во второй половине дня и в вечерние часы. [41] [42]
Формы MCS, развивающиеся в тропиках, используются либо в зоне внутритропической конвергенции , либо во впадинах муссонов , как правило, в теплый сезон между весной и осенью. Над сушей образуются более интенсивные системы, чем над водой. [43] [44] Единственным исключением являются снежные полосы с эффектом озера , которые образуются из-за движения холодного воздуха через относительно теплые водоемы и возникают с осени до весны. [45] Полярные депрессии представляют собой второй особый класс MCS. Они образуются в высоких широтах в холодное время года. [46] После того, как родительская MCS умирает, позднее развитие грозы может произойти в связи с ее остатком мезомасштабного конвективного вихря (MCV). [47] Мезомасштабные конвективные системы важны для климатологии осадков в Соединенных Штатах на Великих равнинах , поскольку они приносят в регион около половины годового количества осадков в теплый сезон. [48]
Двумя основными способами перемещения гроз являются адвекция ветра и распространение вдоль границ оттока к источникам большего тепла и влаги. Многие грозы движутся со средней скоростью ветра через тропосферу Земли , самые низкие 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 вектора вертикального сдвига ветра . Если фронт порыва, или передний край границы оттока, мчится впереди грозы, его движение будет ускоряться одновременно. Этот фактор более важен для гроз с сильными осадками (HP), чем для гроз с небольшим количеством осадков (LP). Когда грозы сливаются, что наиболее вероятно, когда многочисленные грозы существуют рядом друг с другом, движение более сильной грозы обычно определяет будущее движение объединенной ячейки. Чем сильнее средний ветер, тем меньше вероятность того, что в штормовое движение будут вовлечены другие процессы. На метеорологическом радаре штормы отслеживаются с помощью заметной функции и отслеживаются от сканирования к сканированию. [18]
Возвратная гроза, обычно называемая тренировочной грозой , — это гроза, при которой новое развитие происходит с наветренной стороны (обычно на западной или юго-западной стороне в северном полушарии ), так что кажется, что гроза остается неподвижной или распространяется. в обратном направлении. Хотя на радаре шторм часто кажется неподвижным или даже движущимся против ветра, это иллюзия. Шторм на самом деле представляет собой многоячеечный шторм с новыми, более энергичными ячейками, которые формируются с наветренной стороны, заменяя старые ячейки, которые продолжают дрейфовать по ветру. [49] [50] Когда это произойдет, возможно катастрофическое наводнение. В Рапид-Сити, Южная Дакота , в 1972 году необычное расположение ветров на разных уровнях атмосферы в совокупности привело к созданию непрерывно обучающегося набора клеток, которые вылили огромное количество дождя на одну и ту же территорию, что привело к разрушительному внезапному наводнению . [51] Аналогичное событие произошло в Боскасле , Англия, 16 августа 2004 г., [52] и над Ченнаи 1 декабря 2015 г. [53]
Ежегодно многие люди погибают или получают серьезные ранения в результате сильных гроз, несмотря на предварительное предупреждение . Хотя сильные грозы чаще всего случаются весной и летом , они могут произойти практически в любое время года.
Молнии облака-земли часто возникают во время гроз и представляют собой многочисленные опасности для ландшафтов и населения. Одной из наиболее серьезных опасностей, которые могут представлять молнии, являются лесные пожары , которые они способны вызвать. [54] В режиме гроз с малым количеством осадков (LP), когда осадков мало, осадки не могут предотвратить возникновение пожаров, когда растительность сухая, поскольку молния производит концентрированное количество сильного тепла. [55] Иногда случаются прямые повреждения, вызванные ударами молний. [56] В районах с высокой частотой возникновения грозовых молний, таких как Флорида, молнии становятся причиной нескольких смертельных случаев в год, чаще всего среди людей, работающих на открытом воздухе. [57]
Кислотные дожди также часто представляют опасность, вызванную молнией. Дистиллированная вода имеет нейтральный pH 7. «Чистый» или незагрязненный дождь имеет слегка кислый pH около 5,2, поскольку углекислый газ и вода в воздухе реагируют вместе с образованием угольной кислоты , слабой кислоты (pH 5,6 в дистиллированной воде), но незагрязненный дождь также содержит и другие химические вещества. [58] Оксид азота , присутствующий во время грозовых явлений, [59] вызванный окислением атмосферного азота, может привести к образованию кислотных дождей, если оксид азота образует соединения с молекулами воды в осадках, создавая таким образом кислотные дожди. Кислотные дожди могут повредить инфраструктуру, содержащую кальцит или некоторые другие твердые химические соединения. В экосистемах кислотные дожди могут растворять растительные ткани и усиливать процесс закисления водоемов и почвы , что приводит к гибели морских и наземных организмов. [60]
Любая гроза, вызывающая град, достигающий земли, называется градом. [61] Грозовые облака, способные выбрасывать 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 во время гроз и повышая вероятность града. [62] Одним из наиболее распространенных регионов, где выпадает крупный град, является гористая северная Индия, где в 1888 году зарегистрировано одно из самых высоких показателей смертности от града за всю историю наблюдений . [63] В Китае также случаются сильные ливни с градом. [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 основная часть выпадает с мая по сентябрь. Шайенн, штат Вайоминг , — самый подверженный граду город Северной Америки, где в среднем выпадает от девяти до десяти градов за сезон. [67] В Южной Америке районами, подверженными граду, являются такие города, как Богота, Колумбия.
Град может нанести серьезный ущерб, особенно автомобилям , самолетам, световым люкам, конструкциям со стеклянными крышами, домашнему скоту и, чаще всего, фермерским посевам . [67] Град является одной из наиболее серьезных грозовых опасностей для самолетов. Когда градины имеют диаметр более 13 миллиметров (0,5 дюйма), самолеты могут быть серьезно повреждены за считанные секунды. [68] Град, скапливающийся на земле, также может быть опасен для приземляющихся самолетов. Пшеница, кукуруза, соевые бобы и табак являются наиболее чувствительными к граду культурами. [63] Град является одним из самых дорогостоящих опасностей в Канаде. [69] На протяжении всей истории ливни с градом были причиной дорогостоящих и смертоносных событий. Один из самых ранних зарегистрированных инцидентов произошел примерно в 9 веке в Рупкунде , Уттаракханд, Индия. [70] Самая большая градина с точки зрения максимальной окружности и длины, 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 (также известным как грозовое облако) или, в редких случаях, с основанием кучевого облака . Торнадо бывают разных размеров, но обычно они имеют форму видимой конденсационной воронки , узкий конец которой касается земли и часто окружен облаком обломков и пыли . [72] Большинство торнадо имеют скорость ветра от 40 до 110 миль в час (от 64 до 177 км/ч), имеют диаметр около 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 оценивают торнадо по нанесенному ущербу. Торнадо EF0, самая слабая категория, повреждает деревья, но не наносит значительного ущерба постройкам. Торнадо EF5, самая сильная категория, срывает здания с фундамента и может деформировать большие небоскребы. Аналогичная шкала TORRO варьируется от T0 для чрезвычайно слабых торнадо до T11 для самых мощных известных торнадо. [76] Для определения интенсивности и присвоения рейтинга также можно анализировать данные доплеровского радара , фотограмметрию и структуру завихрений на земле (циклоидальные метки). [77]
Водяные смерчи имеют те же характеристики, что и торнадо, характеризующиеся спиралевидным воронкообразным ветровым потоком, который образуется над водоемами и соединяется с большими кучево-дождевыми облаками. Водяные смерчи обычно классифицируются как формы торнадо или, более конкретно, торнадо без суперъячейок , которые развиваются над большими водоемами. [78] Эти спиралевидные столбы воздуха часто возникают в тропических районах, близких к экватору , но менее распространены 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 паводки или площадные наводнения [81] и часто (хотя и не всегда) связаны с интенсивными дождями. [82] Внезапные наводнения часто могут возникать во время медленно движущихся гроз и обычно вызваны обильными жидкими осадками, которые сопровождают их. Ливневые паводки наиболее распространены в засушливых регионах, а также в густонаселенных городских районах, где мало растений и водоемов, поглощающих и удерживающих лишнюю воду. Внезапные наводнения могут быть опасны для небольшой инфраструктуры, такой как мосты и плохо построенные здания. Растения и посевы в сельскохозяйственных районах могут быть уничтожены и опустошены силой бушующей воды. Автомобили, припаркованные на пострадавших территориях, также могут быть перемещены. Также может произойти эрозия почвы , что может привести к возникновению оползневых явлений.
Нисходящие ветры могут создавать многочисленные опасности для ландшафтов, подверженных грозам. Нисходящие ветры, как правило, очень мощные, и их часто принимают за скорость ветра, создаваемого торнадо, [83] из-за концентрированной силы, создаваемой их прямогоризонтальными характеристиками. Нисходящие ветры могут быть опасны для нестабильных, незавершенных или слабо построенных инфраструктур и зданий. Сельскохозяйственные культуры и другие растения в близлежащих районах могут быть вырваны с корнем и повреждены. Самолет, совершающий взлет или посадку, может разбиться. [14] [83] Автомобили могут смещаться под действием порывистого ветра. Нисходящие ветры обычно образуются в районах, когда воздушные системы нисходящих потоков высокого давления начинают опускаться и вытеснять воздушные массы под собой из-за их большей плотности. Когда эти нисходящие потоки достигают поверхности, они распространяются и превращаются в разрушительные прямогоризонтальные ветры. [14]
Грозовая астма – это провоцирование приступа астмы условиями окружающей среды, непосредственно вызванными местной 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 волосами в носу, более мелкие фрагменты пыльцы могут пройти через них и попасть в легкие, вызывая приступ астмы. [84] [85] [86] [87]
Большинство гроз приходят и уходят без происшествий; однако любая гроза может стать сильной , и все грозы по определению представляют опасность молнии . [88] Под готовностью к грозе и безопасностью понимаются меры до, во время и после грозы, направленные на минимизацию травм и ущерба.
Под готовностью подразумеваются меры предосторожности, которые следует принять перед грозой. Некоторая готовность принимает форму общей готовности (поскольку гроза может случиться в любое время суток и года). [89] Например, подготовка семейного плана действий в чрезвычайной ситуации может сэкономить драгоценное время, если буря разразится быстро и неожиданно. [90] Подготовка дома путем удаления мертвых или гниющих ветвей и деревьев, которые могут быть снесены сильным ветром, также может значительно снизить риск материального ущерба и травм. [91]
Национальная метеорологическая служба (NWS) США рекомендует несколько мер предосторожности, которые следует принять людям в случае вероятности грозы: [89]
Хотя безопасность и готовность часто совпадают, «грозовая безопасность» обычно относится к тому, что люди должны делать во время и после урагана. Американский Красный Крест рекомендует людям соблюдать следующие меры предосторожности, если шторм неизбежен или уже продолжается: [88]
NWS перестало рекомендовать «приседание молнии» в 2008 году, поскольку оно не обеспечивает значительного уровня защиты и не снижает значительно риск быть убитым или раненым в результате ближайшего удара молнии. [92] [93] [94]
Грозы случаются по всему миру, даже в полярных регионах, с наибольшей частотой в тропических лесах , 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 в отношении Сингапура и Богора на индонезийском острове Ява . Другие города, известные частыми штормами, включают Дарвин , Каракас, Манилу и Мумбаи . Грозы связаны с различными сезонами муссонов по всему миру и населяют дождевые полосы тропических циклонов . [97] В регионах с умеренным климатом они наиболее часты весной и летом, хотя могут возникать вдоль или перед холодными фронтами в любое время года. [98] Они также могут возникать в более прохладных воздушных массах после прохождения холодного фронта над относительно более теплым водоемом. Грозы в полярных регионах редки из-за низких температур поверхности.
Некоторые из самых сильных гроз над Соединенными Штатами происходят на Среднем Западе и в южных штатах . Эти штормы могут вызвать сильный град и мощные торнадо. Грозы относительно редки на большей части западного побережья Соединенных Штатов , [99] но они происходят с большей частотой во внутренних районах, особенно в долинах Сакраменто и Сан-Хоакин в Калифорнии. Весной и летом они происходят почти ежедневно в некоторых районах Скалистых гор в рамках режима североамериканских муссонов . На северо-востоке штормы приобретают те же характеристики и характер, что и на Среднем Западе, но с меньшей частотой и силой. Летом грозы воздушных масс являются почти ежедневным явлением в центральной и южной частях Флориды.
Если известно количество воды, которая конденсируется и впоследствии выпадает из облака, то можно рассчитать полную энергию грозы. При типичной грозе поднимается примерно 5×10 8 кг водяного пара, а количество энергии, выделяющейся при его конденсации, составляет 10 15 джоулей . Это того же порядка, что и энергия, выделившаяся в тропическом циклоне, и больше, чем энергия, высвободившаяся во время взрыва атомной бомбы в Хиросиме, Япония, в 1945 году . [16]
Результаты монитора гамма-всплесков Ферми показывают, что гамма-лучи и частицы антивещества ( позитроны ) могут генерироваться в мощных грозах. [100] Предполагается, что позитроны антиматерии образуются в земных гамма-вспышках (TGF). TGF — это короткие всплески, возникающие во время гроз и связанные с молниями. Потоки позитронов и электронов сталкиваются выше в атмосфере, генерируя больше гамма-лучей. [101] Около 500 TGF могут возникать каждый день во всем мире, но в большинстве случаев остаются незамеченными.
В более современные времена грозы стали играть роль научного курьезного явления. Каждую весну охотники за штормами отправляются на Великие равнины США и в канадские прерии, чтобы изучить научные аспекты штормов и торнадо с помощью видеосъемки. [102] Радиоимпульсы, производимые космическими лучами, используются для изучения того, как возникают электрические заряды во время гроз. [103] В более организованных метеорологических проектах, таких как VORTEX2, используется ряд датчиков, таких как допплер на колесах , транспортные средства со встроенными автоматическими метеостанциями , метеозонды и беспилотные летательные аппараты для исследования гроз, которые, как ожидается, могут вызвать суровую погоду. [104] Молния обнаруживается удаленно с помощью датчиков, которые обнаруживают удары молнии от облака к земле с точностью обнаружения 95 процентов и в пределах 250 метров (820 футов) от точки их возникновения. [105]
Грозы сильно повлияли на многие ранние цивилизации. Греки верили, что это были битвы, которые вел Зевс , метавший молнии, выкованные Гефестом . Некоторые племена американских индейцев связывали грозы с Громовой Птицей , которая, по их мнению, была слугой Великого Духа . Скандинавы считали, что грозы случаются, когда Тор идет сражаться с Ётнаром , причем гром и молния являются результатом его ударов молотом Мьёльнир . Индуизм признает Индру богом дождя и грозы. Христианская доктрина признает, что жестокие бури — это дело Бога. Эти идеи все еще были в мейнстриме даже в 18 веке. [106]
Мартин Лютер гулял, когда началась гроза, заставившая его молиться Богу о спасении и пообещав стать монахом. [107]
Грозы, о которых свидетельствуют вспышки молний , на Юпитере были обнаружены и связаны с облаками, где вода может существовать как в жидком, так и в ледяном виде, что позволяет предположить механизм, аналогичный земному. (Вода — это полярная молекула , которая может нести заряд, поэтому она способна создавать разделение зарядов, необходимое для образования молнии). [108] Эти электрические разряды могут быть в тысячу раз мощнее, чем молнии на Земле. [109] Водяные облака могут образовывать грозы, вызванные жарой, поднимающейся изнутри. [110] Облака Венеры также могут производить молнии ; некоторые наблюдения показывают, что частота молний составляет как минимум половину от земной. [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)