Гроза: как она возникает

Гроза — одно из самых заметных явлений погоды. Небо темнеет, быстро растёт высокая туча, усиливается ветер, начинается ливень, сверкает молния и слышен гром. Иногда выпадает град. Все эти явления связаны с мощным движением воздуха внутри грозового облака. Чтобы понять появление грозы, нужно разобраться, откуда облако получает влагу и энергию и почему воздух начинает быстро подниматься вверх.

Что называют грозой

Главный признак грозы — молния и сопровождающий её гром. Дождь при грозе бывает часто, но сам по себе сильный ливень ещё не делает облако грозовым. Если происходит электрический разряд — молния, возникает и гром, а значит, мы имеем дело с грозой.

Типичное грозовое облако называется кучево-дождевым. Оно может вырастать на много километров вверх. Его вершина нередко растекается в стороны и становится похожей на наковальню, потому что поднимающийся воздух достигает слоя атмосферы, где ему труднее двигаться дальше вверх.

Три главных «ингредиента» грозы

Метеорологи объясняют развитие грозы сочетанием трёх основных условий: влаги, неустойчивости атмосферы и механизма подъёма воздуха.

Источником влаги служит испарение с океанов, морей, озёр, почвы и растений. Подъём воздуха может начаться из-за сильного нагрева поверхности Солнцем, движения воздуха вверх по склону или встречи разных воздушных масс.

Почему тёплый воздух поднимается

Солнечные лучи нагревают поверхность Земли неравномерно. Асфальт, сухая почва, лес, поле и вода прогреваются по-разному. От тёплой поверхности нагревается прилегающий воздух. Если он становится теплее и менее плотным, чем окружающий, то начинает подниматься.

Поднимаясь, воздух попадает в области с меньшим давлением, расширяется и охлаждается. Когда охлаждение становится достаточным, водяной пар конденсируется в капельки. Появляется кучевое облако. Если атмосфера неустойчива и поток тёплого влажного воздуха продолжается, облако быстро растёт вверх.

Первая стадия: облако растёт

Начальная стадия грозы похожа на строительство огромной башни из облаков. Внутри преобладают восходящие потоки — воздух движется снизу вверх. Он приносит всё новую влагу. Водяной пар конденсируется, капли увеличиваются, выше появляются переохлаждённые капли и частицы льда.

Облако может расти очень быстро. С земли оно выглядит как высокий белый или сероватый «цветок» с выпуклыми вершинами. На этой стадии сильного дождя у поверхности ещё может не быть, потому что восходящий поток удерживает часть капель и ледяных частиц.

Вторая стадия: гроза становится зрелой

Когда капли воды и частицы льда становятся достаточно крупными, они начинают падать. Вместе с осадками вниз устремляется охлаждённый воздух — появляется нисходящий поток. В зрелой грозе одновременно существуют мощные восходящие и нисходящие движения.

Именно в это время обычно наблюдаются самые заметные явления:

• молнии и гром;
• сильный дождь или ливень;
• резкие порывы ветра;
• иногда град;
• в некоторых грозах — опасные вихри и очень сильные шквалы.

Холодный воздух, выходящий из облака к земле, растекается в стороны. Поэтому перед приближением грозы человек иногда сначала ощущает резкий прохладный порыв ветра, а уже затем начинается дождь.

Как внутри тучи появляется электрический заряд

В верхней части грозового облака очень холодно. Там есть ледяные кристаллы, переохлаждённые капли и более крупные ледяные частицы. Они сталкиваются друг с другом в сильных воздушных потоках. При таких столкновениях электрические заряды разделяются: разные частицы получают различный заряд и переносятся потоками в разные области облака.

Постепенно между участками с разными зарядами возникает очень большая разность электрических потенциалов. Когда воздух уже не может достаточно хорошо изолировать эти области, происходит быстрый электрический разряд — молния. Разряд может пройти внутри одного облака, между облаками или между облаком и землёй.

Откуда берётся гром

Молния очень быстро нагревает воздух вдоль своего канала. Воздух резко расширяется, создавая ударную и затем звуковую волну. Именно эту волну мы слышим как гром. Получается, гром и молния — части одного события: сначала происходит электрический разряд, а звук от него доходит до нас позже.

Свет распространяется намного быстрее звука, поэтому вспышку мы видим почти сразу, а гром слышим спустя некоторое время. Чем дальше молния, тем больше задержка.

Третья стадия: гроза ослабевает

Нисходящие потоки постепенно начинают занимать всё большую часть облака. Они перекрывают поступление тёплого влажного воздуха снизу — то есть лишают грозу её «топлива». Восходящие потоки слабеют, дождь уменьшается, а затем облако распадается.

Отдельная небольшая грозовая ячейка может существовать сравнительно недолго, но грозы нередко образуют группы и линии. Тогда в одной части системы старая ячейка уже ослабевает, а рядом развивается новая, и плохая погода продолжается дольше.

Почему летом гроз больше

Во многих районах тёплый сезон создаёт хорошие условия для конвекции. Солнце сильнее прогревает поверхность, у земли становится тепло и влажно, а выше воздух может быть значительно холоднее. Тёплые воздушные «пузыри» активно поднимаются, поэтому кучевые облака легче превращаются в грозовые.

Но гроза — не исключительно летнее явление. Она возможна и в другие сезоны, если атмосфера содержит достаточно влаги и становится неустойчивой. В разных частях Земли сезонность гроз сильно отличается.

Почему гроза иногда приходит очень быстро

Грозовые облака движутся вместе с воздушными потоками. Кроме того, сама грозовая система может развиваться: одна ячейка ослабевает, а новая возникает рядом. Поэтому тёмная туча на горизонте иногда оказывается над человеком быстрее, чем кажется поначалу.

Метеорологи используют радары, спутники, наземные станции и системы регистрации молний. Радар помогает видеть осадки и их движение, а спутник — развитие облаков на большой территории. Это позволяет выпускать предупреждения об опасной погоде.

Чем обычный дождь отличается от грозового ливня

Продолжительный спокойный дождь часто связан с широким слоем облаков и относительно плавными движениями воздуха. Грозовой ливень рождается в мощном кучево-дождевом облаке с сильными вертикальными потоками. Поэтому он может начаться резко, быть очень интенсивным и так же быстро ослабнуть.

Однако по одному только размеру капель нельзя надёжно определить грозу. Главный признак остаётся прежним: наличие молнии и грома.

Откуда берётся град

В сильном грозовом облаке восходящие потоки могут поднимать капли воды в очень холодные слои атмосферы. Там вода замерзает. Ледяная частица может несколько раз перемещаться внутри облака, сталкиваться с переохлаждёнными каплями и наращивать новые слои льда.

Когда восходящий поток уже не способен удерживать достаточно тяжёлую градину, она падает на землю. Поэтому град связан не с любой тучей, а прежде всего с мощными грозовыми облаками, где существуют сильные вертикальные движения воздуха.

Почему перед ливнем температура иногда быстро падает

Дождевые капли и ледяные частицы увлекают воздух вниз. Кроме того, часть падающей воды испаряется в более сухом воздухе под облаком, а испарение требует энергии и охлаждает окружающий воздух. Так формируется более холодный нисходящий поток.

Достигнув поверхности, он растекается в стороны. Человек может почувствовать резкий прохладный ветер ещё до того, как основной ливень достигнет его места.

Всегда ли тёмная туча станет грозой

Нет. Кучевое облако может начать расти, но затем столкнуться со слоем более устойчивого воздуха и перестать развиваться. Иногда влаги недостаточно, иногда подъём быстро ослабевает. Поэтому высокая башня облака — признак возможного развития, но не гарантия сильной грозы.

Метеоролог оценивает сразу множество данных: температуру и влажность на разных высотах, направление и скорость ветра, данные радара и спутника. По одному внешнему виду неба точный прогноз сделать трудно.

Какие опасности несёт гроза

Гроза опасна не только молнией. Сильный дождь способен быстро затопить низкие места, порывистый ветер ломает ветви, град повреждает растения и предметы, а резкое ухудшение видимости осложняет движение транспорта.

Самое важное правило при молнии: если слышен гром, нужно перейти в надёжное укрытие — капитальное здание или закрытый автомобиль с металлической крышей. Нельзя прятаться от грозы под одиноко стоящим деревом, находиться на открытом возвышенном месте или продолжать купаться в водоёме.

Почему нельзя определять безопасность по отсутствию дождя

Молния способна ударить и в стороне от основной зоны дождя. Поэтому мысль «надо мной сухо, значит гроза не опасна» неверна. Звук грома означает, что грозовой разряд находится достаточно близко, чтобы нужно было искать безопасное укрытие.

После последнего грома также не стоит сразу выбегать на открытое место: грозовая активность может продолжаться, даже если дождь уже ослаб.

Наблюдение за грозой как изучение природы

Грозу безопаснее наблюдать из помещения. Можно отметить время появления первых кучевых облаков, направление их движения, момент усиления ветра, начало дождя и окончание грозы. Такие записи показывают, что погода меняется не случайно: у явлений есть последовательность и причины.

Нельзя ради наблюдения выходить на балкон, крышу или открытое поле. Наука начинается с внимательности, но безопасность всегда важнее эксперимента.

Краткий план доклада

1. Что такое гроза и как выглядит грозовое облако.
2. Три условия развития грозы: влага, неустойчивость и подъём.
3. Рост кучево-дождевого облака.
4. Зрелая стадия: ливень, ветер, молния и гром.
5. Как в облаке разделяются электрические заряды.
6. Почему гроза постепенно ослабевает.
7. Основные правила безопасности.

Вывод

Гроза возникает, когда влажный неустойчивый воздух получает возможность быстро подниматься. По мере подъёма он охлаждается, водяной пар конденсируется, и облако растёт на большую высоту. Внутри него появляются сильные восходящие и нисходящие потоки, сталкиваются капли и ледяные частицы, разделяются электрические заряды. Так формируются молнии, гром, ливни и порывистый ветер. Понимание этих процессов помогает не только объяснить грозу, но и вовремя заметить опасную погоду и правильно вести себя во время неё.