Понять небо - [68]
ПРИЧИНЫ БУРЬ
Грозы развиваются из нормальных термических условий, когда воздух в достаточной степени нестабилен, насыщенный влагой и существуют некоторые начальные условия. Первые два требования очень важны, в качестве начальных условий могут выступать холодные фронты или горы, но это не необходимо, и нормальная термичность может перерости в отдельно расположенную грозу при достаточном уровне нестабильности и влажности. Нестабильность может возникать из-за охлаждения излучением вверх, низкого давления у поверхности или экстремального прогрева.
Влажность — необходимое требование для образования грозы, потому что только благодаря ей происходит накопление энергии скрытого тепла и выделение ее в облаке при конденсации. Эта энергия является движущей силой бурь, ураганов и сильных ветров. Водяные пары важны еще и потому, что влажный воздух в нижнем слое абсорбирует тепло, которое вносит дополнительную нестабильность возле земли.
ЦИКЛ ЖИЗНИ ГРОЗЫ
Обычно жизнь грозы разделяют на три этапа: стадия развития грозового облака, стадия максимального развития и стадия разрушения. Давайте подробнее рассмотрим особенности каждого этапа.
СТАДИЯ РАЗВИТИЯ ГРОЗОВОГО ОБЛАКА
Зарождение грозы — это суперразвивающийся термический процесс, тип суперразвития, растущего не вширь, а обязательно по вертикали. Действительно, если инверсионный слой или даже слой сухого воздуха расположен над грозой, то облако будет ограничено по высоте. Отличие нормального облака на сильном, мощном термическом потоке от грозовой тучи в том, что вторая имеет ярко выраженную башню, растущую вверх.
Грозовое облако растет в размерах, достигает большой высоты, и становится "тепловым насосом", что-то наподобии дымохода у камина. В нем начинается обледенение верхней части, и она уже состоит из переохлажденных капель, снежинок и ледяных кристаллов, в то время, как внизу продолжается нагрев. Результатом этого являются мощные потоки вверх. Этот "насос" в верхней части облака сосет теплый воздух, находящийся внизу и по сторонам. Такое облако само поддерживает свой продолжающийся рост до готовой, сформировавшейся грозовой тучи, если не ослабевает подпитка влажным воздухом.
Рисунок 211 показывает развитие грозового облака. На этой стадии течение вверх будет от слабого до сильного в зависимости от размеров грозы, самое сильное будет там, где лучшие термики. На этой стадии гроза не влияет очень сильно на местные ветры, но она может угнетать восходящие потоки на некотором расстоянии вокруг нее, и вызывать на обширной территории нисходящие потоки.
Рис. 211. Стадии грозы
СТАДИЯ МАКСИМАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ
Начинается она по достижению облаком наибольшей высоты после уровня замерзания, как показано на рисунке. Десять или пятнадцать минут после этого ледяные кристаллы растут до града. Когда размеры градин превышают те, которые может удержать направленное вверх течение, начинается его выпадение. Продолжающиеся вверх течения, примерно 10 м/сек, могут задуть градины назад вверх и это является причиной их дальнейшего роста. Чтобы удержать ледяные образования, достигающие размеров бейсбольного мяча должен сформироваться вертикальный поток не менее 112 км/час (-30 м/с).
На этой стадии гроза обычно достигает высоты -10 км. Некоторые монстры простираются к тропопаузе и достигают вершиной высот 15–18 км. Если вершина грозовой тучи доходит до струйного течения, то она будет двигаться с ним и принимать характерную форму, как показано на рисунке. Это приводит к резкому усилению охлаждения при увеличении скорости тока воздуха вверх. Один из признаков созрев шей грозы является образовавшаяся сверху наковальня. Все опасности грозовой ситуации присутствуют именно на этой стадии.
В процессе продолжения грозы, облако становится еще темнее, большей влажности и перерастает в мощное кучево-дождевое (Cb). Град создает под уровнем замерзания мощный нисходящий поток. Падая капельки объединяются в более крупные. Потоки вниз становятся более мощными и скоростными, чем вверх, дождь и град выпадает на землю. Движения вверх и вниз в облаке переносят электрические заряды и сверкают молнии. Часты мощные нисходящие потоки и сильные порывы. Под тучей присутствуют потоки вверх и вниз, но первые теперь занимают пространство только на наветренной стороне.
СТАДИЯ РАЗРУШЕНИЯ
С продолжением мощных нисходящих потоков холодные массы переносятся с высоты вниз. Этот охлаждающий эффект, а также выпадение осадков прекращает прогрев поверхности, восходящие потоки ослабляются, и гроза затухает. Обычно, чрезмерная влажность в облаке приводит к очень мощным осадкам (рис. 212). Молнии и нисходящие потоки могут еще продолжаться на этой стадии.
Полный цикл, описанный здесь, занимает от 30 минут до часа или примерно 20 минут, проведенных в стадии максимального развития. Некоторые грозы живут намного дольше.
Рис. 212. Стадии разрушения грозы
РАЗНОВИДНОСТИ ГРОЗ
Не все грозы образуются одинаково. Одни мощнее, другие развиваются более медленно. Рассмотрим различные варианты гроз.
Изолированные грозы — это грозы, которые развиваются в середине воздушной массы от конвективных процессов прогрева поверхности, конвергенции под циклоном при притоке в нее теплого, влажного воздуха. Такая гроза может быть днем и ночью и очень суровой во влажных районах. Грозы, которые развиваются над вершинами гор, зарождающиеся от динамических восходящих потоков, тоже можно классифицировать как изолированные, но они могут объединяться в грозовые полосы над горными цепями. Такие грозы особенно часты после обеда или ранним вечером Вставные грозы — это грозы, которые находятся внутри большой площади облаков обычно слоистых (St), как показано на рисунке 213. Во время формирования вставной грозы ее основание темнее основного слоя облаков. Такая гроза часто образуется при прохождении теплого фронта в восходящем потоке теплого воздуха.
