Грозы обычно подразделяются на два основных типа: внутримассовые и фронтальные. Наиболее часто встречающимися грозами являются внутримассовые (местные) грозы, возникающие вдали от фронтальных зон и обусловленные особенностями местных воздушных масс. Продолжительность таких гроз невелика и составляет, как правило, не более одного часа. Местные грозы могут быть связаны с одной или несколькими ячейками кучево-дождевых облаков (Cumulonimbus, Cb), поэтому можно выделить три этапа зарождения грозового шторма:
- формирование кучевой облачности (Cumulus, Cu) и ее развитие вследствие неустойчивости местной воздушной массы и конвекции; формирование кучево-дождевой облачности (Cumulonimbus, Cb);
- максимальная фаза развития кучево-дождевого облака, когда наблюдаются наиболее интенсивные осадки, шквалистый ветер во время прохождения грозового фронта, а также наиболее сильная гроза. Для этой фазы также характерны интенсивные нисходящие движения воздуха, о которых мы расскажем дальше;
- разрушение грозового шторма (разрушение кучево-дождевой (Cb)) облачности, уменьшение интенсивности осадков и грозы вплоть до их прекращения).
Итак, остановимся более подробно на каждом из этапов развития местных гроз.
Формирование кучевой облачности
В жаркий летний день к часам десяти утра местного времени на небе появляются хорошо известные нашим читателям кучевые облака (Cumulus, Cu), которые, казалось бы, не могут повлиять на ход погоды. Но природа сделала свой выбор: началось зарождение грозы. Все начинается с появления кучевообразной облачности. Яркое и жаркое летнее Солнце с момента своего восхода при малооблачной погоде начало прогрев подстилающей земной поверхности, а, следовательно, и приземного воздуха, нажав тем самым на своеобразный спусковой крючок к началу формирования обычно послеполуденной внутримассовой грозы. При неустойчивости атмосферы прогретый солнечными лучами приземный воздух становится менее плотным и начинает подниматься вверх. Поднимаясь вверх, воздух адиабатически охлаждается, достигая определенной температуры, при которой начинается конденсация влаги, содержащейся в нем. Начинается формирование облаков. При конденсации наблюдается выделение тепловой энергии, достаточной для дальнейшего подъема воздуха. При этом наблюдатель видит развитие кучевого облака по вертикали. Скорость вертикального развития может составлять от 5 до 20 м/с, поэтому верхняя граница образуемого кучево-дождевого облака даже в местной воздушной массе может достигать 8 и более километров над поверхностью земли. Т.е. в течение примерно 7 минут кучевое облако может разрастить до высот порядка 8 км и превратиться в кучево-дождевое облако (Cumulonimbus, Cb)! Именно поэтому мы порой не замечаем, как из скромных утренних кучевых облаков в мгновение ока формируются мощные кучево-дождевые облака, появляясь как бы неоткуда.
Как только растущее по вертикали кучевое облако (Cumulus, Cu) миновало на некоторой высоте нулевую изотерму, в его составе начинают появляться кристаллы льда, хотя общее количество капель (уже переохлажденных) доминирует. Надо отметить, что даже при температурах минус 40 градусов могут встречаться переохлажденные капли воды. В этот же момент начинается процесс формирования осадков. Как только начинается выпадение осадков из облака, начинается второй этап эволюции грозового шторма.
Максимальная фаза развития грозы
На этом этапе уже кучево-дождевое облако достигло своего максимального вертикального развития, т.е. достигло «запирающего» слоя более стабильного воздуха - тропопаузы. Поэтому на смену вертикальному развитию, вершина облака начинает развиваться в горизонтальном направлении. Появляется так называемая «наковальня», представляющая собой перистые облака, состоящие уже из ледяных кристаллов. В самом же облаке конвективные потоки формируют восходящие потоки воздуха (от основания к вершине облака), а осадки становятся причиной потоков нисходящих (направленных от вершины облака к его основанию, а потом и вовсе к земной поверхности). Осадки охлаждают прилегающий к ним воздух, порой на 10 градусов. Воздух становится плотнее, а его падение к поверхности земли усиливается и становится более стремительным. В такой момент, обычно в первые минуты ливня, у земли могут наблюдаться шквалистые усиления ветра, опасные для авиации и способные причинить значительные разрушения. Именно их иногда ошибочно называют «смерчем» при отсутствии настоящего смерча. В это же время наблюдается наиболее интенсивная гроза. Выпадение осадков приводит к преобладанию нисходящих потоков воздуха в грозовом облаке. Наступает третий, заключительный этап эволюции грозы – разрушение грозового шторма.
Разрушение грозового шторма
На смену восходящим потокам воздуха в кучево-дождевом облаке приходят нисходящие потоки, тем самым, перекрывая доступ теплого и влажного воздуха, отвечающего за вертикальное развитие облака. Грозовое облако полностью разрушается, а на небе остается лишь абсолютно бесперспективная с точки зрения формирования грозового шторма «наковальня», состоящая из перистых облаков.
Обычно внутримассовые грозы связаны с одной ячейкой, хотя бывают и мультиячейковые внутримассовые грозы. При мультиячейковой грозовой деятельности нисходящие потоки холодного воздуха «материнского» облака создают восходящие потоки, формирующие «дочернее» грозовое облако. Таким образом, может сформироваться серия ячеек.
Разрушительные (жестокие) грозовые штормы
Разрушительным (жестокие) грозовым штормом является гроза, при которой порывы ветра достигают 30 и более метров в секунду, выпадает град диаметром от 2 см, а также возникают смерчи (тромбы). Эти исключительные по своей силе грозы случаются весьма редко (а в средних широтах ЕТР это вообще редчайшее явление). Многие жестокие грозы возникают из обычных грозовых штормов, но при определенных атмосферных условиях приобретают разрушительную силу. Если для обычных гроз характерен механизм саморазрушения (см. предыдущую статью), то для жестоких гроз характерны иные механизмы, способные поддерживать и даже усиливать грозовой шторм. В жестоких грозовых штормах на разных высотах господствуют ветры разных скоростей, что приводит к возникновению т.н. ветрового сдвига – одного из самых злейших и коварных врагов авиации. Наличие ветрового сдвига позволяет восходящим и нисходящим потокам воздуха сосуществовать, тем самым, обеспечивая шторм все новыми и новыми порциями теплого и влажного воздуха, поддерживающего развитие грозовых облаков. Жестокие штормы обладают достаточной энергией для поднятия над тропопаузой. В таких случаях на вершине кучево-дождевого облака (Cumulonimbus, Cb) возникает небольшой облачный «купол», говорящий о том, что воздух проник сквозь «запирающий» слой тропопаузы и возвысился над ней. Такого рода «купола» говорят о наличии стремительных восходящих потоков от земной поверхности до больших высот, на которых расположена вершина облака («купола»). В обычных условиях воздуха благодаря диффузии и вертикальной адвекции подъем приземного на такие высоты обычно протекает в течение трех месяцев, но жестокие штормы благодаря стремительным и мощным восходящим потокам способны сократить этот временной интервал до минут!
Одним из наиболее важных процессов, протекающих в грозовых штормах, является формирование града. Формирование града зависит от скорости и силы восходящих потоков в грозовом облаке: чем больше диаметр градин, тем мощнее шторм.
Интенсивные нисходящие потоки воздуха, представляющие собой холодный воздух, вытесняют теплый воздух вблизи земной поверхности вверх, тем самым, усиливая восходящие потоки в грозовом облаке. В данном случае, нисходящие потоки холодного воздуха образуют миниатюрный холодный фронт, называемый линией шквалов. Т.к. нисходящие массы холодного воздуха плотнее окружающего более теплого воздуха, он удерживается у поверхности земли, формирую небольшую зону повышенного атмосферного давления.
Олег Малахов, www.skywatching.net
Источник: pogoda.ru.net.
Рейтинг публикации:
|
