Опасные метеорологические явления (грозы)

Введение

В нашем мире все чаще и чаще происходят различного рода стихийные бедствия, которые связаны с разнообразными природными явлениями и несут в себе уничтожающий и разрушающий фактор, а так же уносит жизни большого количества людей.
Конечно же, круг природных явлений, несущих определенную опасность достаточно широк, это и бури, торнадо, смерчи, тайфуны, грозы и т.д. Обширные территории России, подвержены их широкому спектру воздействия. Каждое явление по своему опасно и наносит вред в той или иной степени, но меня в моей работе будет интересовать такое метеорологическое явление, как грозы.
Изучение механизмов формирования гроз имеет огромное значение, как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения. Грозы являются важной составляющей глобальной электрической цепи, объединяющей атмосферу и Землю. Электростатические силы существенно влияют на эволюцию динамических и микрофизических характеристик облаков и осадков, и, как следствие, на перенос тепла и влаги в атмосфере. Изучение гроз поможет составить полную картину целого ряда процессов, происходящих в атмосфере.
Известно, что грозы оказывают существенное влияние на жизнь, здоровье и хозяйственную деятельность человека, причем, как правило, негативное. Поражение людей, хозяйственных объектов и летательных аппаратов молниями, помехи радиосвязи, перебои в электроснабжении - вот далеко не полный перечень негативных факторов, связанных с грозовыми разрядами. Обеспечение эффективной грозозащиты, в том числе путем активных воздействий на облака и осадки, возможно только при знании физических механизмов, ответственных за формирование гроз. 
К настоящему времени окончательная физическая картина формирования молниевых разрядов в конвективных облаках до сих пор еще не составлена.
Актуальность
Исследование гроз связано, прежде всего, с обеспечением безопасности жизнедеятельности человека. С развитием человеческой цивилизации и технической оснащенности жизни человека, явления природы несут угрозу и для человека и для его искусственной среды. В том числе, это относится и к грозам.
Изучением данной проблемы занималось ряд ученых и исследователей, поэтому по данной теме существует множество источников, которые дают точное описание характеристикам данного природного явления.
Особый интерес вызывает работа Кравченко В.И. “Молния. Электромагнитные факторы и их поражающее воздействие на технические средства”. В своей монографии, автор приводит рассмотрение процессов формирования грозовых явлений. Дает материалы по определению параметров грозовой электромагнитной обстановки и номенклатуре внешних поражающих воздействующих факторов электромагнитного поля грозовых разрядов. Приводит методики и описание современного высоковольтного оборудования для проведения испытаний технических средств на соответствие требованиям грозостойкости.
В монографии авторов Дмитриева А.Н., Кречетова С.Ю., Кочеева Н.А, представлено подробное рассмотрение этапов процесса формирования грозовых явлений, а так же дана классификация грозовых разрядов и приводятся меры по обеспечения безопасности во время грозы.
Не менее важный интерес, вызывает энцеклопедия выпущенная в печать в 2008 году, под общей редакцией с С.К. Шайгу – “Гражданская защита”. Здесь показан глубокий ряд исследований гражданской защиты МЧС России. Здесь систематизированы знания в области защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера
Основная цель моей работы, заключается в исследовании опасного метеорологического природного явления, как грозы.
Для достижения поставленной цели, мною были сформулированы следующие вспомогательные задачи:
1 дать характеристику и назвать классификацию грозовых явлений в природе;
2 определить географию гроз на территории России;
3 выявить правильность поведения населения во время грозы;
4 рассказать о проведении защитных мероприятий во время действия грозы;
5 проанализировать литературу по данной теме исследования.


Глава1. Метеорологические опасные природные явления: грозы
1.1 Характеристика и классификация грозовых явлений


Гроза -  это атмосферное явление, связанное с развитием мощных кучево-дождевых облаков, сопровождающееся многократными электрическими разрядами (молниями) между облаками, облаками и земной поверхностью, шквалистым ветром, звуковыми явлениями (громом), ливневыми дождями, градом.
Молния - это высоко - энергетический электрический разряд, возникающий вследствие установления разности электрических потенциалов (иногда до нескольких миллионов вольт) между поверхностями облачного покрова и земли [1; c. 101].
Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 46 молний в секунду. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и субтропической зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. В полярных районах Арктики и Антарктики и над полюсами гроз практически не бывает. Интенсивность гроз следует за солнцем: максимум гроз приходится на лето и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер.
Одним из проявлений грозы является шаровая молния. Общепринятого научного обоснования природы шаровой молнии пока нет. Шаровая молния может появиться неожиданно в любом месте. Многократными наблюдениями установлена связь шаровой молнии с линейными молниями. Шаровая молния может достигать размера футбольного мяча. Наряду с
шаровидной, встречаются яйцеобразные и грушевидные формы. Она движется в пространстве медленно, с остановками, иногда взрывается, спокойно угасает, распадается на части или бесследно исчезает. «Живет» шаровая моۡлۡнۡиۡя примерно оۡдۡну минуту. Во вреۡмۡя движения шۡароۡвоۡй молнии сۡлۡыۡшۡитсۡя легкий сۡвۡист или шۡиۡпеۡнۡие, порой оۡнۡа движется беззۡвучۡно.
Цвет шۡароۡвоۡй молнии моۡжет быть рۡазۡлۡичۡнۡыۡм: красным, беۡлۡыۡм, синим, черۡнۡыۡм, перламутровым. Иۡноۡгۡдۡа шаровая моۡлۡнۡиۡя вращается и исۡкрۡит. Благодаря сۡвоеۡй пластичности шۡароۡвۡаۡя молния моۡжет проникнуть в поۡмеۡщеۡнۡие, в пۡаۡлۡатۡку, пещеру, в сۡаۡлоۡн автомобиля. Трۡаеۡкторۡиۡя ее дۡвۡиۡжеۡнۡиۡя и вۡарۡиۡаۡнтۡы поведения неۡпреۡдсۡкۡазуеۡмۡы. При поۡяۡвۡлеۡнۡиۡи шаровой моۡлۡнۡиۡи нельзя резۡко двигаться, пۡытۡатۡьсۡя поймать оۡгۡнеۡнۡнۡыۡй шар иۡлۡи вытолкнуть еۡго. Даже прۡи соприкосновении шۡароۡвоۡй Молнии с теۡлоۡм человека сۡлеۡдует сохранять сۡпоۡкоۡйстۡвۡие и поۡмۡнۡитۡь, что оۡнۡа может исчезۡнутۡь так же неоۡжۡиۡдۡаۡнۡно, как и поۡяۡвۡиۡлۡасۡь.
Необходимыми условиями для возникновения грозового облака является наличие условий для развития конвекции или иного механизма, создающего восходящие потоки, запаса влаги, достаточного для образования осадков, и наличия структуры, в которой часть облачных частиц находится в жидком состоянии, а часть - в ледяном

. Конвекция, приводящая к развитию гроз, возникает в следующих случаях:
- при неравномерном нагревании приземного слоя воздуха над различной подстилающей поверхностью. Например, над водной поверхностью и сушей из-за различий в температуре воды и почвы. Над крупными городами интенсивность конвекции значительно выше, чем в окрестностях города;
- при подъеме или вытеснении теплого воздуха холодным на атмосферных фронтах. Атмосферная конвекция на атмосферных фронтах значительно интенсивнее и чаще, чем при внутримассовой конвекции. Часто фронтальная конвекция развивается одновременно со слоисто-дождевыми облаками и облачными осадками, что маскирует образующиеся кучево-дождевые облака;
- при подъеме воздуха в районах горных массивов. Даже небольшие возвышенности на местности приводят к усилению образования облаков (за счет вынужденной конвекции). Высокие горы создают особенно сложные условия для развития конвекции и, почти всегда, увеличивают ее повторяемость и интенсивность.
Все грозовые облака, независимо от их типа, последовательно проходят стадии кучевого облака, стадию зрелого грозового облака и стадию распада.
Классификация грозовых облаков
Одно время грозы классифицировались в соответствии с тем, где они наблюдались, - например, локальные, фронтальные или орографические. В настоящее время более принято классифицировать грозы в соответствии с характеристиками самих гроз и эти характеристики в основном зависят от метеорологического окружения, в котором развивается гроза.Основным необходимым условием для образования грозовых облаков является состояние неустойчивости атмосферы, формирующее восходящие потоки. В зависимости от величины и мощности таких потоков формируются грозовые облака различных типов.
Одноячейковые кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb) облака развиваются в дни со слабым ветром в малоградиентном барическом поле. Их называют еще внутримассовыми или локальными грозами. Они состоят из конвективной ячейки с восходящим потоком в центральной своей части.
Они могут достигать грозовой и градовой интенсивности и быстро разрушаться с выпадением осадков. Размеры такого облака: поперечный 5-20 км, вертикальный - 8-12 км, продолжительность жизни около 30 минут, иногда до 1 часа. Серьезных изменений погоды после грозы не происходит.Гроза начинается с возникновения кучевого облака хорошей погоды (Cumulus humulus). При благоприятных условиях возникшие кучевые облака быстро растут как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, при этом восходящие потоки находятся почти по всему объему облака и увеличиваются от 5 м/с до 15-20 м/с. Нисходящие потоки очень слабы. Окружающий воздух активно проникает внутрь облака за счет смешения на границе и вершине облака. Облако переходит в стадию Cumulus mediocris. Образующиеся в результате конденсации мельчайшие водяные капли в таком облаке сливаются в более крупные, которые уносятся мощными восходящими потоками вверх. Облако еще однородное, состоит из капель воды, удерживаемых восходящим потоком, осадки - не выпадают. В верхней части облака при попадании частиц воды в зону отрицательных температур капли постепенно начинают превращаться в кристаллы льда. Облако переходит в стадию мощно-кучевого облака (Cumulus congestus).
Испаряющиеся частицы осадков охлаждают окружающий воздух, что приводит к дальнейшему усилению нисходящих потоков. На стадии зрелости в облаке одновременно присутствуют и восходящие и нисходящие воздушные потоки. На стадии распада в облаке преобладают нисходящие потоки, которые постепенно охватывают все облако.
Это наиболее распространенный тип гроз связанный с мезомасштабными (имеющими масштаб от 10 до 1000км) возмущениями. Многячейковый кластер состоит из группы грозовых ячеек, двигающихся как единое целое, хотя каждая ячейка в кластере находится на разных стадиях развития грозового облака. Грозовые ячейки находящиеся в стадии зрелости обычно располагаются в центральной части кластера, а распадающиеся ячейки с подветренной стороны кластера. Они имеют поперечные размеры 20-40 км, их вершины нередко поднимаются до тропопаузы и проникают в стратосферу. Многоячейковые кластерные грозы могут давать град, ливневые дожди и относительно слабые шквальные порывы ветра. Каждая отдельная ячейка в многоячейковом кластере находится в зрелом состоянии около 20 минут; сам многоячейковый кластер может существовать в течение нескольких часов. Данный тип грозы обычно более интенсивен, чем одноячейковая гроза, но много слабее суперячейковой грозы.
Многоячейковые линейные грозы представляют собой линию гроз с продолжительным, хорошо развитым фронтом порывов ветра на передней линии фронта. Линия шквалов может быть сплошной или содержать бреши. Приближающаяся многоячейковая линия выглядит как темная стена облаков, обычно покрывающая горизонт с западной стороны (в северном полушарии). Большое число близко расположенных восходящих/нисходящих потоков воздуха позволяет квалифицировать данный комплекс гроз как многоячеечный, хотя его грозовая структура резко отличается от многоячейковой кластерной грозы. Линии шквалов могут давать крупный град и интенсивные ливни, но больше они известны как системы, создающие сильные нисходящие потоки. Линия шквалов близка по свойствам к холодному фронту, но является локальным результатом грозовой деятельности. Часто линия шквалов возникает впереди холодного фронта. На радарных снимках эта система напоминает изогнутый лук. Данное явление характерно для Северной Америки, на территории Европы и Европейской территории России наблюдается реже [3; c. 94-95].

Рис. 1 Многоячейковые линейные грозы


Рис. 2 Вертикальная и горизонтальная структура суперячейкового облака


Суперячейка - наиболее высокоорганизованное грозовое облако. Суперячейковые облака относительно редки, но представляют наибольшую угрозу для здоровья и жизни человека и его имущества. Суперячейковое облако схоже с одноячейковым тем, что оба имеют одну зону восходящего потока. Различие состоит в том, что размер ячейки огромен: диаметр порядка 50 км, высота 10-15 км (нередко верхняя граница проникает в стратосферу) с единой полукруглой наковальней. Скорость восходящего потока в суперячейковом облаке значительно выше, чем в других типах грозовых облаков: до 40 - 60 м/с.
Основной особенностью, отличающей суперячейковое облако от облаков других типов является наличие вращения.
Вращающийся восходящий поток в суперячейковом облаке (в радарной терминологии называемыммезоциклоном)создает экстремальные по силе погодные явления, такие, как гигантский град (более 5 см в диаметре), шквальный ветер до 40 м/с и сильные разрушительные смерчи. Окружающие условия являются основным фактором в образовании суперячейкового облака. Необходима очень сильная конвективная неустойчивость воздуха. Температура воздуха у земли (до грозы) должна быть +27…+30 и выше, необходим ветер переменного направления, вызывающий вращение