Опасные явления погоды.

4.1 Гроза. Классификация гроз. Стадии развития грозового облака.

Гроза – атмосферное явление, при котором происходит интенсивное облакообразование, сопровождающиеся электрическими разрядами в виде молний и звуковым явлением в виде грома, с выпадением ливневых осадков.

Кучево-дождевые облака образуются в результате интенсивных восходящих потоков влажного воздуха. Такие потоки возникают вследствие термической конвекции и вынужденного поднятия воздуха вдоль горных склонов или вытеснения вверх тёплого воздуха на атмосферных фронтах. Термическая конвекция и вынужденный подъём воздуха действуют одновременно. Но первостепенное значение оказывает степень устойчивости атмосферы.

Восходящие движения воздуха особенно хорошо развиваются при неустойчивом состоянии атмосферы, большая влажность способствует интенсивному развитию грозовых облаков (кучево-дождевых). Чем сильнее прогрев нижних слоёв воздуха и чем влажнее этот воздух, тем вероятнее образование гроз.

Механизм формирования кучево-дождевой облачности в следующем: более нагретые приземные слои воздуха, становясь легче окружающей среды, поднимаясь, адиабатически охлаждаются. Величина этого охлаждения составляет до уровня конденсации 1˚ на 100м. На уровне конденсации происходит образование кучево-дождевых облаков. При дальнейшем подъёме охлаждение воздуха становится более медленным и составляет 0,5˚ до 0,8˚С на 100м. Чем больше влагосодержание поднимающейся массы воздуха, тем больше тепла выделяется при конденсации. Это тепло является главной причиной вертикального развития кучевых облаков и превращение их в мощные кучево-дождевые, т.е. грозовые облака. При большой влажнонеустойчивости атмосферы весь процесс формирования кучево-дождевых облаков может длиться 30-40 мин.

В метеорологии подразделяют грозы на внутримассовые и фронтальные.

Внутримассовые грозы образуются в неустойчивой воздушной массе в результате термической конвекции или подъёма воздуха вдоль наветренных горных склонов, которое сочетается с динамической турбулентностью В подавляющем большинстве случаев внутримассовые грозы возникают в тыловой части циклона при северных и северо-западных ветрах и в заполняющихся циклонах. Над сушей они образуются в тёплое время года и во второй половине дня. Так как в тылу циклона происходит вторжение холодного воздуха с ростом давления, то это препятствует значительному развитию кучево-дождевых облаков, поэтому вертикальная мощность кучево-дождевых облаков составляет 4-5км. В зависимости от причин образования они подразделяются на конвективные, адвективные и орографические грозы.

· Конвективные грозы образуются при хорошо прогретой подстилающей поверхности, воздушная масса в нижнем слое теплая и влажная, выше - относительно холодная. Конвективные грозы наблюдаются в размытом барическом поле.

· Адвективные грозы возникают при быстром движении холодного влажного воздуха по теплой поверхности. Летом они развиваются над сушей в передней части гребня в холодном воздухе за холодным фронтом.

· Орографические грозы возникают в предгорных и горных районах при подъеме неустойчивой воздушной массы вдоль наветренных склонов и являются интенсивными и продолжительными, когда склоны в середина дня обращены к солнцу. В горных районах кучево-дождевые облака по вертикали более развиты и достигают высот около 8км. Горные внутримассовые грозы обычно интенсивнее, чем на равнине.

Фронтальные грозы могут возникать на всех видах атмосферных фронтов. Особенно опасны грозы на холодных фронтах второго рода, так как наиболее активны в дневное время, перемещаются вместе с фронтом со скоростью 50-60 км/час. Располагаются грозы перед фронтом, длина грозовой зоны 1000км, ширина 30-50км, вертикальная мощность 14-15км, Интенсивная грозовая деятельность наблюдается, когда разность между температурой тёплой и холодной воздушной массы составляет 10˚С и более. Прохождение такого фронта сопровождается сильными шквалами и ливнями, а иногда выпадением града. Грозы на холодном фронта располагаются сплошной грядой вдоль фронта. Наиболее интенсивная грозовая деятельность наблюдается в тёплое время гроза во вторую половину дня, когда термическая конвекция способствует усилению грозовой деятельности в зоне фронта.

Грозы на тёплом фронте возникают, когда воздух, понимающийся по фронтальной поверхности неустойчивый за счёт выхолаживания окружающего воздуха. Кучево-дождевые облака замаскированы среди систем Ns-As, и обнаружить их визуально невозможно, поэтому полёт в облаках в таких условиях становится опасным.

Грозовые облака в своём развитии проходят 3 стадии:

1 стадия наблюдается от момента возникновения облака до выпадения осадков. В этой стадии облака имеют вид кучевых Cu и мощно-кучевых Cu cong , состоят из водяных капель и не дают осадков. Внутри облаков преобладают восходящие потоки, в кучевых они составляют 1-2 м/и, в мощно-кучевых они достигают 6-8 м/с. Нисходящие потоки наблюдаются между облаками.

2 стадия (наиболее опасная) наблюдается от начала выпадения ливневых осадков и появления в вершине мощно-кучевого облака кристаллов. В этой стадии облака имеют вид кучево-дождевых, их вершины находятся в области низких температур и имеют ледяную структуру, а нижняя часть облака чаще всего располагается в области положительных температур и имеет капельно-водяную структуру, а середина (между изотермами 0° и -20˚С) – смешанную структуру. В облаках могут наблюдаться град, снег, крупные капли дождя. Из облака выпадают ливневые осадки, т.к. восходящие потоки не в состоянии удержать на весу укрупненные капли. С началом выпадения осадков турбулентность в облаке достигает максимальной силы. Мощные восходящие потоки имеют скорость до нескольких метров, иногда доходящих до 30м/с и более, нисходящие – до 15м/с. Указанные восходящие и нисходящие движения сопровождаются сильными порывами, скорость которых может достигать 12-14 м/с (для ВС опасность представляют порывы более 10м/с, а также частые порывы более 6м/с).

Сильная турбулентность наблюдается также вдоль края облака и внутри его в местах встречи восходящих и нисходящих потоков. Нисходящий поток вызывается выпадающими осадками, которые охлаждают и увлекают вниз воздух в облаке. Завихрения, наблюдающиеся в облаке, а также сочетания мощных вертикальных потоков с большими и частыми порывами вызывают штормовую болтанку ВС, при которой полёты становятся чрезвычайно опасными, Особенно большой силы воздушные потоки достигают в верхней части кучево-дождевого облака. Здесь восходящие движения бывают настолько сильными, что вырывают из куполообразной грозовой вершины облачные элементы, которые образуют над этой вершиной гигантскую «метлу», напоминающую наковальню. Она имеет вид волокнистой пелены и представляет собой особую разновидность перистой Ci и перисто-слоистой Cs облачности.

Над куполообразной вершиной кучево-дождевых облаков, не имеющих наковальни или выступающих из наковальни, имеют место сильные восходящие потоки в слое 200-300м от облака.

Сильная турбулентность в этом случае наблюдается в слое 50-100м. В этой зоне ВС тянет вверх.

Над плоской наковальней в слое 200-300м наблюдается нисходящий поток, имеет место турбулентность, самолёт в этом случае тянет вниз. Таким образом, ВС, пролетающий в непосредственной близости к наковальне может быть сильно брошен вверх или втянут в облако.

При подходе к облаку болтанка может появиться на удалении равном диаметру облака, но наиболее сильная может встретиться на расстоянии до 1 км от него.

В грозовом облаке, в зоне отрицательных температур (от 0˚ и ниже) наблюдается сильное обледенение. Особенно интенсивным оно бывает в средней и верхней части грозового облака,

куда сильными восходящими потоками забрасываются крупные переохлажденные водяные капли. Сильное обледенение наблюдается и в наковальне. В облаке может наблюдаться град, вес градин может достигать 400-500г, град встречается и в наковальне, а иногда и вне облаков.

Во второй стадии большую опасность представляют явления, наблюдаемые под грозовыми облаками. В передней части облака образуется вал из разорванных облаков, так называемый «шкваловый ворот». Он возникает на высоте 500-600м (может опускаться и до 50м) на границе восходящего потока в облаке и нисходящего вне облака. «Шкваловый ворот» имеет большую скорость вращения и является крайне опасным явлением. При благоприятных условиях конец «шквалового ворота» может опускаться до земли, образуя крутящийся вихрь – смерч (в Европе – тромб, в США – торнадо). Смерч обычно имеет диаметр около 100м и большую скорость вращения - до 50-100 м/с. Перемещаясь со скоростью 20-30км/час, он причиняет огромные разрушения на своём пути.

Вторая опасная зона под облаком находится между восходящими и нисходящими потоками воздуха. Это зона шквалов. Ширина её не превышает 0,5 км. Ветер в зоне шквалов может достигать силы урагана – более 30м/с.

Большую опасность представляют ливневые осадки и град, выпадающие из облака. Иногда град может достигать больших размеров.

3 стадия является завершающей в жизни облака. Она наблюдается от начала распада кучево-дождевого облака. Дождь охватывает большую часть нижней половины облака, в результате чего в облаке преобладают нисходящие потоки, не превышающие 5-10 м/с. Обычно разрушение облака начинается с нижней части. Характерным признаком начала этого процесса является своеобразный вид нижней границы облака. Она становится вымеообразной (провисающей). В результате распада появляются слоисто-кучевые Sc, высоко-кучевые Ac и перистые Ci облака.