Глава 1
ПРИРОДА МОЛНИИ
- Образование грозовых облаков
Грозовые облака образуются в результате восходящих потоков теплого влажного воздуха. Такие потоки являются следствием двух различных природных явлений.
Тепловые грозы образуются при неравномерном нагреве воздуха у поверхности земли в соответствии с рельефом местности. Например, склоны холмов, гор, берегов рек, обращенные к солнцу, нагреваются сильнее, чем равнинные поверхности и тем более обратные склоны с теневой стороны. Соответственно над более сильно нагретыми поверхностями земли воздух нагревается сильнее и поднимается вверх, вытесняемый более холодным воздухом со стороны. При подъеме воздух охлаждается, содержащаяся в нем влага конденсируется и за счет выделения скрытой теплоты парообразования поддерживает разность температур и плотностей поднимающегося теплого воздуха и окружающего холодного воздуха. Возникает стремительный восходящий поток воздуха, под действием которого происходит разбрызгивание образующихся водяных капель. Образующиеся при этом мельчайшие водяные капли оказываются заряженными отрицательно, а более крупные - положительно. Поток воздуха разносит отрицательно заряженную пыль на значительные расстояния, образуя основной массив грозового облака. Положительно заряженные крупные капли выпадают в виде дождя на землю или удерживаются во взвешенном состоянии, образуя в грозовом облаке местные скопления положительных зарядов. Таким образом, грозовые облака образуются в результате механического разделения зарядов водяных, капель противоположного знака и сосредоточения в различных частях облака значительных зарядов одного знака (рис. 1.1). Скорость вертикальных потоков воздуха в отдельных областях созревающего грозового облака достигает 10... 20 м/с. Верхняя часть облака поднимается до 7...10 км над поверхностью земли. На этих высотах температура окружающей атмосферы ниже -40 °C, и переохлажденные капли воды замерзают, образуя кристаллы льда.
Рис. 1.1. Воздушные потоки и электрические заряды в облаке тепловой грозы
Рис. 1.2. Схема образования грозовых облаков при фронтальных грозах.
Измерения с помощью шаров-зондов показали, что в верхних слоях грозового облака (выше изотермы -10 °C) сосредоточены положительные заряды, образованные другим механизмом разделения зарядов, связанным с электризацией кристаллов льда.
Фронтальная гроза образуется при встречном движении и столкновении теплого и холодного воздуха. На фронте холодного воздуха происходит вытеснение теплого воздуха, который поднимается вверх, охлаждается и образует грозовые облака с вихревым движением масс воздуха в них (рис. 1.2). При этом механизм электризации облаков такой же, как и в тепловых грозах. Однако фронтальные грозы, как правило, охватывают значительную территорию и продолжительнее тепловых гроз. Поэтому фронтальные грозы наиболее опасны для электрических сетей.
В России тепловые грозы наблюдаются в течение наиболее теплого времени года, как правило, во второй половине дня. Фронтальные грозы охватывают больший период времени (с апреля-мая по сентябрь-октябрь) и возникают не только днем, но и ночью. В среднем продолжительность одной грозы составляет 1...2 ч.
Распределение гроз по земной поверхности очень неравномерно. Наиболее частые грозы наблюдаются в экваториальных районах: на острове Ява насчитывается 220 грозовых дней в году, в Центральной Африке - 150. В странах умеренного климата грозы возникают реже. Однако и в этих странах отмечаются отдельные районы, в частности предгорные, с высокой интенсивностью грозовой деятельности (рис. 1.3). На большей части территории России число грозовых дней в году не превышает 40, и только в южных районах число грозовых дней составляет от 40 до 60 в год. В северных районах число грозовых дней в году не превышает 20.
