Что такое гроза и как она появляется?

Гроза — всем известное атмосферное явление, которое обязательно сопровождается громом и молниями. А ещё часто вместе с ней приходят сильные осадки, шквалистые ветры и даже град. Как же грозы появляются на Земле? Случаются ли на других планетах? И какие есть связанные с ними интересные факты?

Рождение легенды: как появляется гроза?

Гроза возникает внутри массивных кучево-дождевых облаков. Они формируются, когда у поверхности земли накапливается тёплый и влажный воздух, который в один момент начинает стремительно подниматься вверх сквозь более холодные слои. Этот процесс называется конвекцией — именно он запускает развитие грозы.

Чтобы гроза возникла, в природе должны совпасть сразу несколько условий.

1. Во-первых, необходимо много атмосферной влаги. Она может испаряться с поверхности морей, озёр, рек, болот, ледников и даже из почвы. Именно благодаря влаге формируются облака.

2. Во-вторых, важна атмосферная неустойчивость — состояние, при котором у поверхности земли находится слой тёплого воздуха, а выше — холодного. Чаще всего неустойчивость наблюдается в жаркие летние дни, особенно после длительного периода тёплой и влажной погоды.

3. В-третьих, необходим механизм, который «подтолкнёт» тёплый воздух наверх, чтобы началось активное атмосферное перемешивание — конвекция. Таким «пусковым» фактором может быть прохождение атмосферного фронта, подъём воздуха по склонам гор, столкновение потоков воздуха с разных направлений в одной точке или просто сильный нагрев земной поверхности солнцем.

Поднимаясь наверх, воздух постепенно остывает, а содержащийся в нём водяной пар превращается в капли воды или кристаллики льда. При этом выделяется тепло, которое дополнительно усиливает восходящие потоки. В результате облако растёт до высоты 12–18 км. А внутри него в то же самое время царит настоящий хаос: тёплый воздух стремится вверх, холодный и влажный — вниз, и все эти потоки постоянно движутся, сталкиваются, перемешиваются.

Параллельно с этим в облаке происходит накопление электрических зарядов. Мельчайшие капли воды и кристаллы льда сталкиваются друг с другом и за счёт трения создают разность потенциалов. В результате верхняя часть облака заряжается положительно, а нижняя — отрицательно. Поверхность Земли под облаком при этом получает положительный заряд.

Когда напряжение между облаком и землёй или между разными частями облаков становится слишком сильным, происходит электрический разряд — возникает молния. Она может вспыхнуть внутри одного облака, между двумя облаками или ударить в землю. За молнией почти сразу следует гром — этот звук возникает из-за резкого расширения воздуха, локально нагретого до огромной температуры во время разряда.

Именно так рождается гроза — одно из самых впечатляющих и опасных атмосферных явлений.

Где грозы происходят чаще всего?

Грозы наиболее часто возникают в районах, где присутствует высокая влажность, поверхность Земли интенсивно прогревается солнечными лучами и активно отдаёт своё тепло приземному воздуху. Обычно такие условия характерны для зоны влажных экваториальных лесов, тропиков и субтропиков. Но в тёплое время года грозы могут случаться в средних широтах и в достаточно засушливых континентальных регионах.

К главным мировым центрам грозовой активности относятся:

• Район озера Маракайбо, Венесуэла. Именно сюда приезжают посмотреть на легендарные молнии Кататумбо. За одну минуту в этих краях может сверкнуть до 28 молний, за одну ночь — до 20 000, а суммарное количество грозовых дней варьируется от 70 до 200 в год. Подробнее о необычном феномене можно прочитать в нашей статье.

• Демократическая Республика Конго. Экваториальная Африка в целом и бассейн реки Конго в особенности отличаются невероятно высокой грозовой активностью. В местной деревушке Кифука зафиксирована одна из самых высоких плотностей молний в мире — до 160 разрядов в год на квадратный километр.

• Западное побережье Мексиканского залива и Великие равнины. Куба, полуостров Флорида, штаты Техас, Миссисипи, Оклахома и Луизиана известны тем, что здесь взаимодействие морских бризов с Атлантики и со стороны Мексиканского залива рождают не только большое количество гроз, но и торнадо. Эти разрушительные вихри, возникающие в грозовых облаках, считаются одним из самых опасных и при этом зрелищных проявлений грозовой активности.

• Юго-Восточная Азия. Этот регион подвержен практически ежедневным грозам в сезон муссонов. Особенно часто сильные грозы происходят в Индонезии, Малайзии и на Филиппинах.

• Север Аргентины, юг Бразилии и Парагвай. Второй грозовой центр, расположенный в Южной Америке. Именно здесь метеорологи фиксируют одни из самых рекордно длинных молний и рекордно долгих вспышек разрядов на Земле. Например, в 2020 году в небе над Аргентиной однократная вспышка зависла на 17 секунд.

• Гималаи и северо-восток Индии. Резкий контраст высот и муссонные потоки создают благоприятные условия для рождения и развития интенсивных гроз.

В России чаще всего грозы случаются на Северном Кавказе, в Краснодарском крае, Центрально-Чернозёмном регионе. Ещё один грозовой центр находится в Южной Сибири — в районе Алтае-Саянской горной страны. Изредка, но грозы могут случаться и в Арктике, даже за полярным кругом.

Почему грозы чаще возникают над сушей?

Если взглянуть на карту интенсивности гроз, заметно, что грозы над сушей или в районе побережья возникают несравнимо чаще, чем над океаном. В чём же причина? Дело в том, что суша нагревается быстрее и сильнее, чем океан и моря. Это приводит к более интенсивной конвекции над сушей и, как следствие, к более активному формированию и развитию кучево-дождевых облаков. К тому же водоёмы имеют большую теплоёмкость. Это создаёт более стабильные условия в атмосфере и снижает вероятность гроз.

Жизненный цикл грозы

Гроза, как и человек, за свою жизнь проходит три основные стадии: детство (формирование облаков), зрелость (активная и наиболее интенсивная стадия грозы) и старость (распад грозового облака и затухание грозы).

1. «Детство». Кумулятивная стадия: активные восходящие потоки формируют облако. Влажный тёплый воздух поднимается, охлаждается, образуются водяные капли и кристаллики льда. Эта стадия сопровождается ростом облаков, но осадков пока нет.

2. «Зрелость». Зрелая стадия: наиболее активная фаза. Облако достигает размеров кучево-дождевого, появляются сильные осадки, молнии и гром. Восходящие потоки подпитывают грозу, а нисходящие несут дождь, охлаждая атмосферу. Часто наблюдаются град и порывы ветра.

3. «Старость». Стадия распада: нисходящие потоки перекрывают поступление теплого воздуха снизу. Облако разрушается, осадки прекращаются, гроза затухает.

Какие бывают типы гроз?

В метеорологии грозовая ячейка — это отдельная зона внутри грозового облака, где развиваются процессы, приводящие к осадкам, молниям и другим явлениям. Можно сказать, что ячейка — это самостоятельная мини-грозовая система с восходящими и нисходящими потоками воздуха. Внутри грозового облака может быть одна или несколько таких ячеек. Так вот, в зависимости от количества ячеек, а ещё от некоторых их особенностей поведения, грозы разделяются на несколько типов:

• одноячейковые грозы: короткие (до часа), слабые, часто случаются летом после обеда;
• многоячейковые: состоят из нескольких грозовых ячеек на разных стадиях развития. В таком случае грозы могут длиться несколько часов;
• суперячейки: вращающиеся грозы с мощными восходящими потоками — мезоциклонами. Длятся несколько часов. Могут вызывать град, ураганы, торнадо;

• многоячейковые линейные грозы: вращающиеся грозы с мощными восходящими линиями шквалов. Вытянутые цепочки гроз, часто вдоль фронтов, вызывают масштабную непогоду. Грозы могут длиться до суток и более.

Бывают ли грозы на других планетах?

Грозы или электрические явления наблюдаются (или предполагаются) на нескольких планетах с плотной атмосферой.

• Например, Юпитер знаменит гигантскими грозами с молниями гораздо мощнее земных.
• На Сатурне зонд «Кассини» обнаружил масштабные штормы с электрической активностью, которые могут длиться месяцами.
• На Уране и Нептуне астрофизики отмечают что-то похожее на разряды в атмосфере.
• На Венере некоторые аппараты также фиксируют электромагнитные всплески, похожие на грозовые разряды. Но реальность прохождения гроз и наличия молний на этой планете пока под вопросом.
• На Марсе привычные нам грозы невозможны из-за слишком тонкой атмосферы. Однако во время пылевых бурь в приповерхностном слое атмосферы может возникать слабая электрическая активность из-за трения пылевых частиц.

Конечно, грозы на других планетах отличаются от земных по природе происхождения и по веществам, из которых состоят облака и атмосфера. Однако во всех случаях физический механизм рождения грозы примерно один и тот же: конвекция, разделение зарядов внутри облаков и электрические разряды.

Почему трудно прогнозировать грозы?

Несмотря на современные спутники и метеорологические модели, точный прогноз гроз остаётся сложной задачей. Это связано с их локальностью — часто грозовые ячейки возникают на площади всего 1–3 км и развиваются очень быстро.

Пространственное разрешение метеомоделей пока не всегда позволяет их вовремя зафиксировать. Однако Яндекс Погода активно работает над улучшением прогнозирования гроз — теперь наши пользователи смогут наблюдать за местонахождением грозовых ячеек прямо на карте осадков.

Как предсказать грозу без синоптических карт и метеоприложений?

Тем не менее, погодное приложение не всегда может оказаться под рукой, как и интернет. Поэтому мы собрали несколько признаков надвигающейся грозы, по которым вы легко сможете определить её скорое прохождение.

1. Сначала станет заметно, как быстро на небе растут и темнеют облака, наполняющиеся влагой.
2. Параллельно будут наблюдаться резкие изменения направления и силы ветра.
3. Затем вы почувствуете заметное и достаточно резкое понижение температуры воздуха.
4. При этом ощутимо вырастет влажность, воздух будто бы физически потяжелее.
5. Потом вы можете услышать отдалённые раскаты грома — верный знак надвигающейся грозовой ячейки.
6. И последний штрих — вы почувствуете узнаваемый, будто бы слегка металлический запах озона.