Для образования грозы нам нужны 3 элемента:
- Влажный воздух. Чаще всего влага в воздух поступает из океанов или морей, поскольку именно в этих местах испаряется большое количество воды.
- Нестабильный воздух. То есть воздух с различной температурой и влажностью, который из-за разницы в давлении начинает двигаться.
- Подъемная сила. За подъемную силу отвечает теплый воздух, который под воздействием своей температуры расширяется и летит вверх.
Жизненный цикл грозы
Все типы гроз проходят 3 стадии - развитие, зрелость и рассеивание. В зависимости от атмосферных условий, каждый из этих этапов обычно длится около 30 минут.
Развитие
Первым этапом в процессе образования грозы является развитие облаков. Вследствие испарения воды большое количество влаги попадает в воздух и начинает подниматься вверх. На больших высотах воздух холоднее, в результате чего ранее упомянутый теплый, влажный воздух начинает конденсироваться - мы знаем это явление как процесс конденсации, когда газ превращается в жидкость.
Именно процесс конденсации имеет решающее значение для развития грозы. Во время этого процесса в атмосферу выделяется много энергии в виде тепла, что заставляет воздух в облаке остывать медленнее. Это позволяет облаку расти в высоту.
Знаете ли вы.
При образовании типичной грозы в атмосферу поднимается около 500 миллионов килограммов водяного пара.
Зрелость
После стадии роста гроза переходит в стадию зрелости, и из кучево-дождевого облака образуется кучевое облако. Если восходящий ток (движение воздуха вверх) достаточно силен, теплый воздух будет подниматься вверх, пока не достигнет "потолка" и не сможет подняться выше. Этот потолок является тропопаузой - слоем земной атмосферы между стратосферой и тропосферой. Высота, на которой находится тропопауза, зависит от широты.
Воздух, летящий вверх, встречает на своем пути тропопаузу и не может лететь выше, в результате чего он расходится в стороны. В результате образуется облачная наковальня и кучево-дождевое облако (cumulonimbus incus).
Молекулы воды начинают сливаться во все более крупные капли и замерзать под воздействием температуры, которая на высоте тропопаузы достигает -70 C°. Падая, они начинают таять и превращаются в капли дождя. Падающий дождь увлекает за собой воздух, создавая тем самым нисходящий поток, а восходящий поток продолжает питать бурю. Одновременное возникновение восходящих и нисходящих течений указывает на то, что шторм "зрелый". На этой стадии возникают электрические разряды (молнии, грозы), сильный ветер и ливневые дожди.
Обычно обычная гроза быстро переходит в фазу рассеивания и начинает постепенно исчезать по мере выпадения дождя. Однако, когда происходят значительные изменения скорости и направления ветра с высотой в тропосфере, они могут привести к образованию суперячейки грозы, которая может сохраняться в течение многих часов.
Как град образуется в облаке?
Мы знаем, что капли воды замерзают в облаке на большой высоте, но по мере падения они начинают таять, превращаясь в капли дождя. При образовании града разница заключается в том, что частицы льда не тают.
Сильный восходящий поток поднимает замерзшие капли воды в верхние слои облака. Там температура еще ниже, поэтому из частиц воды образуются более крупные куски льда, которые в процессе падения не успевают растаять и, падая, образуют осадки, известные нам как град.
Рассеивание
Это последняя стадия, когда шторм теряет силу и начинает исчезать. На этой стадии в шторме преобладает нисходящее течение, и если атмосферные условия не благоприятствуют формированию суперячейки, эта фаза продлится около 30 минут.
Нисходящий поток выталкивает массы холодного воздуха из грозового облака вниз, тем самым перекрывая поступление теплого, влажного воздуха, питающего кучево-дождевое облако, что останавливает его рост. Во время этого процесса может возникнуть явление, известное как downburst - это очень сильный нисходящий поток (в виде вертикального столба воздуха) с порывами ветра более 200 км/ч. Это может нанести большой ущерб и очень опасно для самолетов.
Резюме
В двух словах, гроза образуется из водяного пара, который, поскольку он легче более холодного воздуха, улетает вверх. Из-за низкой температуры он начинает конденсироваться в атмосфере, что мы видим в виде облака.
В процессе конденсации происходит выделение тепла в воздух, что позволяет облаку охлаждаться медленнее, чем окружающий воздух. Таким образом, если испарится достаточно влаги и возникнет достаточно сильное восходящее течение, начнет формироваться грозовое облако.