Сезоны активности тропических циклонов в различных регионах

• Сезон ураганов в Атлантике официально продолжается с 1 июня по 30 ноября. Максимальная их интенсивность приходится на первую половину сентября.
• Сезон ураганов в северо-восточной части Тихого океана официально продолжается с 15 мая по 30 ноября.
• В северо-западной части Тихого океана тропические циклоны (тайфуны) могут развиваться круглый год. Поэтому здесь нет официального сезона тайфунов. Но есть небольшой минимум циклонической активности в феврале – начале марта, а основной сезон продолжается с июля по ноябрь с пиком в конце августа – начале сентября.
• Север Индийского океана имеет двойной пик активности циклонов – в мае и ноябре, но сезон продолжается с апреля по декабрь. Сильные тропические циклоны (более 33 м/с) в этом регионе происходят преимущественно с апреля по июнь и с конца сентября по начало декабря.
• Юго-запад и юго-восток Индийского океана имеют очень похожие годовые циклы активности циклонов, которые начинаются в конце октября – начале ноября, имея 2 пика активности: в середине января и в конце февраля - начале марта. Конец сезона отмечается в мае.
• В юго-западной части Тихого океана сезон тропических циклонов начинается в конце октября – начале ноября, достигая пика в конце февраля – начале марта.

Во всём мире наиболее активным месяцем является сентябрь, а наименее активным – май.

Общая характеристика чрезвычайных ситуаций в атмосфере

Сильные ветры, значительные перепады атмосферного давления и большое количество осадков могут вызвать разрушения и человеческие жертвы. Опасные атмосферные явления связаны с циклонами, тайфунами, ураганами, шквалами и смерчами (торнадо).

Таблица 1 - Энергия катастрофических атмосферных явлений

Опасные явления кинетическая энергия, Дж

Пылевые смерчи 4·10⁷

Торнадо 4·10¹⁰

Шквалы 4·10¹²

Ураганы 4·10¹⁶

Циклоны 4·10¹⁷

Факторами опасности при различных атмосферных вихрях являются, прежде всего, сильные ветры и интенсивные осадки.

Ветром называется перемещение воздуха в горизонтальном направлении.

Направление ветра относительно поверхности моря и суши определяют по флагу, дыму, ряби и полосам пены на волнах, но не по направлению волн. Ветер, дующий сверху вниз, называется верховым, снизу вверх — низовым. Ветер, направление которого часто изменяется, называется неустойчивым. Резкие изменения скорости ветра называют порывами ветра, а такой ветер — порывистым. Внезапное и сильное появление ветра или резкое изменение его по направлению с увеличением силы называется шквалом. Особенно опасен шквал с частыми изменениями направления и скорости ветра. Самым сильным моментом шквала является его начало, особенно это ощутимо после штиля.

Разрушительная способность ветра выражается в условных баллах и зависит от скорости:

0 баллов – 18–32 м/с, слабые разрушения;

1 балл – 33–49 м/с, умеренные разрушения;

2 балла – 50–69 м/с, значительные разрушения;

3 балла – 70–92 м/с, сильные разрушения;

4 балла – 98–116 м/с, опустошительные разрушения.

Более подробные оценки содержит шкала скорости ветра Бофорта, модифицированная для ураганов специалистами Национальной службы погоды США. Она приводится с некоторыми сокращениями второстепенных деталей и дополнениями о разрушительном потенциале:

0–7 баллов – менее 19 м/с (56 км/ч), от затишья до сильного ветра;

8 баллов – 19–23 м/с (68–79 км/ч), буря, ломает тонкие ветки деревьев; опасна для судов, буровых вышек и сходных сооружений;

9 баллов – 23–26 м/с (79–95 км/ч), сильная буря, повреждения легких построек, кровли, труб;

10 баллов – 26–30 м/с (95–110 км/ч), полная буря, вырывает с корнем деревья; значительное повреждение легких построек;

11 баллов – 30–35 м/с (110–122 км/ч), шторм, массовое повреждение легких построек;

12 баллов – более 35 м/с ураган, детальное подразделение;

12.1. – 35–42 м/с (122–150 км/ч); сильный ветровал; значительное разрушение легких деревянных поселков; валятся телеграфные столбы;

12.2. – 42–49 м/с (150–175 км/ч); в легких деревянных поселках разрушается 50 % домов, в прочих постройках – повреждения крыш, окон, дверей; штормовой нагон воды на 1, 6–2, 4 м выше нормального уровня моря;

12.3. – 49–58 м/с (175–210 км/ч); полное разрушение легких деревянных поселков; в прочных постройках – большие повреждения; штормовой нагон – на 1, 5-3, 5 м выше нормального уровня моря; серьезное нагонное наводнение, повреждение зданий водой;

12.4. – 58–70 м/с (210–250 км/ч); полный ветровал деревьев; полное разрушение легких и сильное повреждение прочных построек; штормовой нагон – на 3, 5-5, 5 м выше нормального уровня моря; сильная абразия морского берега; сильные повреждения нижних этажей зданий водой;

12.5. – более 70 м/с (250 км/ч); многие прочные здания разрушаются ветром, при скорости 80–100 м/сек – также каменные, при скорости 110 м/с – практически все; штормовой нагон выше 5, 5 м; интенсивные разрушения наводнением.

В этой шкале зависимость между балльностью ветра и его скоростью выражается уравнением:

Для более ощутимого ориентирования в этой шкале можно привести следующие данные:

- человек удерживается на ногах при скорости ветра до 36 м/с;

- давление ветра со скоростью 28 м/с равно 55 кг на квадратный метр, а при скорости ветра 56 м/с давление возрастает до 280 кг на квадратный метр.

Наиболее вредоносны циклоны в зимнее время, когда, помимо прочего, они сопровождаются тяжелыми снегопадами. Длительность штормового ветра при прохождении циклонов в Евразии - от немногих часов до трех суток в Западной Европе. По среднему многолетнему числу создаваемых ими стихийных бедствий ураганы занимают второе место после наводнений; по числу жертв – первое место (в 1947 - 1977 гг. –– почти 70 % жертв), лишь в отдельные периоды, уступая его иным видам природных ЧС; по наибольшей разовой величине экономического ущерба (десятки млрд долл.) ураганы входят в ведущую группу чрезвычайных ситуаций вместе с наводнениями, землетрясениями, засухами. Число жертв при ураганах достигает сотен тысяч (300 тыс. в Бангладеш, 1970 г., когда гребни волн достигали отметок 50 м, и было залито более 2/3 площади страны), чаще измеряется сотнями - тысячами в густонаселенной Азии, десятками - сотнями в других районах.

Ураган - ветер большой разрушительной силы и значительной продолжительности. Ураганы это атмосферные вихри больших размеров со скоростью ветра до 120 км/ч, а в приземном слое - до 200 км/ч.

Важными характеристиками, необходимыми для прогнозирования ураганов, являются скорость и путь перемещения циклона, являющегося источником ураганного ветра. Ураганы обусловлены некоторой неустойчивостью атмосферы, связанной с притоком теплого влажного воздуха. Восходящее его движение приводит к конденсации влаги в верхних слоях атмосферы и образованию центра урагана. Считается, что возникновение урагана связано с наличием области низкого давления, а его поддержание - с некоторым постоянным источником энергии, который представляет влажный воздух, поднимающийся над водной поверхностью. Выделяющееся при конденсации воды тепло питает ураганы энергией. Разрушительное действие ураганов определяется, в основном, энергией скорости ветра, т. е. скоростным напором (g), пропорциональным произведению плотности атмосферного воздуха (ρ) на квадрат скорости (v ²) воздушного потока (g = 0, 5ρ v ² ).

Максимальное нормативное значение ветрового давления для территории России составляет 0, 85 кПа, что при плотности воздуха 1, 22 кг/м³ соответствует скорости ветра

Для сравнения: приведем расчетные значения скоростного напора, использованные при проектировании атомной станции в районе Карибского бассейна: для сооружений I категории –– 3, 44 кПа, II и III категории – 1, 75 кПа и для открытых установок –– 1, 15 кПа.

Большую опасность представляет действие обильных дождевых осадков. Как правило, действие урагана сопровождается сильными ливнями, иногда опаснее его самого. Велика также разрушительная сила ударов от предметов, уносимых ураганным ветром. Разрушения и человеческие жертвы связаны также со штормовыми волнами, обрушивающимися на прибрежные участки суши. Основными разрушительными факторами урагана являются высокая скорость ветра, скоростной напор воздушного потока, его сила и продолжительность. На величину ущерба оказывают влияние также огромные массы приливных вод на морском побережье и продолжительные ливневые дожди, вызывающие обширные наводнения. Частотным анализом годового числа ураганов установлена возможность его описания распределением Пуассона

где ƒ (х) - функция распределения; x - ежегодная частота; - средняя ежегодная частота (для всех ураганов Атлантического побережья США = 2). Эта функция распределения вероятностей образования урагана может быть положена в основу прогноза риска возможных разрушений.

Непосредственная опасность надвигающегося урагана может фиксироваться слежением за его перемещением радиолокаторами, а также спутниками, что позволяет определить направление движения путем краткосрочного прогноза. Пути движения тропических циклонов с ураганным ветром определяются вращением Земли и местными условиями. Вращение Земли придаёт им вид параболы, всегда открытой на восток.

Во время холодной погоды бывают зимние метели - проявление циклонов (зона низкого давления). Крупные скопления снега, сопровождаемые сильным ветром, могут затруднить или парализовать движение автотранспорта.

В пустынях сильные ветры являются причиной пыльных и песчаных бурь. В течение песчаной бури, возможно, нарушение нормального электрического поля в атмосфере. Имеющиеся в настоящее время средства позволяют зафиксировать возникновение, развитие, перемещение урагана. Правильное определение времени подхода урагана к данному району имеет решающее значение для своевременного проведения мероприятий, направленных на обеспечение безопасности населения и на уменьшение возможного ущерба. Приближение урагана характеризуется резким падением атмосферного давления. Кроме того, источником информации о надвигающемся урагане являются сообщения о направлении и скорости его движения, передаваемого из тех районов, где он набрал полную силу. Эта информация служит основой для уточнения прогноза гидрометеоцентров.

Прогнозирование последствий урагана возможно лишь на основании прогноза пути движения и основных характеристик урагана, зная которые можно заранее оценить возможные разрушения зданий, сооружений, опор линий электропередач, мостов и т. п. Заблаговременность прогноза ураганов, как правило, невелика и измеряется часами. Долговременные прогнозы, осуществляемые на основе данных о ранее происшедших ураганах, отличаются небольшой точностью.

Шквальные бури и смерчи (торнадо) - это вихри, возникающие в теплое время года на мощных атмосферных фронтах, но, иногда и при особо интенсивной местной конвекции (сильный подогрев поверхности).

Шквалы - горизонтальные вихри под краем наступающей полосы мощных кучево-дождевых облаков. Ширина шквала отвечает ширине атмосферного фронта и достигает сотен километров. Скорость движения воздуха в вихре достигает ураганной (до 60––80 м/с). Так образуются шквальные бури или штормы. Их ширина - первые километры, редко до 50 км, длина пути 20––200 км, редко до 700 км, длительность в каждой точке пути - от нескольких до 30 мин. Они сопровождаются мощными ливнями и грозами. Шквалы и местные шквальные бури характерны для всех территорий, охватываемых циклонической деятельностью. Их повторяемость и сезонность зависят от некоторых характеристик сталкивающихся воздушных масс и различны от места к месту.

Для европейской части России представительна статистика по Нижегородской области: сезон шквальных бурь –– апрель –– сентябрь, максимальная повторяемость (более 1 дня из 5) –– с 26 мая по 10 июня; число дней за сезон со шквалами быстрее 15 м/с –– 18, 1; 20 м/с –– 9, 3; 25 м/с –– 2, 4; быстрее 30 м/с –– 0, 8 дня.

Разрушительное воздействие шквалов определяется скоростью ветра, а также грозами и ливневыми наводнениями.

На европейской части России одним шквалом могут быть повреждены посевы на площади до нескольких десятков тысяч гектаров, десятки домов и хозяйственных построек с разовым ущербом до нескольких миллионов рублей.

Шквалам подобны потоковые или струевые бури. Они связаны с атмосферными фронтами, но не имеют вертикальной конвективной составляющей, как при шквалах, и создаются потоками воздуха в долинах и по краям возвышенностей. Например, новороссийская бора зимой –– шторм в Цемесской бухте, забрызгивание и обледенение (толщина льда –– до 4 м) портовых строений; балхашская бора с хр. Чингиз –– зимой буран, летом пыльная буря; фен в Альпах зимой и весной –– экстремальное снеготаяние, наводнения, сели, оползни, а при недостаточно высокой температуре воздуха –– жестокие бураны и т. д.

Смерч - это восходящий вихрь, состоящий из чрезвычайно быстро вращающегося воздуха, а также частиц влаги, песка, пыли и других взвесей. Он представляет собой быстро вращающуюся воронку, свисающую из кучево-дождевого облака и ниспадающую как «воронкобразное облако». В стенках смерча движение воздуха направлено по спирали вверх и достигает скорости 200 м/с. Подъём и перенос различных предметов и материалов происходит в стенках смерча, ширина которых колеблется от нескольких метров (у плотных смерчей) до сотен метров (у расплывчатых смерчей). У очень тонких смерчей ширина всей воронки не превышает 3 м, а ширина стенок измеряется десятками сантиметров.

Смерчи, называемые в Северной Америке торнадо - мощные сконцентрированные вихри с вертикальной осью вращения, порождаемые грозовыми облаками высотой до 12––15 км. Процесс образования смерча протекает иногда лишь за 20––30 мин и начинается с появления восходящей струи теплого влажного воздуха, порождающей особо крупное и высокое грозовое облако. Из него начинается выпадение дождя и града в кольце вокруг восходящей струи. В некоторый момент завеса дождя закручивается в спираль в форме цилиндра или конуса, касающегося земли. В полном развитии смерч достигает земли и движется по ней, принося большие разрушения.

90 % смерчей связаны с холодными фронтами, остальные - с экстремально сильной внутримассовой конвекцией. Среднее время существования смерча - 10 - 30 мин. Смерчи движутся со скоростью атмосферного фронта, на котором они родились (в среднем 50––60 км/ч, редко более 150 км/ч), и проходят путь длиной до 50 км на Русской равнине, 300 км в Великобритании, 500 км в США, в среднем 10––30 км.

Средний диаметр смерча у земли – 200 - 400 м, максимальный зарегистрированный - до 2, 5 км, на Русской равнине - до 1 км. Площадь разрушений менее 1 км², максимум до 400 км².

Главное оружие смерча - огромная скорость вращения стенок; измеренные скорости достигали 115 м/с (420 км/ч), рассчитанные по разрушениям –– более 300 м/с. Удар вращающейся стенки (давление –– до десятков тонн на 1 м2) способен разрушить капитальные строения; перепад давления вызывает «взрывы» зданий, к которым прикасается смерч; восходящий поток воздуха (скорость до 70––90 м/с) способен поднять и перенести на значительные расстояния частицы почвы, людей, животных, автомашины. Смерчи могут отсасывать водоемы (например, пруды-охладители при АЭС); зафиксирован случай, когда смерч, пересекавший р. Рейн, создал на несколько мгновений в речной воде траншею глубиной до дна (до 7 м), шириной 80 м и длиной 600 м, захватив из реки не менее 300 тыс. т воды.

Чаще всего смерч хорошо виден со стороны. Одной из особенностей движения смерча является его прыгание. Холмы, леса, водные бассейны не являются преградой для движения смерча.

Чаще всего смерчи подразделяют по строению на

- пылевые вихри;

- малые смерчи - короткого действия (до километра по длине пути);

- малые смерчи - длительного действия;

- смерчи - ураганные вихри;

- водные смерчи.

В практических целях используется классификация интенсивности смерчей Фуджиты - Пирсона, сходная с шкалой Бофорта:

- классы 0, 1 и 2 –– максимальные скорости ветра 18 - 32, 33 - 49 и 50 - 69 м/с, длина пути до 16 км, ширина до 160 м; повреждения отвечают ветру 8 -10, 10 -12, 2 и 12, 2 - 12, 5 баллов по шкале Бофорта;

- класс 3 70 -92 м/с, длина пути 16 - 51 км, ширина 160 - 510 м; серьезные разрушения: некоторые здания разрушены полностью, перевернуты автомобили и железнодорожные поезда, большинство деревьев в лесу вырвано с корнем;

- класс 4 93 - 116 м/с, 51 - 160 км, 510 - 1600 м; опустошительные повреждения: от домов остались груды обломков, сильно разрушены стальные конструкции, автомобили и поезда отброшены в сторону, с деревьев сорвана кора, в воздухе летят крупные предметы;

- класс 5 117 - 142 м/с, 161 - 507 км, 1600 - 5070 м; потрясающие повреждения: сильно повреждены железобетонные конструкции, в воздухе летят предметы размером с автомобиль;

- класс 6 скорости ветра и другие показатели - еще выше; невообразимые разрушения; в т. ч. вторичные - от падающих тяжелых предметов.

Торнадо – вращающийся столб воздуха. Внутри воздух поднимается. Скорость вращения порядка 100 м/с. В пределах торнадо есть сильные нисходящие потоки, способные вдавливать в грунт отдельные доски на глубину до 45 см. Средняя скорость движения центра торнадо относительно земли - 27 м/с. Катастрофические торнадо наблюдаются редко, поэтому для их прогноза затруднительно использовать статистический подход. Обычно ориентируются на то, что торнадо могут возникнуть в любом из тех районов, где они уже происходили раньше, и следует принять соответствующие меры предосторожности. Если ведутся атмосферные наблюдения и если торнадо обнаружен, делается соответствующее предупреждение. Поскольку вероятность появления торнадо в каком-либо конкретном районе весьма мала при проектировании обычных промышленных и гражданских зданий и сооружений нагрузки от торнадо строительными нормами не учитываются (по экономическим соображениям). Нагрузки от торнадо учитываются при выборе площадок для атомных электростанций как в России, так и за рубежом. При этом учитываются скорость ветра (скоростной напор ветра), изменение атмосферного давления при прохождении торнадо над сооружением, удары летящих предметов.

Разрушения, причиняемые торнадо, как и ураганами, определяются давлением скоростного напора ветрового потока, но, кроме того, взрывным эффектом от быстрого падения давления в центре торнадо. Железобетонные сооружения обычно являются устойчивыми к действию торнадо. Наилучшим укрытием от торнадо являются убежища гражданской обороны, а при их отсутствии - прочные подвалы зданий.

Смерчи распространены повсеместно, где происходят столкновения влажных воздушных масс со значительно более холодными и где зародившиеся вихри могут получать подпитку влагой с подстилающей поверхности в течение хотя бы несколько минут. Этим условиям отвечают равнины и моря в климатических поясах от субэкваториального до умеренного (южнее 60 - 65° с. ш.).

На территории бывшего СССР смерчи возможны повсеместно южнее 65––66° с. ш., кроме пустынь Средней Азии и горных районов. Наблюдения за ними отрывочны. С 1844 по 1986 г. зарегистрировано 248 смерчей, от 2 до 18 в год, в среднем 8––10 в год. Наибольшее количество наблюдений приходится (в порядке убывания) на побережья Черного моря, Центрально-Черноземный район, Белоруссию, Прибалтику. Фактическое же территориальное распределение, возможно, иное; в частности, по повторяемости разрушительных смерчей на единицу площади ведущим может оказаться Волго-Вятский район или Прибайкалье. Наиболее сильны (известны) смерчи в Московской, Ярославской, Нижегородской и Ивановской областях. Наиболее вероятны они в июне - августе в 12––18 часов.

В настоящее время каких-либо методов прогнозирования времени и места возникновения смерчей, а также их параметров не существует. Крайне сложно также прогнозировать пути перемещения смерчей. Анализируя случаи возникновения смерчей, можно сделать вывод о том, что наиболее благоприятны для образования смерчевых облаков обширные равнины, над которыми происходит встреча теплых и холодных воздушных течений.

Грозы – наиболее распространённое опасное атмосферное явление.

Грозы – интенсивные ливни, сопровождаемые молниями (электрические разряды), а иногда – градом, и возникающие при особенно быстром поднятии теплого влажного воздуха. Внутримассовые грозы характерны в экваториальном и субэкваториальном поясах, фронтальные (в основном на холодных фронтах) – в тропиках, субтропиках и на юге умеренного пояса Северного полушария. Начинается гроза с воздушного столба, образующего высокое белое облако, которое быстро набухает. Грозовые облака – великаны, их толщина достигает 10 км. Внизу это грозовое облако плоское, оно всегда раздаётся вверх и в стороны.

Грозы возникают из-за атмосферной неустойчивости и связаны в основном с перемешиванием слоев воздуха, которые стремятся достичь более устойчивого распределения по плотности. Грозовые облака часто достигают высоты 12–15 км в умеренных широтах и еще большей – в тропиках. Их вертикальный рост ограничен устойчивым состоянием нижних слоев стратосферы. Сначала кучевое облако под воздействием внутренних воздушных течений растет в высоту и превращается в грозовое облако, достигнув холодной стратосферы. Здесь влага, содержащаяся в облаке, конденсируется, образуя капли воды или ледяные кристаллы, которые падают, охлаждая воздушное пространство под облаком. В результате все грозовое облако остывает и выпадает дождь. Стратосферные воздушные течения смещают вершину грозового облака, придавая ему типичную форму наковальни.

При грозе выпадают интенсивные ливневые осадки, нередко град, наблюдается усиление ветра, часто до шквала и смерчей, и ливневые наводнения.

Грозы разделяются на внутримассовые, возникающие при конвекции над сушей, преимущественно в послеполуденные часы, а над морем в ночные часы, и фронтальные, появляющиеся на атмосферных фронтах, т. е. на границах между тёплыми и холодными воздушными массами.

Грозы возникают в мощных кучевых облаках с вершинами на высотах 7–15 км, где наблюдаются температуры ниже 15° – 20°C. Такие облака состоят из смеси переохлажденных капель и кристаллов. Потенциальная энергия грозового облака превышает 1013 – 1014 Дж, т. е. равна энергии взрыва термоядерной мегатонной бомбы. Электрические заряды грозового облака падающей молнии равны 10–100 Кл и разнесены на расстояния до 10 км, а электрические токи достигают до 100 А. Напряжённость электрического поля внутри грозового облака равна (1–3)·105 Вт, а эффективная электропроводность в 100 раз меньше, чем в окружающей атмосфере. Средняя продолжительность одного грозового цикла составляет 30 мин и обычно менее 1 ч. Но иногда перед холодным фронтом образуется целый ряд мощных гроз, длящихся часами, сопровождаемых смерчами и шквалами (линия шквалов). Электрический заряд каждой вспышки молнии соответствует 20–30 Кл и может образоваться на участке грозовой тучи радиусом до 2 км.

Для оценки последствий от удара молнии важным является разряд между слоями атмосферы и землей. При этом может пострадать электротехническое оборудование. На равнинной местности обычно грозовой процесс включает образование молний, направленных от облака к земле. Предельное напряжение пробоя, вызывающее образование ионизированного канала, составляет около 3·106 В/м. Лавинный заряд движется вниз ступеньками по 50–100 м, пока не достигнет земли (ступенчатый лидер). Когда до земной поверхности остается примерно 100 м, молния «нацеливается» на какой-либо возвышающийся предмет. Разряды могут достигать 80 Кл и иметь силу тока от нескольких единиц до 200 кА. Обычно сила тока быстро нарастает за первые 10–20 мс, а в следующие 200–300 мс происходит ее снижение до 20 % от амплитудной величины. Обычно ступенчатый лидер переносит вниз отрицательный заряд. Иногда он переносит и положительный заряд, при этом время нарастания, а затем уменьшения тока более продолжительно, а максимальные значения заряда достигают 200 Кл и тока 218 кА.

Молнии представляют собой электрический искровой разряд большой мощности в атмосфере, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающийся громом. Наиболее часто молния возникает в кучевых облаках, иногда в слоисто-дождевых облаках, при вулканических извержениях, смерчах и пылевых бурях. Обычно наблюдаются линейные молнии, длина которых составляет несколько сот метров. Молнии могут проходить в сами облака – внутриоблачные, или ударять в землю – наземные.

Процесс развития молнии состоит из нескольких стадий. По мере продвижения лидера к Земле напряженность поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример.

Молния характеризуется токами порядка десятков тысяч ампер. В облаках происходит трение молекул, в результате чего возникает электрическое напряжение. Температура молнии достигает 30 000°С. Она так сильно разогревает окружающий воздух, что он стремительно расширяется и с грохотом преодолевает звуковой барьер. Грохот этот доходит до нас и мы говорим: гремит гром. Длительность молнии составляет от десятых до сотых долей секунды. Вспышка молнии распространяется в воздушной среде со скоростью света, так что мы видим ее практически в то же мгновение, когда происходит разряд, а грохот расширяющегося воздуха пролетает километр примерно за три секунды. Если молния и гром следуют один за другим сразу же, то можно сказать, что гроза где-то рядом, а если вспышка молнии опережает раскаты грома, то гроза находится на каком-либо расстоянии. Чем дальше гроза, тем дольше не гремит гром после молнии. Вспышки невидимых и неслышимых молний при отдаленной грозе, освещающих изнутри облака, называются зарницами.

Особый вид молнии – шаровая, своеобразное электрическое явление, природа которой ещё не выявлена. Она представляет собой форму светящегося шара диаметром 20–30 см, движущегося по неправильной траектории, который обладает большой удельной энергией. Длительность существования от нескольких секунд до минут, а исчезновение её может сопровождаться взрывом, вызывающим разрушения и человеческие жертвы, или беззвучно.

Удары молнии иногда сопровождаются разрушениями, вызванными ее термическими и электродинамическими воздействиями, а также некоторыми опасными последствиями, возникающими от действия электромагнитного и светового излучения. Наибольшие разрушения вызывают удары молнии в наземные объекты при отсутствии токопроводящих путей между местом удара и землей. От электрического пробоя в материале образуются узкие каналы, в которые устремляется ток молнии. Из-за очень высокой температуры часть материала интенсивно испаряется с взрывом. Это приводит к разрыву или расщеплению объекта, пораженного молнией, и воспламенению горючих элементов.

Возможно также возникновение большой разности потенциалов и электрических разрядов между отдельными предметами внутри сооружений. Такие разряды могут явиться причиной пожаров и поражения людей электрическим током. Часто прямым ударам молнии подвергаются сооружения, возвышающиеся над окружающими строениями, например, металлические дымовые трубы, башни, пожарные депо и строения в открытой местности. Весьма опасны прямые удары молнии в воздушные линии связи с металлическими опорами. Оценка опасности воздействия молнии основана

на статистике частоты гроз с опасными молниями в данном районе. Повторяемость опасных молний относят к единице площади, что дает возможность получить величину риска. Повреждения, наносимые молнией, обусловлены высоким напряжением, большой силой тока в канале молнии и температурой, достигающей 40 000 К. Сильный ток, прошедший через тело человека от удара молнии, вызывает остановку сердца.

Защита зданий и сооружений от молний состоит в заземлении электрических импульсов, т. е. в применении громоотводов. Громоотвод притягивает приблизившегося ступенчатого лидера, образуя защитный конус с углом 90° ниже верхушки громоотвода. Ударное расстояние h для ударов молнии от головной части лидера к точке заземления представляют как функцию от высоты грозового облака H и величины заряда Q. Удар происходит, если напряженность поля между головой лидера и заземленной точкой превысит пробивное напряжение поля, равное в воздухе 3 кВ/см. Практический интерес представляет зависимость H от максимальной силы тока i. При средней продолжительности разряда молнии 100 мс, имеем выражение для силы тока

i = 2·104 Q.

Значения ударного расстояния h для молний с различными величинами разряда i и высотами грозового облака H представлены на рис. 8. Этот график может быть использован для проектирования защиты от молний, позволяя установить зону, в которой молния с определенной величиной разряда будет притянута.

Для защиты человека от молнии на открытом месте необходимо найти заземленное убежище. Таким убежищем может служить лес. Отдельно стоящее дерево представляет опасность, так как является громоотводом, и не исключен пробой между деревом и человеком. В бывшем СССР наибольшее число гроз (до 40–70 дней в году) отмечается, на Северном Кавказе и в Закавказье. На основной части европейской территории бывшего СССР и в Западной Европе среднее годовое число дней с грозами 15–30, севернее – 10 и менее. От года к году число дней с грозой колеблется (в Европе на 30–40 %) относительно среднемноголетнего в зависимости от особенностей циркуляции атмосферы и в корреляции с ходом температуры воздуха и осадков.

Рис. 8 - Ударное расстояние h для различных разрядов i в зависимости от высоты H грозовой тучи

При грозах опасны интенсивные ливни, градобития, удары молний, порывы ветра и вертикальные потоки воздуха (для авиации).

Опасность градобитий определяется диаметром (массой) градин и размерами поражаемой площади – «градовых дорожек». Диаметр градин не менее нескольких миллиметров и увеличивается вместе со скоростью и высотой поднятия грозовых облаков. Град – это атмосферные осадки в виде шариков льда и смеси льда и снега, выпадает во время прохождения холодного фронта или во время грозы. Наибольшие градины представляют собой простые структуры, образованные при условии, когда поверхность снежных комочков тает и основа замерзает, или же покрывается водяными

капельками, которые затем замерзают. Таким образом, у градин твердое внешнее покрытие и мягкая сердцевина. Крупные градины диаметром от 1, 2 до 12, 5 см представляют собой более сложные структуры. Обычно они состоят из чередующихся слоев твердого и мягкого льда.

Как правило, град выпадает из мощных кучево-дождевых облаков при грозе и ливне. Частота выпадения града различна: в умеренных широтах он бывает 10–15 раз в год, у экватора на суше, где более мощные восходящие потоки, – 80–160 раз в год. Какими бы ни были способы образования, выпадение града приводит к поразительным разрушениям и к человеческим жертвам.

В России разработаны методы определения градоопасных облаков и созданы службы борьбы с градом. Опасные облака «расстреливают» снарядами, снаряжёнными специальными химическими веществами. В бывшем СССР наиболее градоопасны территории в предгорьях Карпат, Кавказа, Средней Азии. На Северном Кавказе диаметр градин достигает 6–7 см, масса 60–70 г (рекорд 0, 5 кг). В июле 1991 г. град повредил 18 самолетов в аэропорту Минеральные Воды. Крупный град разбивает виноградники, крыши зданий, теплицы, автомашины и т. д.; град обычного размера повреждает и уничтожает посевы. Около 9/10 ущерба урожаю наносят редкие (около 10 % общего числа) сильные градобития. «Градовые дорожки» достигают в длину 50–60 км, в ширину до 10 км, но обычно – в 5–10 раз меньше. Тяжелые повреждения посевам наносятся, когда слой выпавшего града составляет хотя бы немногие сантиметры. Молнии губят людей, скот, вызывают пожары, повреждения электросетей т. д. В мире от гроз и их последствий ежегодно гибнет до 10 000 человек (по этому показателю они находятся в первой пятерке природных опасностей).

Опасность молнии заключается в том, что электрический заряд поражает не только то, во что попадает, но и всех, кто находится или что находится рядом. Вот почему во время грозы нужно немедленно прекращать движение и искать укрытие. Грозу безопаснее переждать в ложбине, канаве, яме. Если поблизости нет никаких углублений, нужно лечь на землю и ждать, пока гроза не прекратится. Во время грозы не рекомендуется бегать.

Прятаться под кроной одинокого раскидистого дерева опасно. Надежное убежище – гуща леса. Подмечено: в одни деревья молнии ударяют чаще, в другие – реже, а третьи почти не трогают. Особенно значительны «боевые» шрамы у дуба. Кроме него, наиболее часто молнии поражают тополь, ель, сосну, реже березу, липу и почти не трогают орешник. На воде молния бьет так же, как и на суше, – купаться в грозу рискованно.