Ett åskväder är ett atmosfäriskt fenomen där elektriska urladdningar sker inuti moln eller mellan moln och jordens yta - blixtar , åtföljda av åska . Som regel bildas ett åskväder i kraftfulla cumulonimbusmoln och är förknippad med kraftigt regn, hagel och regn . Ett åskväder utan nederbörd kallas " torrt åskväder ".
Åskväder är ett av de farligaste väderrelaterade fenomenen för människor : när det gäller antalet registrerade dödsfall är det bara översvämningar som leder till större mänskliga förluster [1] .
En åskväder är en synoptisk situation som kännetecknas av närvaron av kraftfulla cumulus- och cumulonimbusmoln, men utan åskväder. I det här fallet är sannolikheten för ett åskväder 30-40 % [2] .
Samtidigt verkar ungefär ett och ett halvt tusen åskväder på jorden, den genomsnittliga intensiteten av urladdningar uppskattas till 100 blixtar per sekund. Åskväder är ojämnt fördelade över planetens yta. Det är ungefär tio gånger mindre åskväder över havet än över kontinenterna. Cirka 78 % av alla blixtnedslag är koncentrerade till den tropiska och ekvatoriala zonen (från 30° nordlig latitud till 30° sydlig latitud). Den maximala åskväderaktiviteten inträffar i Centralafrika . Det finns praktiskt taget inga åskväder i polarområdena i Arktis och Antarktis och över polerna. Åskvädernas intensitet följer solen: de maximala åskvädrarna förekommer på sommaren (på de mellersta breddgraderna) och på dagtid eftermiddagstimmarna. De minsta registrerade åskväder inträffar före soluppgången. Åskväder påverkas också av geografiska särdrag i området: starka åskväder ligger i de bergiga regionerna i Himalaya och Cordillera [3] .
Det genomsnittliga årliga antalet dagar med åskväder i vissa städer i Ryssland [4] :
De nödvändiga förutsättningarna för bildandet av ett åskmoln är närvaron av förutsättningar för utveckling av konvektion eller annan mekanism som skapar stigande flöden av fukt som är tillräckliga för bildandet av nederbörd, och närvaron av en struktur där några av molnpartiklarna finns i ett flytande tillstånd, och vissa är i ett isigt tillstånd. Konvektion som leder till utvecklingen av åskväder förekommer i följande fall:
Alla åskmoln, oavsett typ, går successivt igenom 3 steg:
På 1900-talet klassificerades åskväder efter bildningsförhållandena: intramass, frontal eller orografisk . Det är numera brukligt att klassificera åskväder efter egenskaperna hos själva åskvädret. Dessa egenskaper beror främst på den meteorologiska miljön där åskvädret utvecklas.
Det viktigaste nödvändiga villkoret för bildandet av åskmoln är tillståndet av instabilitet i atmosfären, vilket bildar uppströmmar. Beroende på storleken och kraften hos sådana flöden bildas åskmoln av olika slag.
Encelliga cumulonimbusmoln (Cumulonimbus, Cb) utvecklas under dagar med svaga vindar i ett bariskt fält med låg gradient. De kallas också intramass eller lokal. De består av en konvektiv cell med ett stigande flöde i sin centrala del, de kan nå blixt- och hagelintensitet och snabbt kollapsa med nederbörd. Dimensionerna för ett sådant moln är: tvärgående - 5-20 km, vertikal - 8-12 km, förväntad livslängd - cirka 30 minuter, ibland - upp till 1 timme. Allvarliga väderförändringar efter ett åskväder förekommer inte.
Molnbildning börjar med uppkomsten av ett fint väder cumulusmoln (Cumulus humilis). Under gynnsamma förhållanden växer de resulterande cumulusmolnen snabbt både i vertikal och horisontell riktning, medan uppströmsdragen ligger nästan över hela molnets volym och ökar från 5 m/s till 15-20 m/s. Nedströms är mycket svaga. Omgivande luft tränger aktivt in i molnet på grund av blandning vid gränsen och toppen av molnet. Molnet övergår till stadiet av medium cumulus (Cumulus mediocris). De minsta vattendropparna som bildas till följd av kondens i ett sådant moln smälter samman till större, som förs bort av kraftiga uppåtgående flöden. Molnet är fortfarande homogent, består av vattendroppar som hålls av ett stigande flöde - nederbörden faller inte. I den övre delen av molnet, när vattenpartiklar kommer in i zonen med negativa temperaturer, börjar dropparna gradvis förvandlas till iskristaller. Molnet blir ett kraftfullt cumulusmoln (Cumulus congestus). Molnets blandade sammansättning leder till utvidgningen av molnelement och skapandet av förhållanden för nederbörd och bildandet av blixtarladdningar. Ett sådant moln kallas en cumulonimbus (Cumulonimbus) eller (i ett särskilt fall) en skallig cumulonimbus (Cumulonimbus calvus). Vertikala flöden i den når 25 m/s, och toppmötets nivå når en höjd av 7–8 km.
Förångande nederbördspartiklar kyler den omgivande luften, vilket leder till en ytterligare ökning av neddrag. I mognadsstadiet finns både stigande och fallande luftströmmar i molnet samtidigt.
Vid sönderfallsstadiet domineras molnet av neddrag, som gradvis täcker hela molnet.
Detta är den vanligaste typen av åskväder förknippad med störningar i mesoskala (med en skala på 10 till 1000 km). Ett flercellskluster består av en grupp åskvädersceller som rör sig som en enhet, även om varje cell i klustret befinner sig på ett annat stadium i utvecklingen av ett åskmoln. Mogna åskvädersceller är vanligtvis placerade i den centrala delen av klustret, medan sönderfallande celler finns på läsidan av klustret. De har tvärgående dimensioner på 20-40 km, deras toppar stiger ofta till tropopausen och tränger in i stratosfären . Flercelliga åskväder kan ge hagel, regnskurar och relativt svaga skurar. Varje enskild cell i ett flercellskluster är i ett moget tillstånd under cirka 20 minuter; själva multicellsklustret kan existera i flera timmar. Denna typ av åskväder är vanligtvis mer intensiv än ett encelligt åskväder, men mycket svagare än ett supercellsåskväder.
Åskväder med flera celllinjer (squall lines)Flercelliga åskväder är en rad åskväder med en lång, välutvecklad vindpustfront i frontlinjen. Svalllinjen kan vara kontinuerlig eller innehålla luckor. Den annalkande multicellinjen ser ut som en mörk vägg av moln, vanligtvis täcker horisonten från den västra sidan (på norra halvklotet). Ett stort antal tätt placerade stigande/nedåtgående luftströmmar gör att vi kan kvalificera detta komplex av åskväder som ett flercelligt åskväder, även om dess åskstruktur skiljer sig kraftigt från ett åskväder med flera celler. Squall-linjer kan ge stora hagel (mer än 2 cm i diameter) och intensiva skurar, men de är mer kända som system som skapar kraftiga neddrag och vindsaxar som är farliga för flyget. Svalllinjen liknar i egenskaper en kallfront, men är ett lokalt resultat av åskväder. Ofta uppstår en stormlinje före en kallfront. På radarbilder liknar detta system en krökt båge (bågeeko). Detta fenomen är typiskt för Nordamerika, i Europa och Rysslands europeiska territorium observeras det mindre ofta.
Supercell-åskväderEn supercell är det mest organiserade åskmolnet. Supercellmoln är relativt sällsynta, men utgör det största hotet mot människors hälsa och liv och egendom. Ett supercellmoln liknar ett encellsmoln genom att båda har samma uppströmningszon. Skillnaden ligger i supercellens storlek: en diameter på cirka 50 km, en höjd på 10–15 km (ofta tränger den övre gränsen in i stratosfären) med ett enda halvcirkelformigt städ. Hastigheten på det uppåtgående flödet i ett supercellmoln är mycket högre än i andra typer av åskmoln: upp till 40–60 m/s. Den huvudsakliga egenskapen som skiljer ett supercellmoln från andra typer av moln är närvaron av rotation. En roterande uppströmning i ett supercellsmoln (med radarterminologi kallad mesocyklon ) skapar extrema väderhändelser, som stora hagel (2-5 cm i diameter, ibland mer), stormar med hastigheter upp till 40 m/s och starka destruktiva tornados . Miljöförhållanden är en viktig faktor i bildandet av ett supercellmoln. En mycket stark konvektiv instabilitet av luften behövs. Lufttemperaturen nära marken (före ett åskväder) bör vara +27 ... +30 ° C och högre, men det viktigaste nödvändiga villkoret är vinden i en variabel riktning, vilket orsakar rotation. Sådana förhållanden uppnås med vindskjuvning i den mellersta troposfären . Nederbörd som bildas i uppdraget förs längs den övre nivån av molnet av ett starkt flöde in i neddragszonen. Således är zonerna för de stigande och nedåtgående flödena separerade i rymden, vilket säkerställer molnets liv under en lång tidsperiod. Det är vanligtvis lätt regn i framkanten av ett supercellmoln. Regnskurar faller nära uppströmszonen, och den kraftigaste nederbörden och stora hagel faller nordost om den huvudsakliga uppströmningszonen (på norra halvklotet). De farligaste förhållandena inträffar nära det huvudsakliga uppströmsområdet (vanligtvis förskjutet till baksidan av åskvädret).
Luftburna och radarstudier visar att en enda åskväderscell vanligtvis når en höjd av cirka 8-10 km och lever i cirka 30 minuter. Ett isolerat åskväder består vanligtvis av flera celler i olika utvecklingsstadier och varar i storleksordningen en timme. Stora åskväder kan nå tiotals kilometer i diameter, deras topp kan nå höjder på över 18 km, och de kan vara i många timmar.
Uppströms och nedströmsUpp- och neddrag i isolerade åskväder har vanligtvis en diameter på 0,5 till 2,5 km och en höjd av 3 till 8 km. Ibland kan uppgångens diameter nå 4 km. Nära jordens yta ökar strömmarna vanligtvis i diameter, och hastigheten i dem minskar jämfört med strömmarna ovanför. Den karakteristiska hastigheten för uppströmningen ligger i intervallet från 5 till 10 m/s och når 20 m/s i den övre delen av stora åskväder. Forskningsplan som flyger genom ett åskmoln på en höjd av 10 000 m noterar uppströmningshastigheter på över 30 m/s. De kraftigaste uppgångarna observeras i organiserade åskväder.
FlurriesI vissa åskväder utvecklas intensiva neddrag, vilket skapar destruktiva vindar på jordens yta. Beroende på storleken kallas sådana neddrag squalls eller microsqualls. En storm med en diameter på mer än 4 km kan skapa vindar upp till 60 m/s. Microsqualls är mindre, men skapar vindhastigheter upp till 75 m/s. Om åskvädret som genererar stormen bildas av tillräckligt varm och fuktig luft, kommer mikrobygeln att åtföljas av intensiva regnskurar. Men om åskvädret bildas av torr luft kan nederbörden avdunsta under hösten (luftburna nederbördsband eller virga) och mikroskallen blir torr. Neddrag är en allvarlig fara för flygplan, särskilt under start eller landning, eftersom de skapar vind nära marken med plötsliga förändringar i hastighet och riktning.
Vertikal utvecklingI allmänhet kommer ett aktivt konvektivt moln att stiga tills det förlorar sin flytförmåga. Förlusten av flytkraft beror på den belastning som skapas av nederbörd som bildas i den molniga miljön, eller blandning med den omgivande torra kalla luften, eller en kombination av dessa två processer. Molntillväxt kan också stoppas av ett blockerande inversionsskikt, det vill säga ett lager där lufttemperaturen stiger med höjden. Åskmoln når vanligtvis en höjd av cirka 10 km, men når ibland höjder på mer än 20 km. När fukthalten och instabiliteten i atmosfären är hög, då med gynnsamma vindar, kan molnet växa till tropopausen, det lager som skiljer troposfären från stratosfären. Tropopausen kännetecknas av en temperatur som förblir ungefär konstant med ökande höjd och är känd som en region med hög stabilitet. Så fort uppgången börjar närma sig stratosfären, ganska snart blir luften på toppen av molnet kallare och tyngre än den omgivande luften, och toppens tillväxt avstannar. Tropopausens höjd beror på områdets latitud och på årstiden. Den varierar från 8 km i polarområdena till 18 km och högre nära ekvatorn.
När ett cumulusmoln når det blockerande lagret av tropopausinversionen, börjar det spridas utåt och bildar ett "städ" som är karakteristiskt för åskmoln. Vind som blåser i höjd med städet blåser vanligtvis molnmaterial i vindens riktning.
TurbulensEtt flygplan som flyger genom ett åskmoln (det är förbjudet att flyga in i cumulonimbusmoln) hamnar vanligtvis i en turbulens som kastar planet upp, ner och i sidled under påverkan av turbulenta molnflöden. Atmosfärisk turbulens skapar en känsla av obehag för flygplanets besättning och passagerare och orsakar oönskade påfrestningar på flygplanet. Turbulens mäts i olika enheter, men oftare definieras den i enheter - fritt fallacceleration ( m / s 2 ). Flurry skapar turbulens som är farlig för flygplan. I den övre delen av intensiva åskväder, vertikala accelerationer upp till .
RörelseEtt åskmolns hastighet och rörelse beror på vindens riktning, först och främst interaktionen mellan molnets uppåtgående och nedåtgående flöden med bärarluftflödena i atmosfärens mellanlager där ett åskväder utvecklas. Rörelsehastigheten för ett isolerat åskväder är vanligtvis i storleksordningen 20 km/h, men vissa åskväder rör sig mycket snabbare. I extrema situationer kan ett åskmoln röra sig i hastigheter på 65–80 km/h under passage av aktiva kallfronter. I de flesta åskväder, när gamla åskväder celler skingras, kommer nya åskväder celler fram i följd. Med svag vind kan en enskild cell färdas en mycket kort sträcka under sin livstid, mindre än två kilometer; Men i större åskväder triggas nya celler av neddraget som rinner ut ur den mogna cellen, vilket ger intrycket av snabba rörelser som inte alltid matchar vindens riktning. I stora flercelliga åskväder finns ett mönster där en ny cell bildas till höger om bärarluftflödet på norra halvklotet och till vänster om bärarluftflöde på södra halvklotet.
EnergiEnergin som driver ett åskväder är den latenta värme som frigörs när vattenånga kondenserar och bildar molndroppar. För varje gram vatten som kondenserar i atmosfären frigörs cirka 600 kalorier värme. När vattendropparna fryser i toppen av molnet frigörs cirka 80 fler kalorier per gram. Den frigjorda latenta termiska energin omvandlas delvis till den kinetiska energin för det uppåtgående flödet. En grov uppskattning av den totala energin för ett åskväder kan göras från den totala mängden vatten som har fallit ut från molnet. Typiskt är en energi i storleksordningen 100 miljoner kilowattimmar, vilket ungefär motsvarar en kärnladdning på 20 kiloton (även om denna energi frigörs i en mycket större rymdvolym och under mycket längre tid). Stora flercelliga åskväder kan ha tiotals eller hundratals gånger mer energi.
Fördelningen och rörelsen av elektriska laddningar i och runt ett åskmoln är en komplex process som ständigt förändras. Ändå är det möjligt att presentera en generaliserad bild av fördelningen av elektriska laddningar i molnmognadsstadiet. En positiv dipolstruktur dominerar, där den positiva laddningen är på toppen av molnet och den negativa laddningen är under den inuti molnet. Vid basen av molnet och under det observeras en lägre positiv laddning. Atmosfäriska joner , som rör sig under inverkan av ett elektriskt fält, bildar skärmande lager vid molngränserna, vilket maskerar molnets elektriska struktur från en extern observatör. Mätningar visar att under olika geografiska förhållanden är den huvudsakliga negativa laddningen av ett åskmoln belägen på höjder med en omgivningstemperatur på -5 till -17 °C. Ju högre hastighet uppströmningen har i molnet, desto högre är mitten av den negativa laddningen. Rymdladdningstätheten ligger i intervallet 1-10 C/km³. Det finns en betydande andel åskväder med en omvänd laddningsstruktur: - en negativ laddning i den övre delen av molnet och en positiv laddning i den inre delen av molnet, såväl som med en komplex struktur med fyra eller fler zoner av rymden laddningar av olika polaritet.
ElektrifieringsmekanismMånga mekanismer har föreslagits för att förklara bildandet av den elektriska strukturen av ett åskmoln, och detta område av vetenskap är fortfarande ett område för aktiv forskning. Huvudhypotesen bygger på det faktum att om större och tyngre molnpartiklar övervägande är negativt laddade, och lättare små partiklar bär en positiv laddning, så sker den rumsliga separationen av rymdladdningar på grund av att stora partiklar faller med högre hastighet än små molnkomponenter. Denna mekanism överensstämmer i allmänhet med laboratorieexperiment, som visar en stark laddningsöverföring när partiklar av ispellets ( korn är porösa partiklar av frusna vattendroppar) eller haglar med iskristaller i närvaro av underkylda vattendroppar. Tecknet och storleken på den laddning som överförs under kontakter beror inte bara på temperaturen i den omgivande luften och vatteninnehållet i molnet, utan också på storleken på iskristallerna, hastigheten på kollisionen och andra faktorer. Det är också möjligt verkan av andra mekanismer för elektrifiering. När storleken på volymen elektrisk laddning som ackumuleras i molnet blir tillräckligt stor, uppstår en blixtladdning mellan de områden som laddas med motsatt tecken. En urladdning kan också ske mellan ett moln och marken, ett moln och en neutral atmosfär, ett moln och jonosfären. I ett typiskt åskväder är två tredjedelar till 100 procent av urladdningarna intramoln-urladdningar, intercloud-urladdningar eller moln-till-luft-urladdningar. Resten är utsläpp från moln till mark. På senare år har det blivit tydligt att blixtar på konstgjord väg kan initieras i ett moln, som under normala förhållanden inte går in i åskväderstadiet. I moln som har elektriseringszoner och skapar elektriska fält kan blixtar initieras av berg, höghus, flygplan eller raketer som befinner sig i zonen med starka elektriska fält.
Neddrag i åskväder uppstår på höjder där lufttemperaturen är lägre än temperaturen i det omgivande utrymmet, och denna ström blir ännu kallare när ispartiklar av nederbörd börjar smälta i den och molndroppar avdunstar. Luften i neddraget är inte bara tätare än den omgivande luften, utan den har också en annan horisontell rörelsemängd än den omgivande luften. Om ett neddrag uppstår, till exempel på en höjd av 10 km, kommer det att nå jordytan med en horisontell hastighet som är märkbart större än vindhastigheten nära jorden. Nära marken förs denna luft framåt före ett åskväder med en hastighet som är högre än hela molnets hastighet. Det är därför en observatör på marken kommer att känna när ett åskväder närmar sig en ström av kall luft redan innan åskmolnet är ovanför. Neddraget som fortplantar sig längs marken bildar en zon med ett djup på 500 meter till 2 km med en tydlig skillnad mellan bäckens kalla luft och den varma, fuktiga luft som åskvädret bildas av. Passagen för en sådan stormfront bestäms lätt av vindökningen och en plötslig temperatursänkning. På fem minuter kan lufttemperaturen sjunka med 5 °C eller mer. Squallen bildar en karakteristisk squall-port med en horisontell axel, ett kraftigt temperaturfall och en förändring i vindriktningen.
I extrema fall kan svallfronten som skapas av neddraget nå hastigheter över 50 m/s och orsaka skador på bostäder och grödor. Oftare uppstår kraftiga skurar när en organiserad rad av åskväder utvecklas under kraftiga vindförhållanden på medelhöjd. Samtidigt kan folk tro att dessa förstörelser orsakas av en tornado. Om det inte finns några vittnen som såg det karakteristiska trattmolnet av en tornado, kan orsaken till förstörelsen bestämmas av naturen av förstörelsen orsakad av vinden. I tornados har förstörelse ett cirkulärt mönster, och ett åskväder orsakat av en neddragning bär förstörelse huvudsakligen i en riktning. Det kalla vädret följs vanligtvis av regn. I vissa fall avdunstar regndroppar helt under hösten, vilket resulterar i ett torrt åskväder. I den motsatta situationen, typiskt för kraftiga åskväder med flera celler och superceller, är det kraftigt regn med hagel, vilket orsakar översvämningar.
En tornado är en kraftig småskalig virvel under åskmoln med en ungefär vertikal men ofta krökt axel. En tryckskillnad på 100–200 hPa observeras från periferin till mitten av tromben. Vindhastigheten i tornados kan överstiga 100 m/s, teoretiskt kan den nå ljudets hastighet. I Ryssland förekommer tornados relativt sällan. Den högsta frekvensen av tornados förekommer i södra den europeiska delen av Ryssland.
I små åskväder kan den fem minuter långa toppen av intensiv nederbörd överstiga 120 mm/h, men resten av regnet har en storleksordning lägre intensitet. Ett genomsnittligt åskväder ger cirka 2 000 kubikmeter regn, men ett stort åskväder kan producera tio gånger så mycket. Stora organiserade åskväder förknippade med mesoskala konvektionssystem kan producera 10 till 1000 miljoner kubikmeter nederbörd.
![]() |
|
---|---|
I bibliografiska kataloger |
|
Naturkatastrofer | |
---|---|
Litosfärisk | |
atmosfärisk | |
bränder | |
hydrosfärisk | |
biosfärisk | |
magnetosfärisk | |
Plats |