Все грозы начинаются с кучево-дождевых облаков (Cumulonimbus, CB), которые образуются, когда температура воздуха сильно понижается с высотой.
Для возникновения и развития грозы требуется побольше влажного и теплого воздуха у земли, при одновременном наличии холодного воздуха на высоте. Если исходить из того, что "нормальная" тепловая гроза (хотя, что уж при грозе может быть нормальным?), достигает в диаметре в среднем 15 км, то можно констатировать, что здесь, на ограниченном пространстве, происходит одно из мощнейших превращений энергии в природе. Для начала предпримем один небольшой, но наглядный вычислительный пример, с тем, чтобы показать всем "клиентам", какая могущественная сила связана с грозой.
ПОЧТИ 300 000 ТОНН ВОЗДУХА
Условно примем, что грозовое облако начинается со средне-нормального восходящего потока, диаметром 200 метров, общей высотой (вместе с облаком) 7 км и средним метеорологическим подъемом 2,5 м/сек. Один кубический метр воздуха весит около 1,3 кг. Произведя вычисления объема идеальной круглой колоны (R^2 х 3,14 х высоту), можно легко вычислить, что в таком грозовом восходящем потоке (а реальное грозовое облако содержит много таких восходящих потоков, причем, зачастую они больших размеров!) находится 219.800.000 куб.м воздуха в непрерывном восходящем движении. Если выразить это в весовых единицах, то получится 295.740.000 кг воздуха или 295 740 тонн.
Если бы речь шла только о восходящих потоках, то эти данные действовали бы обнадеживающе на всякого пилота-маршрутника, однако, при грозах имеют место также соответствующие нисходящие воздушные потоки.
При грозах (общее их число на планете достигает 40 000 в день) даже в непосредственной зоне осадков под кучево-дождевым облаком относительно часто можно встретить восходящий ток воздуха, однако, падающие осадки оказывают на воздух также и легкую, обусловленную трением, тягу вниз. Когда температурное расслоение в нижней части облака становится "сверхадиабатическим", то это может вызвать нисходящие потоки и первоначально восходящий поток может приобрести в зоне осадков противоположную направленность. Это может произойти в течение нескольких секунд, причем какие либо видимые признаки, предвещающие подобное изменение практически нельзя заметить. Иногда этот процесс предвещают космы испаряющихся осадков, падающих с большой высоты. В еще не насыщенном влагой воздухе под облаком также испаряется часть осадков. При этом они охлаждаются и также становятся источником нисходящих потоков.
При конвекционной грозе скорость нисходящего потока сохраняется либо даже увеличивается, когда нисходящий воздух приближается к земле, где затем распространяется по сторонам. Для наглядности представьте себе, что кружку воды внезапно вылили на плоскую поверхность.
ВЛИЯНИЕ СДВИГА ВЕТРА
При отсутствии сдвига ветра в термическом слое отдельные нисходящие потоки над равниной распространяются радиально от восходящего потока. Однако если ветер с высотой заметно меняется (сила ветра или его направление), то нисходящие потоки достигают приземных воздушных слоев с неравномерной горизонтальной скоростью и распространяются они при этом преимущественно в направлении изменения ветра. Со сдвигом ветра часто связано увеличение скорости ветра с высотой, а нисходящие потоки часто распространяются в направлении движения грозы. При этом дождю предшествуют шквальные порывы более холодного ветра. Такая перемена может произойти в течение какого-нибудь получаса. Там, где еще недавно было голубое небо, начинается такое развитие погоды (при высокой влажности воздуха), что окажется полнейшей неожиданностью для метеодилетанта, и процесс будет протекать в едва предсказуемом для него направлении.
Когда нисходящие воздушные течения, вызванные грозой, растекаются над подстилающей поверхностью, они действуют как забиваемый клин, вынуждая подниматься расположенные перед ними более теплые воздушные слои. Если из-за сдвига ветра растекание проходит преимущественно в одном направлении, то восходящее движение этого теплого воздуха может быть достаточно сильным, чтобы в передовой части "основной грозы" возбудить образование новой конвекционной ячейки. Начало дождя из развивающегося конвективного облака может быть облегчено выпадающими осадками из старого кучево-дождевого облака. Таким образом, гроза - особенно над равнинной местностью - может развиваться дальше в направлении сдвига ветра даже без подпитки из сильных наземных термических источников.
ГРОЗОВЫЕ ЛИНИИ
Если два соседних грозовых центра располагаются в линию, перпендикулярно к общему направлению ветра, они склонны такое расположение сохранять и укреплять. В результате возникает, так называемая, линия шквалов. При неустойчивости слоения воздуха такие линии можно встретить перед надвигающимся холодным фронтом параллельно к нему. В каждом конкретном случае их взаимное горизонтальное расположение, длительность существования и интенсивность будут определяться характерами местности и различиями в сдвиге ветра. Такие шквальные линии выстраиваются в горных районах как следствие характера местности, при этом, они, при неустойчивой влажности, часто возникают над освещенными солнцем нагретыми склонами горных массивов. Свойственного холодному грозовому воздуху клинообразного продвижения часто бывает достаточно, чтобы вызвать восходящее движение воздуха непосредственно перед зоной сильных осадков. Это "подтекание" холодного воздуха может опережать грозу в пределах 10 - 20 км. И как раз в горах это часто и происходит, что собственно грозы еще совсем не видно, а первые натиски холодного ветра становятся уже весьма ощутимыми. Для этой ситуации характерно сильное снижение видимости в тех направлениях, где выпадают наиболее интенсивные осадки, а также характерно наличие маленьких освещенных солнцем конвективных облаков. Однако, потом постепенно сгущающиеся полосы (космы) дождя в очень короткое время (часто слишком короткое!) делают очевидным, что развитие кучево-дождевой системы идет полным ходом. В этих пограничных зонах часто встречается очень сильная турбулентность, причем скорость нисходящих потоков сплошь и рядом достигает от 40 до 60 узлов (25-35 м/сек).
КАННИБАЛИЗМ У КОНВЕКТИВНЫХ ОБЛАКОВ
Иногда можно заметить, что большое конвективное облако растет за счет окружающих его кучевок. Оно по настоящему высасывает из них воздух и вырастает за их счет в мощную грозовую башню. При этом в окружности десятков километров вряд ли возможно будет обнаружить какую либо еще конвективную облачность.
Развитие этого процесса легко поддается наблюдению, и потому обычно он не представляет собой для всякого разумного пилота какой либо неожиданной опасности. Однако иначе бывает в горах. Здесь события могут развиваться точно таким же образом, но из-за топографических влияний (сильное подсасывание воздуха над освещенными солнцем хребтами и накладывающиеся эффекты рельефа), может наступить стремительное перемещение воздуха, который в течение нескольких минут перебрасывается из одной долины в другую!
Наихудшая ситуация, возможная при грозообразовании, наступает тогда, когда высокое давление начинает интенсивно падать и в послеполуденные часы холодный фронт начинает наползать на ориентированные с юго-запада на северо-восток горы. Здесь на типичный для крупномасштабных процессов подъем воздуха накладывается еще и орографический обусловленный подъем по склону нагретой горы.
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ?
Сколько длится "нормальная" гроза? К сожалению, не существует какого либо эмпирического правила для этого. Однако, если в процессе своего нормального развития гроза проходит три стадии, тогда в общем и целом, от фазы облакообразования до прекращения дождя из грозового облака пройдет максимум три часа.
При наличии конвективной облачности в течении 30 - 45 минут могут происходить все неприятности, обусловленные грозой: восходящие потоки, при которых зашкаливает вариометр, которые внезапно могут смениться лифтообразными нисходящими потоками, сопровождаемые сильной турбулентностью, а также громом, молнией, сильным дождем и градом, с потерей видимости и сильным снижением облачной кромки.
И еще об одной дополнительной опасности непременно следует напомнить: о поражении градом. В экстремальных случаях может даже наблюдаться град, выпадающий не только из грозового облака, так как действующие в облаке сильные восходящие потоки (в грозах были зарегистрированы пиковые восходящие потоки со скоростью до 86 м/сек) часто катапультируют град из облака, в "заоблачное" пространство. В наших широтах градины имеют диаметр в среднем около 1 см. Однако напомним: самая большая градина, найденная на земле при мюнхенской буре, была в диаметре более 9 см при весе около 300 грамм. Наибольшая, до сих пор, зарегистрированная градина, была найдена в Канзасе, США. При диаметре около 14 см и весе 770 граммов скорость ее падения, как показали эксперименты с точной ее копией, достигала 170 км/час.
Вывод: маленьких гроз не бывает. Каждая гроза потенциально таит в себе такие же опасные моменты, что и большая! Каждый пилот должен хорошо представлять себе фазы развития грозы, чтобы не оказаться в безвыходной ситуации.
