velikol.ru
1

МКОУ Оленинская СОШ


Исследовательская работа на тему:

«Гроза»


Выполнил учащийся 4 А класса

МКОУ Оленинской СОШ

Шубин Михаил


2012


Содержание


1. Цели.

2. Гипотеза.

3.Что такое гроза?

  • География гроз.
  • Стадии развития грозового облака.

  • Физические характеристики грозовых облаков

4. Восходящие и нисходящие потоки

  • Шквалы.

  • Турбулентность

  • Движение гроз

  • Энергия

^

5. Погодные явления под грозами

  • Смерчи

  • Ливни


  • Электрическая структура грозового облака

6. Аномальные явления


  • Бывает ли гроза зимой?
  • ^

    Снежные грозы на территории России

  • Подземные грозы


7. Признаки надвигающейся грозы


  • Народные приметы

  • Долгосрочные прогнозы по грозе

8. Вывод.

9. Источник информации.


1. Цели: (слайд 2)

  1. Выявить что такое гроза.

  2. Доказать, что гроза одно из необычных явлений природы.

  3. Объяснить особенности грозы:

  • Географию гроз.
  • ^

    Стадии развития грозового облака.

  • Физические характеристики грозовых облаков

  • Восходящие и нисходящие потоки

  • Грозы зимой

  1. Определить народные приметы перед грозой


^ 2. Гипотеза (слайд 3)

Если гроза одно из необычных явлений природы, то сейчас в силу необычных экологических изменения в природе стали возникать грозы зимой, подземные грозы, как аномальные явления.

^ 3. Что такое гроза? (слайд 4)

Гроза́ — атмосферное явление, при котором внутри облаков или между облаком и земной поверхностью возникают электрические разряды — молнии, сопровождаемые громом. Как правило, гроза образуется в мощных кучево-дождевых облаках и связана с ливневым дождём, градом и шквальным усилением ветра.

Гроза относится к одним из самых опасных для человека природных явлений, по количеству зарегистрированных смертных случаев только наводнения приводят к бо́льшим людским потерям.

^ География гроз.

Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 46 молний в секунду. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и субтропической зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. В полярных районах Арктики и Антарктики и над полюсами гроз практически не бывает. Интенсивность гроз следует за солнцем: максимум гроз приходится на лето (в средних широтах) и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер.
^

Стадии развития грозового облака. (слайд 5)


Необходимыми условиями для возникновения грозового облака является наличие условий для развития конвекции или иного механизма, создающего восходящие потоки, запаса влаги, достаточного для образования осадков, и наличия структуры, в которой часть облачных частиц находится в жидком состоянии, а часть — в ледяном. Конвекция, приводящая к развитию гроз, возникает в следующих случаях:

  • при неравномерном нагревании приземного слоя воздуха над различной подстилающей поверхностью. Например, над водной поверхностью и сушей из-за различий в температуре воды и почвы. Над крупными городами интенсивность конвекции значительно выше, чем в окрестностях города.

  • при подъёме или вытеснении тёплого воздуха холодным на атмосферных фронтах. Атмосферная конвекция на атмосферных фронтах значительно интенсивнее и чаще, чем при внутримассовой конвекции. Часто фронтальная конвекция развивается одновременно со слоисто-дождевыми облаками и обложными осадками, что маскирует образующиеся кучево-дождевые облака.

  • при подъёме воздуха в районах горных массивов. Даже небольшие возвышенности на местности приводят к усилению образования облаков (за счёт вынужденной конвекции). Высокие горы создают особенно сложные условия для развития конвекции и почти всегда увеличивают ее повторяемость и интенсивность.

Все грозовые облака, независимо от их типа, последовательно проходят стадии кучевого облака, стадию зрелого грозового облака и стадию распада.
^

Физические характеристики грозовых облаков


Самолётные и радарные исследования показывают, что единичная грозовая ячейка обычно достигает высоты порядка 8—10 км и живёт порядка 30 минут. Изолированная гроза обычно состоит из нескольких ячеек, находящихся в различных стадиях развития, и длится порядка часа. Крупные грозы могут достигать в диаметре десятков километров, их вершина может достигать высоты свыше 18 км, и они могут длиться много часов.


^

4. Восходящие и нисходящие потоки


Восходящие и нисходящие потоки в изолированных грозах обычно имеют диаметр от 0.5 до 2.5 км и высоту от 3 до 8 км. Иногда диаметр восходящего потока может достигать 4 км. Вблизи поверхности земли потоки обычно увеличиваются в диаметре, а скорость в них падает по сравнению с выше расположенными потоками. Характерная скорость восходящего потока лежит в диапазоне от 5 до 10 м/с, и доходит до 20 м/с в верхней части крупных гроз. Исследовательские самолёты, пролетающие сквозь грозовое облако на высоте 10 000 м, регистрируют скорость восходящих потоков свыше 30 м/с. Наиболее сильные восходящие потоки наблюдаются в организованных грозах.
^

Шквалы. (слайд 6)


В некоторых грозах возникают интенсивные нисходящие воздушные потоки, создающие на поверхности земли ветер разрушительной силы. В зависимости от размера такие нисходящие потоки называются шквалами или микрошквалами. Шквал диаметром более 4 км может создавать ветер до 60 м/с. Микрошквалы имеют меньшие размеры, но создают ветер скоростью до 75 м/с. Если порождающая шквал гроза образуется из достаточно тёплого и влажного воздуха, то микрошквал будет сопровождаться интенсивным ливневым дождём. Однако, если гроза формируется из сухого воздуха, осадки во время выпадения могут испариться (испаряющиеся в воздухе полосы осадков или virga) и микрошквал будет сухим. Нисходящие воздушные потоки являются серьёзной опасностью для самолётов, особенно во время взлёта или посадки, так как они создают вблизи земли ветер с сильными внезапными изменениями скорости и направления.
^

Турбулентность (слайд 7)


Самолёт, пролетающий сквозь грозовое облако (залетать в кучеводождевые облака запрещается), обычно попадает в болтанку, бросающую самолёт вверх, вниз и в стороны под действием турбулентных потоков облака. Атмосферная турбулентность создаёт ощущение дискомфорта для экипажа самолёта и пассажиров и вызывает нежелательные нагрузки на самолёт. Турбулентность измеряется разными единицами, но чаще её определяют в единицах g — ускорения свободного падения (1g = 9,8 м/с2). Шквал в один g создаёт опасную для самолётов турбулентность. В верхней части интенсивных гроз зарегистрированы вертикальные ускорения до трёх g


^

Движение гроз


Скорость и движение грозового облака зависит от направления земли, прежде всего, взаимодействием восходящего и нисходящего потоков облака с несущими воздушными потоками в средних слоях атмосферы, в которых развивается гроза. Скорость перемещения изолированной грозы обычно порядка 20 км/час, но некоторые грозы двигаются гораздо быстрее. В экстремальных ситуациях грозовое облако может двигаться со скоростями 65 — 80 км/час — во время прохождения активных холодных фронтов. В большинстве гроз по мере рассеивания старых грозовых ячеек последовательно возникают новые грозовые ячейки. При слабом ветре отдельная ячейка за время своей жизни может пройти совсем небольшой путь, меньше двух километров; однако в более крупных грозах новые ячейки запускаются нисходящим потоком, вытекающим из зрелой ячейки, что создаёт впечатление быстрого движения, не всегда совпадающего с направлением ветра. В больших многоячейковых грозах существует закономерность, когда новая ячейка формируется справа по направлению несущего воздушного потока в северном полушарии и слева от направления несущего потока в Южном полушарии.

Энергия


Энергия, которая приводит в действие грозу, заключена в скрытой теплоте, высвобождающейся, когда водяной пар конденсируется и образует облачные капли. На каждый грамм конденсирующейся в атмосфере воды высвобождается приблизительно 600 калорий тепла. Когда водяные капли замерзают в верхней части облака, дополнительно высвобождается ещё около 80 калорий на грамм. Высвобождающаяся скрытая тепловая энергия частично преобразуется в кинетическую энергию восходящего потока. Грубая оценка общей энергии грозы может быть сделана на основе общего количества воды, выпавшей в виде осадков из облака. Типичной является энергия порядка 100 миллионов киловатт-часов, что по приблизительной оценке эквивалентно ядерному заряду в 20 килотонн (правда, эта энергия выделяется в гораздо большем объёме пространства и за гораздо большее время). Большие многоячейковые грозы могут обладать энергией и в 10 и в 100 раз большей


  1. ^

    Погодные явления под грозами


Нисходящие потоки в грозах возникают на высотах, где температура воздуха ниже, чем температура в окружающем пространстве и этот поток становится ещё холоднее, когда в нем начинают таять ледяные частицы осадков и испарятся облачные капли. Воздух в нисходящем потоке не только более плотный, чем окружающий воздух, но он несёт ещё и горизонтальный момент количества движения, отличающийся от окружающего воздуха. Если нисходящий поток возникает, например, на высоте 10 км, то он достигнет поверхности земли с горизонтальной скоростью заметно большей, чем скорость ветра у земли. У земли этот воздух выносится вперёд перед грозой со скоростью большей, чем скорость движения всего облака. Именно поэтому наблюдатель на земле ощутит приближение грозы по потоку холодного воздуха ещё до того как грозовое облако окажется у него над головой. Распространяющийся по земле нисходящий поток образует зону глубиной от 500 метров до 2 км с отчётливым различием между холодным воздухом потока и тёплым влажным воздухом, из которого формируется гроза. Прохождение такого шквального фронта легко определяется по усилению ветра и внезапному падению температуры. За пять минут температура воздуха может понизиться на 5 °C или больше. Шквал образует характерный шквальный ворот с горизонтальной осью, резким падением температуры и изменением направления ветра.

В экстремальных случаях фронт шквала, созданный нисходящим потоком, может достичь скорости, превышающей 50 м/с, и приносит разрушения домам и посевам. Более часто сильные шквалы возникают, когда организованная линия гроз развивается в условиях сильного ветра на средних высотах. При этом люди могут подумать, что эти разрушения вызваны смерчем. Если нет свидетелей, видевших характерное воронкообразное облако смерча, то причину разрушения можно определить по характеру разрушений, вызванных ветром. В смерчах разрушения имеют круговую картину, а грозовой шквал, вызванный нисходящим потоком, несёт разрушения преимущественно в одном направлении. Следом за холодным воздухом обычно начинается дождь. В некоторых случаях дождевые капли полностью испаряются во время падения, что приводит к сухой грозе. В противоположной ситуации, характерной для сильных многоячейковых и суперячейковых гроз, идёт проливной дождь с градом, вызывающий внезапные наводнения.
^

Смерчи (слайд 8)


Смерч— это сильный маломасштабный вихрь под грозовыми облаками с приблизительно вертикальной, но часто изогнутой осью. От периферии к центру смерча наблюдается перепад давления в 100—200 гПа. Скорость ветра в смерчах может превышать 100 м/с, теоретически может доходить до скорости звука. В России смерчи возникают сравнительно редко, но приносят колоссальный ущерб. Наибольшая повторяемость смерчей приходится на юг европейской части России.
^

Ливни (слайд 9)


В небольших грозах пятиминутный пик интенсивных осадков может превосходить 120 мм/час, но весь остальной дождь имеет на порядок меньшую интенсивность. Средняя гроза даёт порядка 2,000 кубометров осадков, но крупная гроза может дать в десять раз больше. Большие организованные грозы, связанные с мезомасштабными конвективными системами, могут создать от 10 до 1000 миллионов кубометров осадков.
^

Электрическая структура грозового облака


Распределение и движение электрических зарядов внутри и вокруг грозового облака является сложным непрерывно меняющимся процессом. Тем не менее, можно представить обобщённую картину распределения электрических зарядов на стадии зрелости облака. Доминирует положительная дипольная структура, в которой положительный заряд находится в верхней части облака, а отрицательный заряд находится под ним внутри облака. В основании облака и под ним наблюдается нижний положительный заряд. Атмосферные ионы, двигаясь под действием электрического поля, формируют на границах облака экранирующие слои, маскирующие электрическую структуру облака от внешнего наблюдателя. Измерения показывают, что в различных географических условиях основной отрицательный заряд грозового облака расположен на высотах с температурой окружающего воздуха от −5 до −17 °C. Чем больше скорость восходящего потока в облаке, тем на большей высоте находится центр отрицательного заряда. Плотность объёмного заряда лежит в диапазоне 1-10 Кл/км³. Существует заметная доля гроз с инверсной структурой зарядов: — отрицательным зарядом в верхней части облака и положительным зарядом во внутренней части облака, а также со сложной структурой с четырьмя и более зонами объёмных зарядов разной полярности

^ 6. Аномальные явления


Бывает ли гроза зимой? (слайд 10)

Грозы возникают при высокой неустойчивости воздуха, что бывает, когда температура воздуха с высотой понижается очень быстро и воздух богат влагой и достаточно прогрет в нижнем слое атмосферы.
Для развития грозы нужна значительная энергия, сосредоточенная в сравнительно небольшом объеме кучево-дождевого облака. Черпается эта энергия из водяного пара, который, поднимаясь вверх и охлаждаясь, конденсируется, выделяя тепло.
Конечно, редко, но отмечаются грозы и зимой.
Связано это, как правило, с проникновением в средние широты очень теплых и влажных воздушных масс из южных районов, с бассейна одного из теплых морей. В теплом секторе таких циклонов отмечается вынос теплого и влажного воздуха, температура воздуха повышается до положительных значений, а при затоке холодного воздуха с севера в тыловой части такого циклона, на холодном фронте и возникают грозы. Зимние грозы, например, в Москве, не такая уж редкость. Так, 2 раза гроза отмечалась в декабре 2006 года. Согласно статистике, на 6 метеостанциях Москвы они отмечались практически во все месяцы с ноября по март.
^

Снежные грозы на территории России (слайд 11)


28 марта 2011 года в городе Выборг (Ленинградская область, приблизительно в 15 часов местного времени, наблюдалась гроза при температуре воздуха −2°С, сопровождаемая ливневым снегом

В Мурманске снежная гроза наблюдается в среднем раз в год.

В Москве снежная гроза наблюдалась 2 раза — 17 декабря 1995 года и 26 декабря 2011 года 28 декабря 2006 года в Москве гремела гроза с дождём, снежной она не была.

В Новороссийске 30 января 2012 года в 04:48

^ Подземные грозы. (слайд 12)

Существуют ли подземные грозы?

Тёмной августовской ночью 1996 года лесной обходчик возвращался домой по просеке в глухой карельской тайге на северном побережье Ладоги. Внезапно темное небо над ним озарилось яркой синей вспышкой, дрогнула под ногами земля, а потом донесся тяжелый гул. Когда вновь потемнело, далеко над лесом, почти вертикально, в небо медленно поднялся огненный шар...

«Наверное, с соседнего полигона какая-нибудь штука взлетела, или шпана разожгла костер над старым снарядным складом, - решил обходчик. - Придется завтра пойти проверить». Подождав еще немного и убедившись, что все тихо и дальний взрыв не вызвал возгорания леса, обходчик двинулся дальше. А на следующий день, добравшись до района ночного взрыва, увидел странную и необъяснимую картину.

Земля на протяжении сотен метров была как бы взорвана изнутри, при этом образовалась ровная неглубокая траншея. Деревья, которые раньше росли на этом месте, оказались вывороченными с корнями и отброшенными в сторону, и, что совсем странно, корни у многих из них были обуглены и дымились. Получалось, что огонь опалил их снизу, из-под земли!

Через несколько дней на место происшествия прибыли специалисты, в том числе и военные с полигона. Они уверяли, что ночью никаких стрельб не велось, не похоже это было и на локальный взрыв боеприпасов. Специалисты почесали затылки и, не придя к какому-либо общему заключению, убыли восвояси. На всякий случай прошлись вдоль нерукотворной канавы с радиометром, но все оказалось чисто. Правда, обнаружилась странная особенность: у одного из деревьев, кроме корней, обгорела и вершина, словно ее поразил молниевый разряд. Но метеорологи дали справку, что в это время никакой грозы не было.

Интересно отметить, что если бы этот случай произошел лет сто назад, исследователи без труда объяснили бы его следствием подземной грозы. «Земное электричество производит бури, которые разрушают внутреннее строение нашей планеты точно так же, как бури в атмосфере приводят в беспорядок воздушное пространство, -писал в 1903 году Жорж Дари в своей книге «Электричество во всех его применениях». - Мы имеем в виду известные всем землетрясения, причиной которых служит, несомненно, электричество. Земля наэлектризована во всей своей совокупности, и сильные электрические токи беспрестанно пробегают по ней. Если воздух сух и горяч или уже до того насыщен электричеством,что не может принять в себя избытка его, выделяемого землею, если залежи мела и кремнистых почв находятся поблизости от мест, богатых металлами, тогда накопление электричества в конце концов ведет к разряду совершенно так же, как это бывает во время атмосферной грозы. Можно себе представить, к каким разрушениям может привести подземная гроза, когда она разряжается на пространстве в несколько квадратных километров сквозь различные расщелины, впадины и т.д. Такие разряды отдаются сотрясениями почвы на расстоянии сотен километров. Высказанная теория, основанная на неопровержимых фактах, была разработана в 1885 году; в настоящее время она признана многими метеорологами и физиками, которые нашли новые факты, подтверждающие ее. Прошло некоторое время, и теория подземной грозы была забыта. Теперь световые вспышки геофизики пытаются объяснить возгоранием вырвавшегося из недр газа. Однако световая вспышка во время мощнейшего Тянь-Шаньского землетрясения в 1976 году была видна за сотни километров от эпицентра!

Вначале 70-х годов гипотезу подземной грозы рискнул реанимировать профессор Томского политехнического института А. А. Воробьев. Собрав группу единомышленников из молодых сотрудников, он приступил к экспериментам в разных районах страны. Воробьев с сотрудниками высказал идею: во время подземной грозы, как и во время обычной, должны генерироваться радиоволны, и если попытаться их зарегистрировать, они смогут стать такими же предвестниками землетрясений, как радиоволны в атмосфере - предвестниками обычных гроз. И исследователям действительно удалось зафиксировать усиление напряженности подземного радиофона непосредственно перед землетрясениями!

Но попытки представить результаты этой важной работы в самый престижный научный журнал -«Доклады Академии наук СССР» - натолкнулись на сопротивление оппонентов из ведущего института по землетрясениям - Института физики Земли АН СССР. Разгромив в пух и прах идею Воробьева, они сами провели аналогичные эксперименты и... через пару лет статьи на аналогичные темы стали регулярно появляться в «Докладах».

Тогда Воробьев и его сотрудники проверили другую идею: обычная молния порождает много озона, а значит, и перед подземным землетрясением из-под земли должен выходить свободный озон! Эта идея также подтвердилась практическими экспериментами.


^ 7. Признаки надвигающейся грозы

  • большая влажность, парит, душно

  • солнце мутное, прячется за облачную пелену

  • облака быстро меняются и сливаются в тёмную сплошную массу

  • с утра резко усиливаются радиопомехи

  • если днём была гроза, но после неё не похолодало - ночью снова можно ожидать грозу

  • перед ночными грозами вечерняя заря имеет красноватый оттенок, заходящее солнце тоже красное

  • если после грозы вечером значительно понизилась температура - ночной грозы не будет

  • росы нет совсем или она держится до полудня

  • необыкновенно сильное мерцание звёзд, вечерняя радуга, зарница

В летние дни можно наблюдать, как облака начинают громоздиться в виде гор и башен, их широкое основание темнеет, а вершины ослепительно сверкают в лучах солнца. Обычно такие облака появляются в ранние утренние часы, и через 5-10 часов следует ожидать грозу. Развиваются они очень быстро. Вершина затуманивается, теряет чёткость очертаний, и от неё во все стороны начинают как бы отрастать перистые облака, очень напоминающие обычные мётлы или хвосты животных. Вскоре вершины приобретают форму наковальни. Из такого облака летом следует ожидать грозу с ливнем, а возможно и с градом.

Народные приметы (слайд 13)

  • утром слышен гром - вечером дождь

  • молния на западе - дождь следом

  • гром гремит долго и нерезко - к ненастью; если отрывисто и непродолжительно - будет ясно

  • гром гремит беспрерывно - будет град

  • вода темнеет в реках перед бурей с грозой

  • лучи солнца темнеют - к сильной грозе

  • если летом при холодной дождливой погоде гремит гром, следует ожидать длительной прохладной погоды, часто с дальнейшим понижением температуры

  • муравьи прячутся - к сильному дождю и грозе

Долгосрочные прогнозы по грозе


  • гром ранней весной - перед холодом

  • первый гром при северном ветре - холодная весна,
    при восточном — сухая и тёплая,
    при южном — тёплая,
    при западном — мокрая

  • в апреле гром гремит - вредно ржи и ячменю (ранняя весна)

  • если летом часты зарницы - будет урожай

  • гром в сентябре - тёплая осень

  • октябрьский гром - к малоснежной зиме



^ 8.Вывод: (слайд 14)

Гроза очень интересное и ещё не до конца изученное явление природы.


9. Источник информации:


http://ru.wikipedia.org/wiki/%C3%F0%EE%E7%E0

http://petropavlovsksko.kz/index.php?option=com_content&task=view&id=3048&Itemid=65

http://chs.sko.kz/news/groza_opasnoe_prirodnoe_yavlenie_21072011

http://images.yandex.ru/yandsearch?text=%D0%B3%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%B0%20%D0%BA%D0%B0%D0%BA%20%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D0%B5%20%D1%8F%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5&stype=image&noreask=1&lr=14

http://larissa511.ya.ru/replies.xml?item_no=3589