Гроза атмосферное явление

— Грозою называются электрические разряды, происходящие между тучами или между тучею и землею и являющиеся в виде молнии и грома (см.). Что это явление — электрическое, впервые было доказано Франклином в 1752 году (см. Громоотвод). Г. обыкновенно сопровождаются сильным дождем, сильными вихревыми движениями воздуха, часто градом (см.) и значительными колебаниями температуры и влажности, редко снегом. Г. обыкновенно предшествует высокая температура и являющееся следствием этого большое количество водяных паров в воздухе.

Облака, в которых происходит Г., относятся к cumulo-nimbus (см. Облака). Они состоят из нагроможденных друг на друга облачных масс, основание которых имеет вид ровного слоя серо-свинцового, иногда весьма темного, почти черного цвета с желтым, синим и другими оттенками, причина которых, по всей вероятности, заключается в различной толщине облаков; остальная часть состоит из белых облачных куч с сероватыми серединами; края грозовых туч при солнечном освещении кажутся блестящими белыми, что составляет резкий контраст с темным основанием. У вершины грозовые облака нередко переходят в облака, напоминающие перистые (так назыв. ложноперистые). В большинстве случаев высота грозовых облаков невелика: в среднем выводе основание их находится на высоте 1400 м, вершина — на высоте 4000 м. Такою незначительною высотою грозовых облаков объясняется, между прочим, то обстоятельство, что настоящие перистые облака, средняя высота которых около 9000 м, наблюдаемые иногда над грозовыми, не принимают участия в том движении, которое происходит во время Г. в нижнем слое воздуха. Географическое распределение Г. весьма неравномерно. Оно зависит от распределения температуры и количества водяного пара, от осадков, а также местных условий, что и понятно, так как Г. являются следствием восходящих движений воздуха. Всего больше бывает Г. в дождливых тропических странах; так, в Бейтонцорге на острове Яве в году более 160 дней с Г. (А. И. Воейков, "Метеорология", 1891); в Гвиане и Венецуэле в дождливое время года гром гремит почти каждый день с утра до вечера. В умеренных широтах Г. реже; так, во Франции их средним числом бывает 16, в Италии 38, в Баварии 20 в год. За полярными кругами они чрезвычайно редки; часто проходят целые года без Г. Наиболее северные Г. наблюдались во время особенно жаркого лета в Карском море и в западной части Шпицбергена в шир. 78°. Не бывает Г. в странах бездождия, напр. в обширных азиатских и африканских пустынях, в Лиме и пр. В областях пассатов они бывают лишь в те времена года, когда господствуют ураганы, являясь непременными спутниками последних. Эти Г. замечательны необыкновенною силою электрических разрядов: молнии сверкают непрерывно, гром гремит с страшною силою, шаровые молнии (см.) по всем направлениям бороздят небо. В областях постоянных барометрических максимумов Г. не бывает.

В России, по исследованиям проф. А. В. Клоссовского ("Грозы в России", 1884), грозовая деятельность распределяется следующим образом. В Архангельской и Олонецкой губ. Г. бывает всего 6-8 в год. В прибалтийских губ. их несколько больше — около 10 у берегов и 12-13 в некотором расстоянии от берега. К В и ЮВ отсюда число их остается почти неизменным, к Ю же увеличивается, причем на ЮЗ России достигает максимума; здесь в год бывает до 20 Г. У берегов Черного м. грозовая деятельность быстро падает; особенно слаба она в Крыму, где в год бывает всего около 6 Г. На Урале число Г. больше, чем в средней и вост. России, что зависит от влияния гор. Сильное увеличение грозовой деятельности мы встречаем на Кавказе. В арало-каспийских степях Г. гораздо менее часты, чем где-либо в Европе, кроме севера. В средней полосе Сибири, между 50° и 60°, бывает до 15 Г. в год. Так как теплое время суток наиболее благоприятно для образования восходящих токов воздуха, то Г. в эти времена должны быть наиболее часты. И действительно, в умеренных странах Г. всего чаще летом и именно между 2 и 6 часами дня. Ночные Г. наиболее часты на юге России и в Западном крае. Что же касается до влияния времен года, то вообще лето — время наиболее частых Г., так как тогда условия благоприятны для восходящих токов воздуха и он богаче парами. Но там, где лето прохладное, а зимою бывают очень сильные циклоны, как на северо-зап. Европы, Г. распределены равномернее, а в Исландии их даже бывает более зимой, чем летом. Затем там, где летом господствует ясная и сухая погода, а весной и осенью чаще бывают дожди, Г. также чаще в эти времена года и редки летом. Таковы условия берегов Средиземного моря, а в России — южного берега Крыма и равнина восточн. Закавказья. За этими исключениями в России решительно преобладают летние Г. В северной и средней России Г. чаще всего в июле, на юге — в июне. Подробности относительно географического распределения Г., годового и суточного хода их см. в сочинениях: H. Klein, "Das Gewitter und die dasselbe begleit. Erscheinungen" (1871); W. von Bezold, "Ueber das doppelte Maximum in der Häufigkeit der Gewitter" ("Sitzungsberichte der München. Akad.", 1875); G. Hellmann, "Ueber die tägliche periode der Gewitter in Mittel Europa" ("Meteor. Zeitschr.", 1885), A. B. Клоссовский, "Грозы в России" (1884); статьи A. M. Шенрока и Э. Берга в "Метеоролог. Сборнике", изд. Имп. акд. наук.

В 1865 г. по мысли Леверье во Франции впервые была организована сеть грозовых станций. Примеру Франции скоро последовали Норвегия (1867), Швеция и Россия (1871), Бельгия и Италия (1876), Бавария (1879), Вюртемберг (1880), Саксония (1880). В России правильные наблюдения над Г. начались по инициативе Имп. русск. геогр. общ. в 1871 г. Результаты за этот год напечатаны проф. А. И. Воейковым в "Записках Имп. русск. геогр. общ." в 1875; наблюдения за 1872-1882 г. обработаны проф. А. В. Клоссовским и напечатаны в его статье "Грозы в России", 1884 г. В 1884 г. сеть грозовых станций в России была организована главной физической обсерваторией. Наблюдения этой сети печатаются в "Летописях главной физической обсерватории, а результаты в "Метеор. сборнике", изд. Имп. акд. наук. В состав ее в 1891 г. входил 951 наблюдательный пункт. В 1886 г. проф. А. В. Клоссовским в Одессе положено начало особой грозовой сети и на юго-западе России. Первоначально деятельность ее ограничивалась Херсонской губ., но с конца 1887 г. стала распространяться и на соседние губернии. В 1891 г. в ней было 378 станций. Результаты печатаются ежегодно в "Трудах метеорологической сети юго-запада России", издаваемых проф. А. В. Клоссовским. В 1887 г. финляндским обществом наук организована сеть грозовых станций в Финляндии. Ею заведует проф. А. Ф. Зёндель; наблюдения печатаются в "Askvädren i Finland" издаваемых указанным обществом. Наконец, в 1892 г. метеорогической обсерваторией унив. св. Владимира в Киеве положено начало организации приднепровской грозовой сети. Из всех этих сетей наиболее частые — франц. и баварская с вюртембергской. В первой в настоящее время около 4000 станций, во второй — 529. Результаты первой печатаются в "Annales du Bureau Central Météorologique de France", снабжаемых прекрасными картами Г., второй — в "Beobachtungen der meteorolog. Stationen in Königreich Bayern". Весьма часта также грозовая сеть Херсонской губ.

Наблюдения грозовых сетей привели ко многим любопытным результатам по отношению к Г. Европы, из которых мы укажем главнейшие. При исследовании Г. их обыкновенно наносят на метеорологические карты (см. также Бури). Бецольд, организатор баварской сети, наносил на карты моменты, в которые наблюдателями были слышны первый и последний гром (начало и конец Г.; "Beobachtungen der meteorolog. Stationen im Königreiche Bayern", 1880). Через пункты с одновременными началами или одновременными концами Г. проводились линии — изобронты (βροντή — гром). Итальянский метеоролог Феррари, имея в виду, что время наступления наибольшей силы Г. вернее определяется наблюдателями, предложил наносить на карты моменты наступления максимума Г. или, что то же, моменты, когда Г. находилась в ближайшем расстоянии от места наблюдения (Cirro Ferrari, "Osservazioni dei temporali raccolte nel 1880"). Соответствующие этим моментам линии получили название изохрон (χρόνος — время). Сопоставление изохрон с изобарами (см. Давление атмосферы) показывает, что Г. обыкновенно бывают в частных барометрических минимумах, или частных циклонах (см. Бури), образующихся в областях обыкновенных (главных) циклонов и вместе с ними движущихся. Вместе с частными циклонами передвигаются и грозы. Частные циклоны, а вместе с ними и грозы, чаще всего образуются в циклонах у их окраин в поясе 755 мм — 760 мм в юго-восточной части их. В антициклонах (см. Давление атмосферы) Г. не бывает. В Европе наиболее часто Г. движутся с ЮЗ, З и СЗ, как и следовало предполагать на основании их связи с циклонами; наиболее редки Г., идущие с В. То же самое относится, конечно, и к России, как видно из следующей таблицы, показывающей, как часто идут Г. от разных стран света в процентах:

от С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

7

7

5

9

14

23

19

16

Скорость распространения Г. находится в зависимости от скорости движения частных минимумов: в России, в среднем выводе, она 38 км в час, во Франции 41, в Италии 34, в Баварии 38, в Норвегии 38. Она больше для Г., движущихся с З, и меньше для Г., идущих с В. Изохроны в большинстве случаев представляют собою кривые линии, близкие к прямым. Но иногда Г. движутся от места образования радиально, по всем направлениям; тогда изохроны близки к окружностям кругов. Область, занимаемая на метеорологической карте изохронами данной Г., носит название грозовой области. Ширина грозовой области — несколько десятков, длина — несколько сот км . В грозовой области узкою полосою располагается обыкновенно полоса града (Cirro Ferrari, 1881, также "Meteor. Zeitschr.", 1885).

На таблице "Грозы" (черт. I) сплошными линиями представлены изохроны Г., бывшей в России 31 мая 1886 г. (А. Шенрок "К вопросу об исследовании Г. в России", прил. к LXI т. Зап. Имп. акд. наук).

ГРОЗЫ

Числа, при них стоящие, показывают, в какие часы Г. была в тех местах, через которые они проходят. Они проведены через час. Пунктирные линии суть изобары для 9 ч. вечера 31 мая. Стрелки указывают на общее направление Г. Главный минимум находится на С России, а частный — около Костромы (изобара 752 мм). К ЮЗ от него изобары обнаруживают новый частный минимум. В тот момент, для которого начерчены изобары, Г. были расположены по линии, близкой к оси этого минимума (изохрона 9 час.). Первые Г. 31 мая появились в 1 час дня в Витебской г. и в двух местах Новгородской и направились отсюда тремя отдельными волнами к ЮВ. В 3 часа пополудни все три волны соединились в одну и затем пошли длинным рядом все в том же направлении, причем, однако, сев.-восточная волна опередила другие две, вследствие чего и образовались изгибы в изохронах. Как раз в этих изгибах наблюдались самые сильные Г., как это видно на таблице (черт. I), на котором ломаными стрелками обозначены места, где были удары молнии. После 9 ч. грозы прекратились, за исключением юго-зап. и сев.-вост. фронтов, где они наблюдались еще до 12 ч., даже до часу ночи (буквы а и р, стоящие на чертеже при числах, означают: первая — время от 12 ч. ночи до 12 ч. дня, вторая — остальную часть суток; треугольник означает град).

На табл. указано также распределение температуры в 9 ч. вечера: максимум температуры расположен перед грозовою областью, а минимум лежит позади ее. К В от южной части максимума температуры виден еще один частный минимум (изогнутые изобары), в котором около полудня образовалась новая грозовая волна, направившаяся на З к максимуму температуры — движение, им, по всей вероятности, объясняющееся. Зимние Г., как весьма редкие, особенно любопытны. Одна из таковых описана Э. Бергом в "Прилож. к LXIII т. записок Импер. акд. наук". Эта Г. была в ночь с 1-го на 2-ое декабря 1887 г. Она образовалась в 6 ч. 30 мин. вечера в Швеции к В от Упсалы и пошла отсюда на ЮВ, а затем Ю, пройдя над среднюю частью Балтийского моря, Финляндией и Прибалтийскими губ. Она прекратилась в Ковенской и Виленской губ., пройдя необыкновенно значительное расстояние. Скорость движения ее равнялась 48 км в час. Почти на всем пути она сопровождалась бурею, которая с особенною силою свирпствовала над северною оконечностью острова Даго и над островом Вормсом. Ураган привел море, бичуемое градом и дождем, в необычайное волнение, причем колебался даже самый маяк (вормский); на пространстве 8 верст вокруг маяка сломано было 1500 деревьев. Эта Г. находилась в юго-вост. части циклона, центр которого прошел от зап. прибрежья Скандинавского полу о-ва к сев. концу Ботнического залива. Замечательная зимняя Г. описана также проф. А. В. Клоссовским ("Метеорологич. Вестник", 1892, февраль). Она образовалась в 1 ч. дня 15 января 1892 г. в сев. части Крымского полуо-ва и прошла на В к сев. побережью Азовского м. Эта Г. образовалась в юго-вост. части частного циклона. Иногда случается, что Г. встречаются одна с другой. При этом они обыкновенно взаимно уничтожаются, что объясняется охлаждением воздуха, следуемым за Г., препятствующим распространению Г. Такой случай представлен на таблице "Грозы" (чертеж II). На ней изображены Г., бывшие в южной России 5 июня 1886 г. (А. Шенрок, "К вопросу об исследовании гроз в России", "Прил. к LXI тому зап. Акад. наук"). Утром в этот день в разных местах южной России образовались Г., которые пошли по весьма различным направлениям, иногда совпадая, иногда пересекаясь одна с другою. Одна из грозовых областей этого чертежа представляет собою область радиального распространения Г. (круглые изохроны).

Переходя к самой сущности грозовых явлений, укажем на весьма важный результат, к которому пришли Асманн (Assmann, "Gewitter in Mitteldeutschland", 1885), Клоссовский ("Грозы в России") и др. Оказывается, что грозовые явления в данной грозовой области состоят из целого ряда грозовых вихриков, движущихся поступательно. Существование этих вихриков обнаруживается подробными картами изобар и ветров, а также быстрыми изменениями направления в силы ветра в том месте, около которого проходит Г. В путях грозовых вихриков, или так называемых грозовых нитях, можно видеть в миниатюре повторение сложных путей циклонов: тут есть и прямые линии, и кривые, и петли, и завитки, и спирали. Грозовые нити одной Г. переплетаются между собою, сегментируются и сливаются, но в общем движутся в ту же сторону, как и воздух в циклоне, стремясь завернуться внутрь последнего. Любопытные подробности о грозовых вихриках сообщает С. Попруженко в статье "Грозовая деятельность на юго-западе России в 1890 г." ("Труды" сети юго-запада России). Из его исследований скорость распространения вихриков в юго-западной России получилась равною 39,7 к., т. е. приблизительно равною средней скорости движения Г. в России, а средний радиус грозового вихря = 30,3 к. Сообразно с этим каждую изохрону надо рассматривать как линию, соединяющую отдельные вихрики, наблюдаемые в один и тот же момент. Грозовая деятельность происходит, следовательно, не по всей изохроне, а только местами. Для образования Г. высокой температуры и большой влаги недостаточно: необходимо еще существование восходящего движения, хотя бы и медленного. Эти три условия чаще всего выполняются в юго-вост. части циклона у окраины последнего, где дуют теплые и богатые паром Ю, ЮЮЗ и ЮЮВ ветры и небо местами ясно, отчего здесь солнечные лучи имеют свободный доступ к земной поверхности. Тут являются местные нагревания, ведущие за собою местные восходящие токи, в верхних частях которых происходит обильное осаждение паров и образование густых облаков. Выделение скрытой теплоты поддерживает токи, втягивающие в себя снизу воздух и производящие вследствие этого вихреобразные движения и вместе с тем и падение барометра (частный минимум). Восходящим токам способствует быстрое убывание температуры с высотою, происходящее в юго-вост. части циклонов, что доказывается теоретически и подтверждается наблюдениями на аэростатах (L. Sohnke, "Der Ursprung der Gewitterelectricität" 1885). Токи иногда бывают так сильны, что образуются смерчи (F. Erk, "Eine Windhose zwischen Gewitterwolken, Beobacht. der meteorol. Stationen in Bayern" 1892, также H. Hildebrandsson, "Les orages dans la péninsule Scandinave" — "Nova Acta Soc. Reg. Sc. Ups." 1888, также Th. Wigert, "Orage accompagné de trombes près Upsala" — "Bihang till Kongl. Svenska Vet. Akad. Handl." Band 14, 1888). Особенно замечательны грозовые смерчи в сев.-амер. торнадо (Finlay, "Report on the Character of Six Hundred Tornadoes" — "Professional Papers of the Signal Service" № VII, Вашингт., 1882).

Так как главная причина осадков — восходящие токи влажного воздуха, то естественно ожидать тесной связи между ними и грозами, что действительно и подтверждается (Клоссовский, "Грозы в России").

Передвижение гроз зависит главным образом от движения воздуха в циклоне, уносящего образовавшийся в его среде вихрь. Это, между прочим, доказывается тем, что направление преобладающего во время грозы ветра совпадает с направлением движения грозы (С. Ferrari, "Sulla dinamica dei temporali"). Оно обусловливается также до известной степени температурою и влажностью, а также местными условиями. Так, грозы, встречая на своем пути холодные местности (реки, озера и проч.), огибают их, или перескакивают через них, или, наконец, совсем прекращаются; напротив того, местности болотистые, богатые водяным паром, а иногда сильно нагревающиеся, как бы притягивают грозы и вообще способствуют развитию грозовой деятельности. То же относится и к гористым местам, представляющим благоприятные условия для образования восходящих течений.

Перед грозою атмосферное давление и относительная влажность уменьшаются, температура же и абсолютная влажность увеличиваются. В момент наступления грозы первые две достигают минимума, а вторые — максимума. После этого давление и относительная влажность делают скачок вверх, а температура — скачок вниз. Причина этого заключается в дожде, производящем давление на нижние слои и вместе с тем охлаждение их. После дождя давление становится меньше, температура начинает медленно повышаться. Только что указанными изменениями атмосферного давления во время грозы объясняется изогнутость изобар, указанная на чертеже, весьма характерная для гроз, и в связи с нею — положение дождевой полосы R: один минимум давления, m, предшествует грозе, другой, более слабый, n, следует за нею.

Сила ветра перед грозою обыкновенно бывает мала, при начале ее быстро увеличивается и максимума достигает при конце Г., после чего быстро убывает. Вследствие вторжения сверху воздушных масс, увлекаемых ливнем и градом, во время грозы бывают нередко сильные порывы ветра (W. Köppen, "Gewitterböe" — "Annalen des Hydrographie", 1882, стр. 595 и 714). Большое количество водяных паров, вырывающихся из кратеров вулканов во время извержения, служит причиною замечательных своею силою вулканических Г.

П. Броунов.