Prosječan intenzitet pražnjenja groma na tlu. Gromobran za drveće

Drveće često postaje meta za udare groma, što ponekad dovodi do vrlo ozbiljnih posljedica. Govorit ćemo o opasnostima udara groma i za samo drveće i za ljude koji žive u njihovoj blizini, kao i o tome kako možete smanjiti rizike povezane s ovom pojavom.

Gdje udara grom?

Za veliki dio Zemlje, grmljavine su uobičajena pojava. Istovremeno, oko hiljadu i po oluja bjesni nad Zemljom. Svake godine, na primjer, Moskva doživi više od 20 dana s grmljavinom. Ali uprkos poznatosti ovog prirodnog fenomena, njegova moć ne može a da ne šokira. Prosječna struja munje je oko 100.000 volti, a struja je 20.000-50.000 ampera. Temperatura kanala groma dostiže 25.000 – 30.000 °C. Nije iznenađujuće da grom koji udara u zgrade, drveće ili ljude i širi svoj električni naboj često dovodi do katastrofalnih posljedica.

Iako je udar groma u jedan prizemni objekt, bilo da se radi o zgradi, jarbolu ili drvetu, prilično rijedak događaj, njegova kolosalna razorna moć čini grmljavinu jednom od najopasnijih prirodnih pojava za čovjeka. Tako, prema statističkim podacima, svaki sedmi požar u ruralnim područjima izbija od udara groma, a po broju registrovanih smrtnih slučajeva uzrokovanih elementarnim nepogodama, grom je na drugom mjestu, odmah iza poplava.

Vjerojatnost oštećenja zemnih objekata (uključujući drveće) od udara groma ovisi o nekoliko faktora:

o intenzitetu aktivnosti grmljavine u regionu (vezano za klimatske karakteristike);
na visini objekta (što je više, to je vjerojatniji udar groma);
od električnog otpora objekta i slojeva tla koji se nalaze ispod njega (što je manji električni otpor objekta i slojeva tla koji se nalaze ispod njega, veća je vjerovatnoća da će u njega udariti munja).

Iz navedenog je jasno zašto drveće često postaje meta munje: drvo je često dominantni visinski element reljefa; živo drvo zasićeno vlagom, povezano sa dubokim slojevima tla sa malim električnim otporom, često predstavlja dobro utemeljenu prirodni gromobran.

Aktivnost grmljavine u nekim naseljima moskovske regije

Lokalitet	Prosječno godišnje trajanje grmljavine, sati	Specifična gustina udara groma na 1 km²	Opće karakteristike aktivnosti grmljavine
Volokolamsk	40–60	4	visoko
Istra	40–60	4	visoko
Novi Jerusalim	40–60	4	visoko
Pavlovsky Posad	20–40	2	prosjek
Moskva	20–40	2	prosjek
Kašira	20–40	2	prosjek

Koja je opasnost od udara groma u drvo?

Posljedice udara groma u drvo često su razorne kako za njega tako i za obližnje objekte, a predstavljaju i značajnu prijetnju ljudima koji se u tom trenutku zateknu u blizini. Kada snažno električno punjenje prođe kroz drvo, dolazi do snažnog oslobađanja topline i eksplozivnog isparavanja vlage unutar debla. To rezultira oštećenjem različite težine: od površinskih opekotina ili pukotina do potpunog cijepanja debla ili požara drveta. U nekim slučajevima značajno mehaničko oštećenje(uzdužne pukotine ili cijepanje drva duž godišnjih prstenova), gotovo nevidljive pri vanjskom pregledu, ali značajno povećavaju rizik od pada stabla u bliskoj budućnosti. Često, ozbiljna, ali neuočljiva vizuelnim pregledom, može doći do oštećenja korijena drveta.

U slučaju da oštećenja od groma ne dovedu do trenutnog uništenja ili smrti stabla, velike ozljede koje zadobije mogu uzrokovati razvoj opasnih bolesti, poput truleži, vaskularne bolesti, oslabljena biljka postaje lak plijenštetočine stabljike. To može uzrokovati da drvo postane nesigurno ili da se osuši.

Udari groma u drveće (uključujući i ono živo) često uzrokuju požare koji se šire na obližnje zgrade. Ponekad se bočno pražnjenje sa drveta prenosi na zid zgrade, čak i ako je na njega postavljen gromobran. Konačno, električni potencijal iz pogođenog stabla širi se u površinske slojeve tla, što može dovesti do toga da se prenese u zgradu, ošteti podzemne instalacije ili ubije ljude ili kućne ljubimce.

Udar groma u drvo može uzrokovati značajnu materijalnu štetu čak i ako ne dođe do vanrednog stanja. Uostalom, procjena sigurnosti takvog stabla, posebna briga za njega ili čak jednostavno uklanjanje osušenog ili beznadežno bolesnog stabla može biti povezano sa značajnim materijalnim troškovima.

Ponekad se bočno pražnjenje sa drveta prenosi na zid zgrade, čak i ako je na njega postavljen gromobran.

Regulatorna pitanja

Dakle, gromobranska zaštita posebno vrijednih stabala (koja su središte pejzažnih kompozicija, istorijskih i rijetkih) ili drveća koje raste u blizini stambenih objekata može biti praktično opravdana. Međutim, regulatorni okvir koji propisuje ili reguliše zaštitu drveća od groma u našoj zemlji u potpunosti ne postoji. Ovakvo stanje je prije posljedica inercije domaćeg regulatornog okvira nego adekvatne procjene rizika povezanih sa oštećenjem drveća od groma u urbaniziranoj sredini.

Glavni aktuelni domaći standard za zaštitu od groma datira iz 1987. Stav prema gromobranskoj zaštiti u prigradskim naseljima u ovom dokumentu odražava realnost i stavove tog vremena: materijalnu vrijednost Većina prigradskih zgrada bile su male, a državni interesi su bili fokusirani na zaštitu javne, a ne privatne imovine. Osim toga, sastavljači domaćih standarda pošli su od pretpostavke da se prilikom izgradnje prigradskih stanova poštuju građevinski propisi i propisi, ali to nije uvijek slučaj. Konkretno, minimalna udaljenost od stabla do zida zgrade treba biti najmanje 5 m. U stvarnosti prigradske gradnje, kuće se često nalaze u blizini drveća. Štoviše, vlasnici takvih stabala, u pravilu, nerado pristaju na njihovo uklanjanje.

U drugim zemljama postoje standardi za zaštitu od groma: na primjer, američki - ANSI A 300 Part 4 ili Britanci – British Standard 6651 takođe reguliše zaštitu drveća od groma.

Minimalna udaljenost od stabla do zida zgrade mora biti najmanje 5 m.

Kada je potrebna zaštita?

U kojim slučajevima ima smisla razmišljati o zaštiti od groma za drvo? Navodimo faktore na osnovu kojih se takva odluka može preporučiti.

Drvo raste na otvorenim površinama ili znatno više od susjednih stabala, zgrada, građevina i reljefnih elemenata. U objekte koji su više visine češće udara grom.

Područje s velikom aktivnošću grmljavine. S velikom učestalošću grmljavine povećava se vjerojatnost oštećenja drveća (kao i drugih objekata). Glavne karakteristike grmljavinske aktivnosti su prosječan godišnji broj grmljavinskih sati, kao i prosječna specifična gustina udara groma u tlo (prosječan godišnji broj udara groma po 1 km²) zemljine površine. Potonji indikator se koristi za izračunavanje očekivanog broja oštećenja od groma na objektu (uključujući drvo) godišnje. Na primjer, u slučaju područja s prosječnim trajanjem grmljavinskog nevremena od 40-60 sati godišnje (posebno u nekim područjima moskovske regije), može se očekivati da će drvo visine 25 m biti oštećeno jednom u 20 godina.

Lokacija lokacije u blizini rezervoara, podzemnih izvora, visoka vlažnost zemljišta na lokaciji . Ovakav raspored dodatno povećava rizik od udara groma u drvo.

Visoko drvo raste tri metra ili manje od zgrade. Ovakav raspored drveta ne utiče na verovatnoću da ga udari grom. Međutim, oštećenja na stablima koja se nalaze u blizini zgrada predstavljaju značajnu prijetnju kako za same zgrade tako i za ljude u njima. Istovremeno se povećava rizik od oštećenja zgrade bočnim pražnjenjem; rizik od oštećenja krova pri padu drveta je vrlo visok; ako se zapali, vatra se može proširiti na zgradu.

Grane drveća vise preko krova zgrade, dodiruju njene zidove, nadstrešnice, oluke ili ukrasne elemente fasade. U tom slučaju povećava se i rizik od oštećenja zgrade, požara i prijenosa ispuštanja u kuću.

Drvo je vrsta koju često ili redovno pogađaju udari groma . Neke vrste drveća imaju veću vjerovatnoću da ih pogodi grom od drugih. Hrastove najčešće pogađa grom.

Korijenje drveta koje raste pored zgrade može doći u kontakt sa podzemnim temeljima ili komunalijama koje vode do kuće.. U ovom slučaju, kada u drvo udari grom, povećava se vjerojatnost da će se pražnjenje "prenijeti" u prostorije ili oštetiti komunikacije (na primjer, senzori sistema za navodnjavanje i električne mreže).

Stručnjaci za gromobransku zaštitu objekata preporučuju ugradnju posebnog gromobrana, dok se na udaljenosti od 3 do 10 m nalaze stabla pogodna po visini i drugim parametrima za ugradnju gromobrana i odvoda.. Instalacija zasebnog jarbola može biti prilično skupa. Za mnoge vlasnike seoskih kuća, takvi jarboli su i estetski neprihvatljivi. I na kraju, postavljanje jarbola u šumskom području na način da se korijenje drveća ne ošteti tokom njegove izgradnje ili da žice ne ometaju kretanje ljudi može biti vrlo teško.

Osjetljivost na oštećenja nezaštićenih stabala pojedinih vrsta
(od standarda ANSI A 300, Part 4)

Princip rada

Princip rada gromobranskog sistema je da se pražnjenje groma „presreće“ gromobranom, bezbedno izvodi odvodnim provodnikom i prenosi u duboke slojeve tla pomoću uzemljenja.

Komponente sistema za zaštitu od groma na drvetu su: vazdušni terminal (jedan ili više), gornji donji provodnik, podzemni donji provodnik i sistem uzemljenja koji se sastoji od nekoliko šipki ili ploča za uzemljenje.

Prilikom izrade sopstvenih šema gromobranske zaštite, suočili smo se sa potrebom da kombinujemo domaće standarde za gromobransku zaštitu zgrada i objekata i zapadne standarde koji regulišu gromobransku zaštitu drveća. Potreba za ovakvom kombinacijom je zbog činjenice da sadašnji domaći standardi ne sadrže preporuke za ugradnju gromobranskih sistema na drveće, a stariji propisi sadrže uputstva koja predstavljaju opasnost po zdravlje drveta. Istovremeno, američki standard ANSI A 300, koji sadrži detaljne informacije o montaži sistema na drvo i principima njegove ugradnje i održavanja, ima niže zahtjeve za električnu sigurnost sistema u odnosu na domaće standarde.

Komponente za zaštitu od groma su izrađene od bakra ili nerđajućeg čelika. U ovom slučaju, kako bi se izbjegla korozija, u svim spojevima i kontaktima između provodnih elemenata koristi se samo jedan od odabranih materijala. Međutim, kada se koristi bakar, dopuštena je upotreba bronzanih elemenata za pričvršćivanje. Bakarne komponente su skuplje, ali imaju veću provodljivost, što omogućava da komponente budu manje, manje vidljive i smanjuju troškove instalacije sistema.

Prema statističkim podacima, svaki sedmi požar u ruralnim područjima izbija od udara groma, a po broju registrovanih smrtnih slučajeva uzrokovanih elementarnim nepogodama, grom je na drugom mjestu, odmah iza poplava.

Komponente sistema

Gromobran je metalna cijev zatvorena na kraju. Donji provodnik ide unutar gromobrana i pričvršćen je na njega vijcima.

Za stabla sa raširenom krošnjom mogu biti potrebni dodatni kolektori struje, jer u tom slučaju pražnjenje groma može udariti u grane ili vrhove udaljene od gromobrana. Ako drvo ima mehanički sistem nosača grana na bazi metalnih kablova, onda pri izvođenju gromobranske zaštite mora biti i uzemljen. Da biste to učinili, dodatni strujni provodnik je pričvršćen na njega pomoću vijčanog kontakta. Treba uzeti u obzir da je direktan kontakt bakra sa pocinkovanim kablom neprihvatljiv, jer dovodi do korozije.

Donji provodnici od gromobrana i dodatnih kontakata spajaju se pomoću posebnih steznih kontakata ili vijčanih spojeva. U skladu sa standardom ANSI A 300, za gromobransku zaštitu drveća koriste se odvodni provodnici u obliku čvrstih čeličnih sajli različitih pletenja. U skladu sa domaćim standardima, minimalni efektivni poprečni presjek bakrenog donjeg provodnika je 16 mm², minimalni efektivni poprečni presjek čeličnog donjeg provodnika je 50 mm. Prilikom polaganja provodnika kroz drvo, potrebno je izbjegavati njihove oštre krivine. Savijanje doljeg vodiča pod kutom manjim od 900 je neprihvatljivo; polumjer zakrivljenosti krivine ne smije biti manji od 20 cm.

Donji provodnici se pričvršćuju na deblo metalnim stezaljkama, ukopanim nekoliko centimetara u drvo debla. Materijal stezaljki ne bi trebao dovesti do kontaktne korozije kada je spojen na donji provodnik. Nemoguće je fiksirati provodnike vezivanjem za drvo žicom, jer će radijalni rast debla dovesti do ozljeda prstena i isušivanja drveta. Čvrsta fiksacija donjih provodnika na površini debla (sa spajalicama) će dovesti do njihovog urastanja u deblo, smanjujući trajnost i sigurnost sistema i razvoj opsežne truleži stabljike. Optimalna opcija za pričvršćivanje sistema je ugradnja dinamičkih stezaljki. U tom slučaju, kako se promjer debla povećava, držači sa sajlom se automatski pritiskaju na kraj šipke pritiskom drvene maramice. Imajte na umu da produbljivanje klinova stezaljki nekoliko centimetara u drvo i njihovo naknadno djelomično kapsuliranje s drvom praktički ne uzrokuje nikakvu štetu.

Odvodni provodnici se spuštaju niz deblo do njegove osnove i zakopavaju se u rov.

Minimalna dubina rova za podzemni dio svodnog provodnika, propisana standardom ANSI A 300, je 20 cm.Rov se kopa ručno uz zadržavanje maksimalnog broja korijena. U slučajevima kada je oštećenje korijena posebno nepoželjno, treba koristiti posebnu opremu za izgradnju rova. Na primjer, zračni nož je kompresorski alat dizajniran za izvođenje radova iskopa u području debla. Koristeći snažnu, fokusiranu struju zraka, ovaj uređaj može ukloniti čestice tla bez oštećenja čak i najfinijeg korijena drveća.

Vrsta i parametri uređaja za uzemljenje i udaljenost do koje donji vodič treba da se proteže do njega određuju se osobinama tla. To je zbog potrebe da se smanji impulsni otpor uzemljenja na potrebnu razinu - električni otpor širenju impulsa električne struje sa elektrode za uzemljenje. Prema domaćim standardima, na mjestima koja ljudi redovno posjećuju, takav otpor ne bi trebao biti veći od 10 oma. Ova vrijednost otpora uzemljenja trebala bi isključiti iskri proboj struje od podzemnog donjeg provodnika i uzemljene elektrode do površine tla i stoga spriječiti oštećenje ljudi, zgrada i komunikacija električnom strujom. Glavni indikator tla koji određuje izbor sheme uzemljenja je otpor tla - otpor između dvije strane od 1 m³ zemlje kada struja prolazi kroz nju.

Što je veća otpornost tla, to mora biti opsežniji sistem uzemljenja da bi se osigurao siguran protok električnog naboja. Na tlima sa niskim otporom - do 300 Ohma (ilovače, gline, močvare), - u pravilu se koristi sistem uzemljenja od dvije vertikalne šipke za uzemljenje povezane spuštenim provodnikom. Između štapova održava se razmak od najmanje 5 m. Dužina štapa je 2,5-3 m, gornji kraj štapa je uvučen za 0,5 m.

Na tlima s visokim vrijednostima otpornosti (pješčana ilovača, pijesak, šljunak) koriste se sistemi uzemljenja sa više zraka. Prilikom ograničavanja moguće dubine uzemljenja koriste se ploče za uzemljenje. Radi lakšeg pregleda i ispitivanja pouzdanosti uzemljenja, iznad elemenata za uzemljenje postavljaju se mali bunari.

Otpor tla nije konstantna vrijednost, njegova vrijednost jako ovisi o vlažnosti tla. Stoga, tokom sušne sezone, pouzdanost uzemljenja može se smanjiti. Da bi se ovo spriječilo, koristi se nekoliko tehnika. Prvo se u prostor za navodnjavanje postavljaju mljevene šipke kad god je to moguće. drugo, gornji dioštap je zakopan 0,5 m ispod površine tla (gornjih 0,5 m zemlje je najsklono isušivanju). Treće, ako je potrebno, tlu se dodaje bentonit - prirodna komponenta koja zadržava vlagu. Bentonit su male koloidne čestice mineralne gline, čiji porni prostor dobro zadržava vlagu i stabilizuje vlagu u tlu.

Živo drvo zasićeno vlagom, povezano sa dubokim slojevima tla sa niskim električnim otporom, često predstavlja dobro uzemljen prirodni gromobran.

Uobičajene greške

U domaćoj praksi gromobranska zaštita drveća se rijetko koristi, au onim slučajevima kada se ipak provodi, pravi se niz ozbiljnih grešaka prilikom njenog projektovanja. Tako se u pravilu metalni štapovi koriste kao gromobrani, pričvršćeni na drvo pomoću žice ili metalnih obruča. Ova opcija pričvršćivanja dovodi do ozbiljnih prstenastih ozljeda debla, koje s vremenom dovode do potpunog sušenja stabla. Određenu opasnost predstavlja i urastanje spuštenog provodnika u stablo, što dovodi do pojave velikih otvorenih uzdužnih rana na deblu.

Budući da ugradnju gromobranske zaštite na drveću izvode električari, za penjanje na drvo najčešće koriste gafove (dereze) - čizme sa metalnim šiljcima koji uzrokuju ozbiljne ozljede stabla.

Nažalost, zanemaruju se i karakteristike krošnje stabla: u pravilu se ne uzima u obzir potreba za ugradnjom nekoliko gromobrana na stabla sa više krošnji sa širokim krošnjama; strukturni nedostaci u grananju stabla također se ne uzimaju u obzir računa, što često dovodi do lomljenja i pada vrha sa ugrađenim gromobranom.

Gromobranska zaštita drveća ne može se nazvati uobičajenom praksom. Indikacije za njegovu primjenu su prilično rijetke u područjima sa umjerenom grmljavinskom aktivnošću. Međutim, u slučajevima kada je gromobranska zaštita drveća neophodna, to je izuzetno važno ispravno izvršenje. Prilikom projektovanja i ugradnje ovakvih sistema važno je uzeti u obzir ne samo pouzdanost samog gromobrana, već i sigurnost sistema za zaštićeno drvo.

Konačna pouzdanost gromobranske zaštite ovisit će kako o pravilnom izboru njenih materijala, kontakata i uzemljenja, tako i od stabilnosti samog drveta. Samo uzimajući u obzir posebnosti strukture krošnje, radijalnog rasta i položaja korijenskog sistema stabla, moguće je stvoriti sistem zaštite od groma koji je pouzdan i ne uzrokuje opasne ozljede stabla, a samim tim i ne stvara nepotrebni rizici za ljude koji žive u blizini.

Oluja sa grmljavinom - šta je to? Odakle munja koja seče cijelo nebo i prijeteći udari grmljavine? Oluja sa grmljavinom je prirodni fenomen. Munja, nazvana munja, može se formirati unutar oblaka (kumulonimbusa) ili između oblaka. Obično ih prati grmljavina. Munje su povezane sa jakom kišom, jakim vjetrom, a često i gradom.

Aktivnost

Grmljavina je jedna od najopasnijih ljudi, pogođene gromom, preživljavaju samo u izolovanim slučajevima.

U isto vrijeme na planeti djeluje otprilike 1.500 oluja s grmljavinom. Intenzitet pražnjenja se procjenjuje na stotinu udara groma u sekundi.

Raspodjela oluja s grmljavinom na Zemlji je neujednačena. Na primjer, ima ih 10 puta više iznad kontinenata nego iznad okeana. Večina(78%) munjevita pražnjenja su koncentrisana u ekvatorijalnim i tropskim zonama. Oluja sa grmljavinom se posebno često bilježe u centralnoj Africi. Ali polarne regije (Antarktik, Arktik) i polovi munje praktički se ne vide. Pokazalo se da je intenzitet grmljavine povezan sa nebeskim tijelom. U srednjim geografskim širinama, njegov vrhunac se javlja u popodnevnim (dnevnim) satima, ljeti. Ali minimum je zabilježen prije izlaska sunca. Važno i geografske karakteristike. Najmoćniji grmljavinski centri nalaze se na Kordiljerima i Himalajima (planinske regije). Godišnji broj „dana s grmljavinom“ takođe varira u Rusiji. U Murmansku, na primer, ima ih samo četiri, u Arhangelsku - petnaest, Kalinjingradu - osamnaest, Sankt Peterburgu - 16, Moskvi - 24, Brjansku - 28, Voronježu - 26, Rostovu - 31, Sočiju - 50, Samara - 25, Kazanj i Jekaterinburg - 28, Ufa - 31, Novosibirsk - 20, Barnaul - 32, Čita - 27, Irkutsk i Jakutsk - 12, Blagovješčensk - 28, Vladivostok - 13, Habarovsk - 25, Južno-Sahalinsk - 7, Petropa - Sahalinsk Kamčatski - 1.

Razvoj grmljavine

Kako ide? nastaje samo pod određenim uslovima. Mora postojati uzlazni tokovi vlage i mora postojati struktura u kojoj je jedna frakcija čestica u ledenom, a druga u tečnom stanju. U nekoliko slučajeva će doći do konvekcije koja će dovesti do razvoja grmljavine.

Neravnomjerno zagrijavanje površinskih slojeva. Na primjer, iznad vode sa značajnom temperaturnom razlikom. Nad velikim gradovima intenzitet grmljavine će biti nešto jači nego u okolnim područjima.

Kada hladan vazduh istiskuje topli vazduh. Frontalna konvencija se često razvija istovremeno s oblacima pokrivača i oblacima nimbostratusa.

Kada se vazduh diže u planinskim lancima. Čak i niske nadmorske visine mogu dovesti do povećanog stvaranja oblaka. Ovo je prisilna konvekcija.

Svaki grmljavinski oblak, bez obzira na vrstu, nužno prolazi kroz tri faze: kumulus, zrelost i raspadanje.

Klasifikacija

Neko vrijeme grmljavine su klasificirane samo na mjestu osmatranja. Podijeljeni su, na primjer, na pravopisne, lokalne i frontalne. Sada se grmljavine klasificiraju prema karakteristikama ovisno o meteorološkim sredinama u kojima se razvijaju. nastaju zbog atmosferske nestabilnosti. Ovo je glavni uslov za stvaranje grmljavinskih oblaka. Karakteristike takvih tokova su veoma važne. U zavisnosti od njihove snage i veličine, formiraju se različite vrste grmljavinskih oblaka. Kako su podijeljeni?

1. Jednoćelijski kumulonimbus (lokalni ili intramasni). Imati grad ili grmljavinu. Poprečne dimenzije kreću se od 5 do 20 km, vertikalne - od 8 do 12 km. Takav oblak "živi" i do sat vremena. Nakon grmljavine, vrijeme ostaje gotovo nepromijenjeno.

2. Višećelijski klaster. Ovdje je razmjer impresivniji - do 1000 km. Višećelijski klaster pokriva grupu ćelija grmljavine koje se nalaze na razne faze formiranje i razvoj i istovremeno čineći jednu cjelinu. Kako su izgrađeni? U centru se nalaze zrele grmljavinske ćelije, u centru se nalaze raspadajuće ćelije, njihove poprečne dimenzije mogu doseći 40 km. Oluja s grmljavinom s više ćelija u klasterima stvara nalete vjetra (jakovite, ali ne jake), kišu i grad. Postojanje jedne zrele ćelije ograničeno je na pola sata, ali sama klaster može "živjeti" nekoliko sati.

3. Linije škvala. Ovo su takođe višećelijske oluje. Nazivaju se i linearnim. Mogu biti čvrste ili sa prazninama. Ovdje su udari vjetra duži (na prednjoj ivici). Prilikom približavanja, višećelijska linija se pojavljuje kao tamni zid od oblaka. Broj potoka (i uzvodno i nizvodno) ovdje je prilično velik. Zbog toga je takav kompleks grmljavina klasifikovan kao višećelijski, iako je struktura grmljavine drugačija. Linija oluje može proizvesti intenzivne pljuskove i veliki grad, ali je češće "ograničena" jakim silaznim strujama. Često se javlja prije hladnog fronta. Na fotografijama takav sistem ima oblik zakrivljenog luka.

4. Supercell grmljavine. Takve grmljavine su rijetke. Posebno su opasni po imovinu i ljudski život. Oblak ovog sistema je sličan oblaku jedne ćelije, pošto se oba razlikuju u jednoj zoni uzlaznog strujanja. Ali njihove veličine su različite. Oblak superćelije je ogroman - blizu 50 km u radijusu, visina - do 15 km. Njegove granice mogu biti u stratosferi. Oblik podsjeća na jedan polukružni nakovanj. Brzina uzlaznih tokova je znatno veća (do 60 m/s). Karakteristična karakteristika je prisustvo rotacije. Upravo to stvara opasne, ekstremne pojave (veliki grad (više od 5 cm), razorna tornada). Glavni faktor za formiranje takvog oblaka su okolni uslovi. Radi se o o vrlo jakoj konvenciji sa temperaturama od +27 i vjetrom promjenjivog smjera. Takvi uslovi nastaju tokom smicanja vjetra u troposferi. Padavine nastale u uzlaznim strujama prenose se u zonu silaznog strujanja, što osigurava dug život oblaka. Padavine su neravnomjerno raspoređene. Pljuskovi se javljaju u blizini uzlaznog strujanja, a grad se javlja bliže sjeveroistoku. Rep oluje se može pomaknuti. Tada će najopasnije područje biti pored glavnog uzlaznog strujanja.

Postoji i koncept „suve grmljavine“. Ovaj fenomen je prilično rijedak, karakterističan za monsune. S takvom grmljavinom nema padavina (jednostavno ne dolazi, isparavajući kao rezultat izlaganja visokoj temperaturi).

Brzina kretanja

Za izolovanu grmljavinu to je otprilike 20 km/h, ponekad i brže. Ako su aktivni hladni frontovi, brzine mogu doseći 80 km/h. U mnogim olujama, stare grmljavinske ćelije se zamjenjuju novim. Svaki od njih pokriva relativno kratku udaljenost (oko dva kilometra), ali se ukupno udaljenost povećava.

Mehanizam elektrifikacije

Odakle dolaze same munje? oko oblaka i unutar njih se neprestano kreću. Ovaj proces je prilično komplikovan. Najlakši način da se zamisli rad električnih naboja u zrelim oblacima. U njima dominira dipolna pozitivna struktura. Kako se distribuira? Pozitivni naboj se nalazi na vrhu, a negativni naboj ispod njega, unutar oblaka. Prema glavnoj hipotezi (ovo područje nauke se još uvijek može smatrati malo istraženim), teže i veće čestice nabijene su negativno, dok male i lagane imaju pozitivan naboj. Prvi padaju brže od drugih. Ovo uzrokuje prostorno razdvajanje prostornih naboja. Ovaj mehanizam je potvrđen laboratorijskim eksperimentima. Čestice ledenih zrna ili grada mogu imati snažan prijenos naboja. Veličina i predznak će zavisiti od sadržaja vode u oblaku, temperature vazduha (ambijenta) i brzine sudara (glavni faktori). Ne može se isključiti uticaj drugih mehanizama. Pražnjenja se javljaju između tla i oblaka (ili neutralne atmosfere, ili jonosfere). Upravo u ovom trenutku vidimo bljeskove kako seku po nebu. Ili munja. Ovaj proces je praćen glasnim udarcima (grmljavinama).

Oluja sa grmljavinom je složen proces. Možda će biti potrebno mnogo decenija, a možda čak i vekova da se to prouči.

Oluja - atmosferski fenomen u kojem se električna pražnjenja javljaju unutar oblaka ili između oblaka i zemljine površine - munja, praćena grmljavinom. Obično se grmljavina formira u snažnim kumulonimbusima i povezana je sa jakom kišom, gradom i jakim vjetrovima.

Grmljavina je jedna od najopasnijih prirodnih pojava za ljude: po broju registrovanih smrtnih slučajeva, samo poplave dovode do većih ljudskih gubitaka.

Oluja

Istovremeno, na Zemlji ima oko hiljadu i po grmljavine, a prosječan intenzitet pražnjenja procjenjuje se na 100 udara groma u sekundi. Grmljavine su neravnomjerno raspoređene po površini planete.

Raspodjela pražnjenja groma po površini Zemlje

Nad okeanom ima otprilike deset puta manje oluja s grmljavinom nego na kontinentima. Oko 78% svih pražnjenja groma koncentrisano je u tropskoj i ekvatorijalnoj zoni (od 30° sjeverne geografske širine do 30° južne geografske širine). Maksimalna aktivnost grmljavine javlja se u Centralnoj Africi. U polarnim područjima Arktika i Antarktika i iznad polova praktički nema grmljavine. Intenzitet grmljavine prati sunce, pri čemu se najveći broj grmljavine javlja ljeti (na srednjim geografskim širinama) i tokom dnevnih poslijepodnevnih sati. Minimum zabilježenih grmljavina javlja se prije izlaska sunca. Na oluje sa grmljavinom utiču i geografske karakteristike područja: jaki centri oluja se nalaze u planinskim predelima Himalaja i Kordiljera.

Faze razvoja grmljavinskog oblaka

Neophodni uslovi za nastanak grmljavinskog oblaka su postojanje uslova za razvoj konvekcije ili nekog drugog mehanizma koji stvara uzlazne tokove zalihe vlage dovoljne za formiranje padavina, kao i prisustvo strukture u kojoj je deo oblaka. čestice su u tečnom stanju, a neke su u ledenom stanju. Konvekcija koja dovodi do razvoja grmljavine javlja se u sljedećim slučajevima:

Kada se površinski sloj zraka neravnomjerno zagrijava preko različitih donjih površina. Na primjer, preko vodene površine i kopna zbog razlika u temperaturi vode i tla. U velikim gradovima intenzitet konvekcije je mnogo veći nego u okolini grada.

Kada se topli vazduh podiže ili ga istiskuje hladni vazduh na atmosferskim frontovima. Atmosferska konvekcija na atmosferskim frontovima je mnogo intenzivnija i češća nego kod intramasne konvekcije. Često se frontalna konvekcija razvija istovremeno s nimbostratusnim oblacima i običnim padavinama, što maskira kumulonimbus oblake koji se razvijaju.

Kada se vazduh diže u planinskim predelima. Čak i male nadmorske visine u tom području dovode do povećanog stvaranja oblaka (zbog prisilne konvekcije). Visoke planine stvaraju posebno teške uslove za razvoj konvekcije i skoro uvek povećavaju njenu učestalost i intenzitet.

Svi grmljavinski oblaci, bez obzira na njihov tip, napreduju kroz stadijum kumulusa, stadijum zrelog grmljavinskog oblaka i fazu raspadanja.

Klasifikacija grmljavinskih oblaka

Nekada su oluje s grmljavinom bile klasificirane prema tome gdje su uočene, kao što su lokalizirane, frontalne ili orografske. Sada je uobičajenije da se grmljavine klasifikuju prema karakteristikama samih grmljavina, a ove karakteristike uglavnom zavise od meteorološkog okruženja u kojem se grmljavina razvija.

Glavni neophodan uslov za nastanak grmljavinskih oblaka je stanje nestabilnosti atmosfere, koje stvara uzlazne strujanja. Ovisno o veličini i snazi takvih tokova, nastaju grmljavinski oblaci raznih vrsta.

Oblak jedne ćelije

Jednoćelijski kumulonimbusi se razvijaju u danima sa slabim vjetrom u polju pritiska sa niskim gradijentom. Oni se takođe zovu unutar mase ili lokalne grmljavine. Sastoje se od konvektivne ćelije sa uzlaznim tokom u svom središnjem dijelu. Mogu dostići intenzitet grmljavine i grada i brzo se srušiti sa padavinama. Dimenzije takvog oblaka su: poprečne - 5-20 km, vertikalne - 8-12 km, životni vijek - oko 30 minuta, ponekad i do 1 sat. Nema većih vremenskih promjena nakon grmljavine.

Životni ciklus jednoćelijskog oblaka

Oluja sa grmljavinom počinje formiranjem kumulusnog oblaka za lijepo vrijeme (Cumulus humilis). U povoljnim uslovima nastali kumulusni oblaci brzo rastu i u vertikalnom i u horizontalnom pravcu, dok su uzlazni tokovi locirani skoro po celoj zapremini oblaka i povećavaju se od 5 m/s do 15-20 m/s. Silazni protok je veoma slab. Okolni zrak aktivno prodire u oblak zbog miješanja na granici i vrhu oblaka. Oblak ulazi u stadijum Cumulus mediocris. Najmanje kapljice vode nastale kao rezultat kondenzacije u takvom oblaku stapaju se u veće, koje se nose prema gore snažnim uzlaznim strujama. Oblak je još uvijek homogen, sastoji se od kapljica vode koje drži uzlazni tok – padavina ne pada. Na vrhu oblaka, kada čestice vode uđu u zonu negativnih temperatura, kapi postepeno počinju da se pretvaraju u kristale leda. Oblak ulazi u fazu snažnog kumulusa (Cumulus congestus). Mešovit sastav oblaka dovodi do uvećanja elemenata oblaka i stvaranja uslova za padavine. Ova vrsta oblaka naziva se kumulonimbus (Cumulonimbus) ili kumulonimbus ćelav (Cumulonimbus calvus). Vertikalni tokovi u njemu dostižu 25 m/s, a nivo vrha dostiže visinu od 7-8 km.

Isparavajuće čestice padavina hlade okolni vazduh, što dovodi do daljeg intenziviranja silaznih strujanja. U fazi zrelosti, u oblaku su istovremeno prisutne i uzlazne i silazne struje zraka.

U fazi kolapsa u oblaku preovlađuju silazni tokovi koji postepeno prekrivaju cijeli oblak.

Oluja sa više ćelija sa grmljavinom

Dijagram strukture višećelijske oluje

Ovo je najčešći tip grmljavine povezan sa mezoskalnim poremećajima (razmjera od 10 do 1000 km). Višećelijski klaster sastoji se od grupe grmljavinskih ćelija koje se kreću kao jedna jedinica, iako je svaka ćelija u klasteru u različitoj fazi razvoja grmljavinskog oblaka. Zrele grmljavinske ćelije se obično nalaze u središnjem dijelu klastera, a ćelije koje se raspadaju se nalaze na zavjetrinskoj strani klastera. Imaju poprečnu veličinu od 20-40 km, njihovi vrhovi se često dižu do tropopauze i prodiru u stratosferu. Grmljavinske oluje sa više ćelija mogu proizvesti grad, pljuskove s kišom i relativno slabe udare vjetra. Svaka pojedinačna ćelija u višećelijskom klasteru ostaje zrela oko 20 minuta; sam višećelijski klaster može postojati nekoliko sati. Ova vrsta grmljavine je obično intenzivnija od jednoćelijske grmljavine, ali mnogo slabija od oluje sa superćelijom.

Višećelijska linearna oluja s grmljavinom (škvalovi)

Višećelijska linearna grmljavina je linija oluja sa dugom, dobro razvijenom frontom naleta na prednjoj ivici fronta. Vrhunska linija može biti kontinuirana ili sadržavati praznine. Višećelijska linija koja se približava pojavljuje se kao tamni zid od oblaka, koji obično prekriva horizont na zapadnoj strani (na sjevernoj hemisferi). Veliki broj blisko raspoređenih uzlaznih/silaznih vazdušnih struja omogućava nam da ovaj kompleks grmljavina kvalifikujemo kao višećelijski, iako se njegova struktura grmljavine oštro razlikuje od grmljavine sa više ćelija. Vezovite linije mogu proizvesti veliki grad i intenzivne pljuskove, ali su poznatiji kao sistemi koji proizvode jake silazne struje. Linija oluje je po svojstvima slična hladnom frontu, ali je lokalni rezultat aktivnosti grmljavine. Često se škvalna linija javlja ispred hladnog fronta. Na radarskim slikama ovaj sistem liči na pramčani eho. Ovaj fenomen je tipičan za Sjevernu Ameriku, u Evropi i evropskom području Rusije se rjeđe uočava.

Supercell thunderstorms

Vertikalna i horizontalna struktura oblaka superćelije

Superćelija je najorganizovaniji grmljavinski oblak. Superćelijski oblaci su relativno rijetki, ali predstavljaju najveću prijetnju ljudskom zdravlju i životu i njihovoj imovini. Oblak superćelije je sličan oblaku jedne ćelije po tome što oba imaju istu zonu uzlaznog strujanja. Razlika je u tome što je veličina ćelije ogromna: promjer je oko 50 km, visina je 10-15 km (gornja granica često prodire u stratosferu) s jednim polukružnim nakovnjem. Brzina uzlaznog toka u superćelijskom oblaku je mnogo veća nego u drugim vrstama grmljavinskih oblaka: do 40-60 m/s. Glavna karakteristika koja razlikuje superćelijski oblak od drugih vrsta oblaka je prisustvo rotacije. Rotirajući uzlazni tok u oblaku superćelije (nazvan u radarskoj terminologiji mezociklon), stvara ekstremne vremenske prilike kao što je div hail(prečnika više od 5 cm), jakih vjetrova do 40 m/s i jakih razornih tornada. Uslovi okoline su glavni faktor u formiranju superćelijskog oblaka. Potrebna je veoma jaka konvektivna nestabilnost vazduha. Temperatura vazduha u blizini tla (prije grmljavine) bi trebala biti +27...+30 i više, ali glavni neophodan uslov je vjetar promjenljivog smjera koji uzrokuje rotaciju. Takvi uslovi se postižu smicanjem vjetra u srednjoj troposferi. Padavine nastale u uzlaznom strujanju prenose se duž gornjeg nivoa oblaka snažnim tokom u zonu silaznog strujanja. Tako su zone uzlaznih i silaznih tokova odvojene u prostoru, što osigurava život oblaka u dužem vremenskom periodu. Obično ima slabe kiše na prednjoj ivici oblaka superćelije. Obilne padavine javljaju se u blizini zone uzlaznog strujanja, a najjače padavine i veliki grad se javljaju sjeveroistočno od glavne uzlazne zone. Najopasniji uslovi se nalaze u blizini glavne zone uzlaznog strujanja (obično prema zadnjem delu oluje).

Supercell (engleski) Super I ćelija- ćelija) je vrsta grmljavine koju karakteriše prisustvo mezociklona - dubokog, snažno rotirajućeg uzlaznog strujanja. Iz tog razloga, takve oluje se ponekad nazivaju rotirajućim grmljavinom. Od četiri vrste grmljavine prema zapadnim klasifikacijama (supersell, squalline, multisell i singlesell), superćelije su najmanje česte i mogu predstavljati najveću opasnost. Superćelije su često izolovane od drugih oluja i mogu imati prednji raspon do 32 kilometra.

Superćelija na zalasku sunca

Superćelije se često dijele na tri tipa: klasične; With nizak nivo padavine (LP); i sa visoki nivo padavine (HP). Superćelije tipa LP se obično formiraju u sušnijim klimama, kao što su visoke planinske doline Sjedinjenih Država, dok su superćelije tipa HP češće u vlažnijim klimama. Superćelije se mogu pojaviti bilo gdje u svijetu ako su vremenski uslovi pogodni za njihovo formiranje, ali su najčešće u regiji Great Plains u Sjedinjenim Državama, području poznatom kao Tornado Valley. Mogu se posmatrati i u ravnicama Argentine, Urugvaja i južnog Brazila.

Fizičke karakteristike grmljavinskih oblaka

Studije aviona i radara pokazuju da jedna ćelija oluje obično doseže visinu od oko 8-10 km i traje oko 30 minuta. Izolovana grmljavina obično se sastoji od nekoliko ćelija u različitim fazama razvoja i traje oko sat vremena. Velike grmljavine mogu biti desetine kilometara u prečniku, njihov vrhunac može doseći visinu od preko 18 km, a mogu trajati više sati.

Uzlazni i silazni tokovi

Uzlazni i silazni strujni strujni struji u izolovanim olujama sa grmljavinom obično se kreću od 0,5 do 2,5 km u prečniku i 3 do 8 km u visini. Ponekad promjer uzlaznog strujanja može doseći 4 km. Blizu površine zemlje, potoci obično povećavaju promjer, a njihova brzina opada u odnosu na više ležeće tokove. Karakteristična brzina uzlaznog strujanja je u rasponu od 5 do 10 m/s i dostiže 20 m/s na vrhuncu velikih grmljavina. Istraživački avioni koji lete kroz grmljavinski oblak na visini od 10.000 m bilježe brzinu uzlaznog zraka od preko 30 m/s. Najjači uzlazni struji se uočavaju kod organizovanih grmljavinskih nevremena.

Squalls

Pre avgustovske oluje 2010. u Gatčini

Kod nekih grmljavina dolazi do intenzivnih silaznih strujanja zraka, stvarajući vjetrove razorne sile na površini zemlje. Ovisno o njihovoj veličini, takvi se silazni struji nazivaju squalls ili microsqualls. Vetar s prečnikom većim od 4 km može stvoriti vjetrove do 60 m/s. Mikroskvali su manje veličine, ali stvaraju brzinu vjetra do 75 m/s. Ako se grmljavina koja stvara oluju formira iz dovoljno toplog i vlažnog zraka, tada će mikroskvalu biti praćena intenzivnim padavinama. Međutim, ako se grmljavina formira od suhog zraka, padavine mogu ispariti dok pada (zračne padavine ili virga), a mikroskval će biti suh. Silazni gaz predstavlja ozbiljnu opasnost za avione, posebno tokom polijetanja ili slijetanja, jer stvara vjetar blizu tla sa jakim naglim promjenama brzine i smjera.

Vertikalni razvoj

Općenito, aktivni konvektivni oblak će se dizati sve dok ne izgubi svoju uzgonu. Gubitak plovnosti povezan je s opterećenjem nastalim padavinama koje nastaju u oblačnom okruženju, ili miješanjem sa okolnim suhim hladnim zrakom, ili kombinacijom ova dva procesa. Rast oblaka može se zaustaviti i blokirajućim inverzionim slojem, odnosno slojem u kojem temperatura zraka raste s visinom. Tipično, grmljavinski oblaci dosežu visinu od oko 10 km, ali ponekad dosežu i više od 20 km. Kada su sadržaj vlage i nestabilnost atmosfere visoki, tada uz povoljne vjetrove oblak može narasti do tropopauze, sloja koji odvaja troposferu od stratosfere. Tropauzu karakterizira temperatura koja ostaje približno konstantna s povećanjem nadmorske visine i poznata je kao područje visoke stabilnosti. Čim se uzlazno strujanje počne približavati stratosferi, vrlo brzo zrak na vrhu oblaka postaje hladniji i teži od okolnog zraka, a rast vrha prestaje. Visina tropopauze ovisi o geografskoj širini područja i godišnjem dobu. Ona varira od 8 km u polarnim područjima do 18 km i više u blizini ekvatora.

Kada kumulusni konvektivni oblak dosegne blokirajući sloj inverzije tropopauze, počinje se širiti prema van i formira "nakovanj" karakterističan za grmljavinske oblake. Vjetrovi koji duvaju na visini nakovnja imaju tendenciju da oduvaju oblačni materijal u smjeru vjetra.

Turbulencija

Avion koji leti kroz grmljavinski oblak (zabranjeno je letenje u kumulonimbuse) obično naiđe na udar koji ga odbacuje gore, dole i u stranu pod uticajem turbulentnih tokova oblaka. Atmosferska turbulencija stvara osjećaj nelagode kod posade i putnika i uzrokuje neželjeni stres na avionu. Turbulencija se mjeri u različitim jedinicama, ali se češće definira u jedinicama g – ubrzanje slobodnog pada (1g = 9,8 m/s2). Udar od jedan g stvara turbulenciju koja je opasna za avione. Na vrhuncu intenzivnih grmljavina zabilježena su vertikalna ubrzanja do tri g.

Kretanje grmljavine

Brzina i kretanje grmljavinskog oblaka zavise od pravca zemlje, prvenstveno od interakcije uzlaznih i silaznih tokova oblaka sa vazdušnim strujama nosačima u srednjim slojevima atmosfere u kojima se grmljavina razvija. Brzina izolirane grmljavine je obično oko 20 km/h, ali neke grmljavine se kreću mnogo brže. U ekstremnim situacijama grmljavinski oblak može da se kreće brzinom od 65-80 km/h tokom prolaska aktivnih hladnih frontova. U većini grmljavinskih nevremena, kako se stare ćelije oluje raspršuju, uzastopno se pojavljuju nove ćelije grmljavine. Pri slabom vjetru, pojedinačna ćelija može preći vrlo kratku udaljenost tokom svog života, manje od dva kilometra; međutim, u većim olujama s grmljavinom, nove ćelije se pokreću silaznim strujanjem koji teče iz zrele ćelije, dajući izgled brzog kretanja koje se ne poklapa uvijek sa smjerom vjetra. U velikim grmljavinskim olujama s više ćelija, postoji obrazac u kojem se nova ćelija formira desno od smjera strujanja zraka na sjevernoj hemisferi i lijevo od smjera strujanja zraka na južnoj hemisferi.

Energija

Energija koja pokreće grmljavinu dolazi od latentne toplote koja se oslobađa kada se vodena para kondenzuje i formira kapljice oblaka. Za svaki gram vode koji se kondenzira u atmosferi oslobađa se približno 600 kalorija topline. Kada se kapljice vode smrznu na vrhu oblaka, oslobađa se dodatnih 80 kalorija po gramu. Oslobođena latentna toplotna energija se delimično pretvara u kinetička energija uzlazni tok. Gruba procjena ukupne energije grmljavine može se napraviti na osnovu ukupne količine vode koja je pala kao padavina iz oblaka. Tipična energija je reda veličine 100 miliona kilovat-sati, što je otprilike ekvivalentno nuklearnom naboju od 20 kilotona (iako se ta energija oslobađa u mnogo većem volumenu prostora i tokom mnogo dužeg vremena). Velike oluje sa više ćelija mogu imati 10 i 100 puta više energije.

Silazni i udarni frontovi

Prednja oluja snažne grmljavine

Silazni struj u grmljavini nastaje na nadmorskim visinama gdje je temperatura zraka niža od temperature u okolini, a ova silazna struja postaje još hladnija kada počne da topi čestice ledenih padavina i isparava kapljice oblaka. Zrak u silaznoj struji ne samo da je gušći od okolnog zraka, već nosi i horizontalni ugaoni moment koji se razlikuje od okolnog zraka. Ako se, na primjer, na visini od 10 km dogodi silazni mlaz, tada će doći do površine zemlje horizontalnom brzinom znatno većom od brzine vjetra na tlu. U blizini tla, ovaj zrak se prenosi naprijed prije grmljavine brzinom većom od brzine kretanja cijelog oblaka. Zato će posmatrač na zemlji osetiti približavanje grmljavine kroz tok hladnog vazduha čak i pre nego što se grmljavinski oblak nadvije iznad glave. Silazni mlaz koji se širi preko tla stvara zonu dubine od 500 metara do 2 km sa jasnom razlikom između hladnog zraka strujanja i toplog, vlažnog zraka iz kojeg se formira grmljavina. Prolazak takvog fronta vjetra lako se određuje pojačanim vjetrom i naglim padom temperature. Za pet minuta temperatura zraka može pasti za 5°C ili više. Vešina formira karakterističnu kapiju škvala sa horizontalnom osom, naglim padom temperature i promjenom smjera vjetra.

U ekstremnim slučajevima, front vjetra stvoren silaznim strujanjem može dostići brzinu veću od 50 m/s, uzrokujući uništavanje domova i usjeva. Češće se javljaju jake oluje kada se u uslovima jakog vetra na srednjim nivoima razvije organizovana linija grmljavine. U isto vrijeme, ljudi mogu pomisliti da je ovo uništenje uzrokovano tornadom. Ako nema svjedoka koji su vidjeli karakteristični oblak tornada u obliku lijevka, onda se uzrok uništenja može utvrditi po prirodi razaranja uzrokovanog vjetrom. U tornadima, uništavanje se događa kružno, a olujna oluja uzrokovana silaznim strujanjem uzrokuje uništenje prvenstveno u jednom smjeru. Hladan vazduh obično prati kiša. U nekim slučajevima, kapi kiše potpuno ispare dok padaju, što rezultira suvom grmljavinom. U suprotnoj situaciji, tipičnoj za jake višećelijske i superćelijske grmljavine, javljaju se jaka kiša i grad, koji izazivaju bujične poplave.

Tornado

Tornado je snažan vrtlog malih razmjera ispod grmljavinskih oblaka sa približno okomitom, ali često zakrivljenom osom. Od periferije do centra tornada uočava se pad pritiska od 100-200 hPa. Brzina vjetra u tornadu može premašiti 100 m/s, a teoretski može dostići brzinu zvuka. U Rusiji se tornada javljaju relativno rijetko, ali uzrokuju ogromnu štetu. Najveća učestalost tornada javlja se na jugu evropskog dijela Rusije.

Tuševi

Kod malih grmljavina, petominutni vrhunac intenzivnih padavina može premašiti 120 mm/sat, ali sve ostale kiše imaju red veličine manjeg intenziteta. Prosječna grmljavina proizvodi oko 2.000 kubnih metara kiše, ali velika grmljavina može proizvesti deset puta veću količinu. Velike organizovane grmljavine povezane sa mezorazmernim konvektivnim sistemima mogu proizvesti 10 do 1000 miliona kubnih metara padavina.

Električna struktura grmljavinskog oblaka

Struktura naelektrisanja u grmljavinskim oblacima u različitim regionima

Distribucija i kretanje električnih naboja unutar i oko grmljavinskog oblaka je složen proces koji se stalno mijenja. Ipak, moguće je predstaviti generaliziranu sliku distribucije električnih naboja u fazi zrelosti oblaka. Dominantna pozitivna dipolna struktura je u kojoj je pozitivno naelektrisanje na vrhu oblaka, a negativno ispod njega unutar oblaka. U dnu oblaka i ispod njega nalazi se niži pozitivni naboj. Atmosferski joni, koji se kreću pod uticajem električnog polja, formiraju slojeve ekrana na granicama oblaka, maskirajući električnu strukturu oblaka od spoljašnjeg posmatrača. Mjerenja pokazuju da se, u različitim geografskim uvjetima, glavni negativni naboj grmljavinskog oblaka nalazi na visinama sa temperaturom okoline u rasponu od -5 do -17 °C. Što je veća brzina uzlaznog toka u oblaku, to je centar negativnog naboja na višoj nadmorskoj visini. Gustina prostornog naboja je u rasponu od 1-10 C/km³. Primjetan je udio grmljavine sa strukturom inverznog naboja: - negativni naboj u gornjem dijelu oblaka i pozitivan naboj u unutrašnjem dijelu oblaka, kao i složena struktura sa četiri ili više zona prostornih naboja različitih polariteta.

Mehanizam elektrifikacije

Predloženi su mnogi mehanizmi za objašnjenje formiranja električne strukture grmljavinskog oblaka, a to je još uvijek područje aktivnog istraživanja. Glavna hipoteza se zasniva na činjenici da ako su veće i teže čestice oblaka nabijene pretežno negativno, a lakše male čestice nose pozitivan naboj, onda do prostornog razdvajanja prostornih naboja dolazi zbog činjenice da velike čestice padaju većom brzinom od male komponente oblaka. Ovaj mehanizam je općenito konzistentan s laboratorijskim eksperimentima koji pokazuju snažan prijenos naboja kada zrna leda (zrna su porozne čestice napravljene od smrznutih kapljica vode) ili grad u interakciji s kristalima leda u prisustvu prehlađenih kapljica vode. Znak i veličina naboja koji se prenosi tokom kontakta zavise od temperature okolnog vazduha i sadržaja vode u oblaku, ali i od veličine kristala leda, brzine sudara i drugih faktora. Moguće je i djelovanje drugih mehanizama elektrifikacije. Kada količina volumetrijskog električnog naboja akumuliranog u oblaku postane dovoljno velika, dolazi do pražnjenja munje između područja naelektrisanih suprotnim predznakom. Pražnjenje se također može pojaviti između oblaka i tla, oblaka i neutralne atmosfere, ili oblaka i jonosfere. U tipičnoj oluji s grmljavinom, između dvije trećine i 100 posto pražnjenja su unutaroblačna, međuoblačna ili iz oblaka u zrak. Ostatak su pražnjenja od oblaka do zemlje. IN poslednjih godina Postalo je jasno da se munja može veštački pokrenuti u oblaku, koji se u normalnim uslovima ne razvija u stadijum grmljavine. U oblacima koji imaju elektrificirane zone i stvaraju električna polja, munje mogu izazvati planine, visoke zgrade, avioni ili rakete koje se nađu u zoni jakih električnih polja.

Zarnitsa - trenutni bljeskovi svjetlosti na horizontu tokom udaljene grmljavine.

Za vrijeme munje grmljavine se ne čuju zbog udaljenosti, ali se mogu vidjeti bljeskovi munje čija se svjetlost odbija od kumulonimbusa (uglavnom njihovih vrhova). Fenomen se uočava u mraku, uglavnom posle 5. jula, tokom žetve žitarica, pa je munja popularno tempirana da se poklopi sa krajem leta, početkom žetve i ponekad se naziva pekarima.

Snježna oluja

Šema formiranja snježne grmljavine

Snježna grmljavina (takođe i snježna grmljavina) je grmljavina, vrlo rijetka meteorološka pojava, koja se u svijetu javlja 5-6 puta godišnje. Umjesto jake kiše padaju snježni pljuskovi, ledena kiša ili ledene kuglice. Termin se uglavnom koristi u popularnoj nauci i stranoj literaturi. thundersnow). U profesionalnoj ruskoj meteorologiji ne postoji takav termin: u takvim slučajevima istovremeno se opažaju grmljavina i jak snijeg.

Slučajevi zimskih grmljavina zabeleženi su u drevnim ruskim hronikama: grmljavine zimi 1383. (bilo je „veoma strašna grmljavina i jak vihor“), 1396. (u Moskvi 25. decembra „... grmljalo je i oblak je bio iz podnevne zemlje“), 1447. godine (u Novgorodu 13. novembra „...u ponoć je bila strašna grmljavina i velika munja“), 1491. (u Pskovu se 2. januara čula grmljavina).

Kako nastaje grmljavinski oblak?

Šta znaš o grmljavinskom oblaku?

U prosjeku se vjeruje da grmljavinski oblak ima prečnik od 20 km i da mu je životni vijek 30 minuta. U svakom trenutku na kugli zemaljskoj ima, prema različitim procjenama, od 1800 do 2000 grmljavinskih oblaka. To odgovara 100.000 grmljavina na planeti svake godine. Oko 10% njih postaje izuzetno opasno.

Općenito, atmosfera bi trebala biti nestabilna - zračne mase blizu površine zemlje trebale bi biti lakše od zraka koji se nalazi u višim slojevima. To je moguće kada se podloga i vazdušna masa iz nje zagreju, kao i prisustvo visoke vlažnosti vazduha, koja je najčešća. Možda zbog nekih dinamičkih razloga, ulazak hladnijih vazdušnih masa u prekrivene slojeve. Kao rezultat toga, u atmosferi, količine toplijeg i vlažnijeg zraka, koje dobijaju uzgonu, jure prema gore, a hladnije čestice iz gornjih slojeva tonu prema dolje. Na taj način, toplina koju Zemljina površina prima od sunca prenosi se do gornjih slojeva atmosfere. Takva konvekcija se naziva slobodnom. U zonama atmosferskih frontova, na planinama, pojačava se prisilnim mehanizmom dizanja vazdušnih masa.

Vodena para sadržana u vazduhu koji se diže hladi se i kondenzuje, formirajući oblake i oslobađajući toplotu. Oblaci rastu prema gore, dostižući visine na kojima se primjećuju negativne temperature. Neke čestice oblaka se smrzavaju, dok druge ostaju tečne. Oba imaju električni naboj. Čestice leda obično imaju pozitivan naboj, dok čestice tekućine obično imaju negativan naboj. Čestice nastavljaju da rastu i počinju da se talože u gravitacionom polju - formiraju se padavine. Naplate prostora se akumuliraju. Pozitivan naboj se formira na vrhu oblaka, a negativan na dnu (zapravo, primjećuje se složenija struktura, mogu postojati 4 prostorna naboja, ponekad može biti inverzno, itd.). Kada jačina električnog polja dostigne kritičnu vrijednost, dolazi do pražnjenja - vidimo munju i nakon nekog vremena čujemo zvučni val ili grmljavinu koja izbija iz njega.

Tipično, grmljavinski oblak prolazi kroz tri faze tokom svog životnog ciklusa: formiranje, maksimalni razvoj i rasipanje.

U prvoj fazi kumulusni oblaci rastu prema gore zbog kretanja zraka prema gore. Kumulusni oblaci izgledaju kao prekrasni bijeli tornjevi. U ovoj fazi padavina nema, ali nije isključeno da će se pojaviti gromovi. Ovo može potrajati oko 10 minuta.

U fazi maksimalnog razvoja, uzlazna kretanja u oblaku i dalje se nastavljaju, ali u isto vrijeme padavine već počinju padati iz oblaka i javljaju se jaka silazna kretanja. A kada ovaj silazni hlađeni tok padavina dopre do tla, formira se front naleta, ili škvalna linija. Faza maksimalnog razvoja oblaka je vrijeme najveće vjerovatnoće jake kiše, grada, čestih grmljavina, oluja i tornada. Oblak je obično tamne boje. Ova faza traje od 10 do 20 minuta, ali može biti i duže.

Na kraju, padavine i silazne struje počinju da erodiraju oblak. Na površini zemlje, linija oluja ide daleko od oblaka, odsijecajući ga od izvora toplog i vlažnog zraka koji ga hrani. Intenzitet kiše je u padu, ali munje i dalje predstavljaju opasnost.

Zbog svoje potpune nepredvidivosti i ogromne snage munja(munja), predstavljaju potencijalnu opasnost za brojne energetske objekte. Moderna nauka je akumulirala veliku količinu teorijskih informacija i praktičnih podataka o gromobranska zaštita i aktivnosti grmljavine, a to omogućava rješavanje ozbiljnih problema vezanih za zaštitu od groma industrijske i civilne energetske infrastrukture. Ovaj članak govori o fizičkom priroda fenomena grmljavine i ponašanje groma, čije će poznavanje biti korisno za uređenje efikasne gromobranske zaštite i stvaranje integrisanog sistema uzemljenja za električne podstanice.

Priroda munja i grmljavinskih oblaka

U toploj sezoni u srednjim geografskim širinama, tokom kretanja ciklona, sa dovoljnom vlažnošću i jakim uzlaznim strujanjima vazduha, često se javljaju grmljavinska pražnjenja (munja). Razlog za ovu prirodnu pojavu je ogromna koncentracija atmosferskog elektriciteta (nabijenih čestica) u grmljavinskim oblacima, u kojima, u prisustvu uzlaznih strujanja, dolazi do razdvajanja negativnih i pozitivnih naboja uz nakupljanje nabijenih čestica u različitim dijelovima oblaka. Danas postoji nekoliko teorija o atmosferskom elektricitetu i elektrifikaciji grmljavinskih oblaka, kao najvažnijim faktorima koji direktno utiču na projektovanje i kreiranje sveobuhvatne gromobranske zaštite i uzemljenja elektroenergetskih objekata.

Prema modernim konceptima, formiranje nabijenih čestica u oblacima povezano je s prisustvom električnog polja u blizini Zemlje koje ima negativan naboj. U blizini površine planete, jačina električnog polja je 100 V/m. Ova vrijednost je skoro svuda ista i ne zavisi od vremena i mjesta mjerenja. Zemljino električno polje je uzrokovano prisustvom u atmosferski vazduh slobodne nabijene čestice koje su u stalnom kretanju.

Na primjer, u 1 cm3 zraka nalazi se više od 600 pozitivno nabijenih čestica i isto toliko negativno nabijenih čestica. Kako se udaljavate od zemljine površine, gustina naelektrisanih čestica u vazduhu naglo raste. Blizu zemlje, električna provodljivost vazduha je zanemarljiva, ali već na visinama većim od 80 km električna provodljivost se povećava 3.000.000.000 (!) puta i postaje jednaka provodljivosti svježa voda. Ako povučemo analogije, onda se u prvoj aproksimaciji naša planeta može uporediti sa ogromnim kondenzatorom u obliku lopte.

U ovom slučaju se kao pokrivači uzimaju površina Zemlje i zračni sloj koncentriran na visini od osamdeset kilometara iznad površine zemlje. Dio atmosfere debljine 80 km, koji ima nisku električnu provodljivost, djeluje kao izolator. Između ploča virtualnog kondenzatora nastaje napon do 200 kV, a struja može biti do 1.400 A. Takav kondenzator ima nevjerovatnu snagu - oko 300.000 kW (!). U električnom polju planete, na nadmorskoj visini između 1 i 8 kilometara od zemljine površine, kondenzuju se naelektrisane čestice i javljaju se pojave grmljavine koje pogoršavaju elektromagnetno okruženje i predstavljaju izvor impulsnog šuma u energetskim sistemima.

Pojave grmljavine dijele se na frontalne i termalne grmljavine. Na sl. Na slici 1 prikazan je dijagram pojave termalne grmljavine. Kao rezultat intenzivnog zračenja sunčevim zracima, površina zemlje se zagrijava. Dio toplinske energije prelazi u atmosferu i zagrijava njene donje slojeve. Tople zračne mase se šire i dižu više. Već na visini od dva kilometra dostižu područje niskih temperatura, gdje se kondenzira vlaga i pojavljuju grmljavinski oblaci. Ovi oblaci se sastoje od mikroskopskih kapljica vode koje nose naboj. Po pravilu se grmljavinski oblaci formiraju u toplim ljetnim danima u popodnevnim satima i relativno su male veličine.

Frontalna grmljavina nastaje kada se dvije zračne struje sudare sa svojim čeonim dijelovima. različite temperature. Protok vazduha iz niske temperature tone nadole, bliže tlu, a tople vazdušne mase jure prema gore (sl. 2). Grmljavinski oblaci nastaju na visinama sa niskim temperaturama, gdje se kondenzira vlažan zrak. Frontalna grmljavina može biti prilično duga i zahvatiti značajno područje.

U isto vrijeme, pozadinsko elektromagnetno okruženje je primjetno izobličeno, što uzrokuje impulsni šum u električnim mrežama. Takvi frontovi se kreću brzinama od 5 do 150 km/h i više. Za razliku od termalnih grmljavina, frontalne grmljavine su aktivne skoro 24 sata i predstavljaju ozbiljnu opasnost za industrijske objekte koji nisu opremljeni sistemom zaštite od groma i efikasnim uzemljenjem. Kada se hladan vazduh kondenzuje u električnom polju, formiraju se polarizovane kapi vode (slika 3): u donjem delu kapi postoji pozitivan naboj, a u gornjem negativan.

Zbog rastućih strujanja zraka, kapljice vode se razdvajaju: manje se dižu prema gore, a veće padaju niže. Kako se kap pomiče prema gore, negativno nabijeni dio kapi privlači pozitivne naboje i odbija negativne. Kao rezultat, kap postaje pozitivno nabijena jer postepeno prikuplja pozitivan naboj. Kapi koje padaju privlače negativne naboje i postaju negativno nabijene kako padaju.

Podjela nabijenih čestica u grmljavinskom oblaku odvija se na sličan način: pozitivno nabijene čestice akumuliraju se u gornjem sloju, a negativno nabijene akumuliraju se u donjem sloju. Grmljavinski oblak praktički nije provodnik, pa se iz tog razloga naboji zadržavaju neko vrijeme. Ako jače električno polje oblaka utiče na električno polje „vedrog vremena“, ono će promijeniti svoj smjer na svojoj lokaciji (slika 4).

Raspodjela nabijenih čestica u masi oblaka je izuzetno neravnomjerna:
u nekim tačkama gustina ima maksimalnu vrednost, au drugima malu vrednost. Na mestu gde se akumulira veliki broj naelektrisanja i formira jako električno polje kritičnog intenziteta reda 25-30 kV/cm, nastaju pogodni uslovi za nastanak munje. Pražnjenje groma je slično iskri koja se opaža u procjepu između elektroda koje su dobri provodnici električne energije.

Ionizacija atmosferskog vazduha

Atmosferski vazduh se sastoji od mešavine gasova: azota, kiseonika, inertnih gasova i vodene pare. Atomi ovih plinova spajaju se u jake i stabilne veze, formirajući molekule. Svaki atom je jezgro protona koje ima pozitivan naboj. Elektroni s negativnim nabojem („elektronski oblak“) rotiraju oko jezgra.

U kvantitativnom smislu, naboj jezgra i ukupni naboj elektrona su međusobno jednaki. Tokom jonizacije, elektroni napuštaju atom (molekul). Tokom procesa atmosferske jonizacije formiraju se 2 nabijene čestice: pozitivni jon (jezgro sa elektronima) i negativni ion (slobodni elektron). Kao i mnoge fizičke pojave, ionizacija zahtijeva određenu količinu energije, koja se zove energija ionizacije zraka.

Kada se u vazdušnom sloju formiranom od 2 provodne elektrode pojavi dovoljan napon, sve slobodne naelektrisane čestice pod uticajem jačine električnog polja počeće da se kreću uredno. Masa elektrona je mnogo puta (10.000 ... 100.000 puta) manja od mase jezgra. Kao rezultat toga, kada se slobodni elektron kreće u električnom polju zračnog sloja, brzina ove nabijene čestice je mnogo veća od brzine jezgra. Posjedujući značajan zamah, elektron lako uklanja nove elektrone iz molekula, čineći tako ionizaciju intenzivnijom. Ova pojava se naziva udarna jonizacija (slika 5).

Međutim, ne rezultira svaki sudar uklanjanjem elektrona iz molekule. U nekim slučajevima, elektroni se kreću u nestabilne orbite daleko od jezgra. Takvi elektroni primaju dio energije od sudarajućeg elektrona, što dovodi do ekscitacije molekula (slika 6.).

Period "života" pobuđenog molekula je samo 10-10 sekundi, nakon čega se elektron vraća na svoju prethodnu, energetski stabilniju orbitu.

Kada se elektron vrati u stabilnu orbitu, pobuđeni molekul emituje foton. Foton, pak, pod određenim uvjetima može jonizirati druge molekule. Ovaj proces je nazvan fotojonizacija (slika 7). Postoje i drugi izvori fotojonizacije: visokoenergetski kosmički zraci, ultraljubičasti svetlosni talasi, radioaktivno zračenje, itd. (Sl. 8).

Po pravilu, jonizacija molekula vazduha nastaje kada visoke temperature. Kako temperatura raste, molekule zraka i slobodni elektroni koji učestvuju u toplinskom (haotičnom) kretanju dobivaju veću energiju i češće se sudaraju. Rezultat takvih sudara je jonizacija zraka, nazvana termička ionizacija. Međutim, može doći i do obrnutih procesa kada nabijene čestice neutraliziraju vlastite naboje (rekombinacija). Tokom procesa rekombinacije, uočava se intenzivna emisija fotona.

Formiranje strimera i koronskog pražnjenja

Kada se jačina električnog polja u zračnom međuprostoru između nabijenih ploča poveća na kritične vrijednosti, može se razviti udarna jonizacija, tj. zajednički uzrok pulsne visokofrekventne smetnje. Njegova suština je sljedeća: nakon ionizacije jedne molekule elektronom, pojavljuju se dva slobodna elektrona i jedan pozitivni ion. Naknadni sudari dovode do pojave 4 slobodna elektrona i 3 jona sa pozitivnim nabojem.

Dakle, jonizacija poprima lavinski karakter, koji je praćen stvaranjem ogromnog broja slobodnih elektrona i pozitivnih jona (sl. 9 i 10). Pozitivni ioni se akumuliraju u blizini negativne elektrode, a negativno nabijeni elektroni kreću se prema pozitivnoj elektrodi.

Tokom procesa jonizacije slobodni elektroni dobijaju veću pokretljivost u odnosu na jone, pa se potonji uslovno mogu smatrati nepokretnim česticama. Kada se elektroni kreću do pozitivne elektrode, preostali pozitivni naboji imaju snažan utjecaj na stanje električnog polja, što dovodi do povećanja njegove snage. Veliki broj fotoni ubrzavaju jonizaciju vazduha u blizini anode i doprinose nastanku sekundarnih elektrona (slika 11), koji su izvori ponavljanih lavina (slika 12).

Rezultirajuće sekundarne lavine kreću se prema anodi, gdje se koncentriše pozitivni naboj. Slobodni elektroni probijaju pozitivni prostorni naboj, što dovodi do formiranja prilično uskog kanala (strimera) u kojem se nalazi plazma. Zbog svoje odlične provodljivosti, streamer „proširuje“ anodu, dok se proces formiranja lavina slobodnih elektrona ubrzava i dolazi do daljeg povećanja jakosti električnog polja (sl. 13 i 14), krećući se prema glavi strujne cijevi. . Dodatni elektroni se miješaju sa pozitivni joni, što opet dovodi do stvaranja plazme, zbog čega se kanal strimera produžuje.

Rice. 13. Povećanje jakosti električnog polja praćeno je pojačanom fotojonizacijom i stvara nove lavine nabijenih čestica

Nakon što strimer popuni slobodni jaz, počinje faza iskre pražnjenja (slika 15), koju karakteriše super-snažna termička jonizacija prostora i ultraprovodljivost plazma kanala.

Opisani proces formiranja strimera vrijedi za male praznine koje karakterizira jednolično električno polje. Međutim, prema svom obliku sva električna polja se dijele na homogena, blago nehomogena i jako nehomogena:

Unutar uniformnog električnog polja, intenzitet duž linija polja karakterizira konstantna vrijednost. Kao na primjer, električno polje u srednjem dijelu paralelnog pločastog kondenzatora.
U slabo nehomogenom polju, vrijednosti jakosti izmjerene duž linija polja razlikuju se ne više od 2 ... 3 puta; takvo polje se smatra slabo nehomogenim. Na primjer, električno polje između 2 sferna iskrišta ili električno polje koje nastaje između ljuske oklopljenog kabela i njegove jezgre.
Električno polje se naziva visoko nehomogenim ako ga karakteriziraju značajni skokovi u intenzitetu, što dovodi do ozbiljnog pogoršanja elektromagnetnog okruženja. U industrijskim električnim instalacijama, po pravilu, električna polja imaju izrazito neujednačen oblik, što zahtijeva provjeru uređaja na elektromagnetsku kompatibilnost.

U vrlo nehomogenom polju, procesi jonizacije se prikupljaju u blizini pozitivne ili negativne elektrode. Stoga pražnjenje ne može doći do stupnja iskre, te se u tom slučaju naelektrisanje formira u obliku korone (“koronsko pražnjenje”). Daljnjim povećanjem jakosti električnog polja, u zračnom rasporu se formiraju strimeri i dolazi do pražnjenja iskre. Dakle, ako je dužina jaza jedan metar, tada se pražnjenje iskre javlja pri jačini polja od oko 10 kV/cm.

Vodeći oblik pražnjenja groma

S zračnim rasporom od nekoliko metara, streameri u nastajanju nemaju dovoljnu vodljivost da razviju potpuno pražnjenje. Kako se strimer kreće, formira se pražnjenje groma, koje poprima oblik vođe. Dio kanala, nazvan lider, ispunjen je termički joniziranim česticama. Značajna količina naelektrisanih čestica koncentrirana je u vodećem kanalu, čija je gustina mnogo veća od prosjeka za streamer. Ova nekretnina pruža dobri uslovi da formiraju streamera i transformišu ga u vođu.

Rice. 16. Proces kretanja struja i nastanak negativnog vođe (AB – početna lavina; CD – formirana struga).

Na sl. Slika 16 pokazuje klasičnu šemu za pojavu negativnog lidera. Tok slobodnih elektrona kreće se od katode do anode. Zasjenjeni stošci prikazuju nastale lavine elektrona, a putanje emitiranih fotona prikazane su u obliku valovitih linija. U svakoj lavini, kada se elektroni sudare, zrak se ionizira, a rezultirajući fotoni naknadno ioniziraju druge molekule zraka. Ionizacija poprima masovni karakter i brojne lavine se spajaju u jedan kanal. Brzina fotona je 3*108 m/s, a brzina slobodnog kretanja elektrona u prednjem dijelu lavine je 1,5*105 m/s.

Razvoj streamera odvija se brže od napredovanja lavine elektrona. Na sl. Slika 16 pokazuje da se tokom vremena kada prva lavina pređe put AB, na segmentu CD formira strujni kanal sa ultraprovodljivošću cijelom dužinom. Standardni streamer se kreće prosječnom brzinom od 106-107 m/s. Ako slobodni elektroni imaju dovoljno visoku koncentraciju, dolazi do intenzivne termičke ionizacije u kanalu strujanja, što dovodi do pojave lidera - linearne strukture sa komponentom plazme.

Kako se vođa kreće, na njegovom krajnjem dijelu formiraju se novi streameri, koji kasnije postaju i vođa. Na sl. Slika 17 prikazuje razvoj negativnog lidera u vazdušnom jazu sa neujednačenim električnim poljem: vođa se kreće duž kanala strujanja (slika 17a); nakon što je transformacija kanala streamera u lidera završena, nastaju nove lavine.

Rice. 17. Šema formiranja i razvoja negativnog lidera u dužem periodu.

Elektronske lavine se kreću kroz vazdušni jaz (slika 17b) i formira se nova struja (slika 17c). U pravilu, strimeri se kreću po nasumičnoj putanji. Sa ovakvim formiranjem pražnjenja groma u dugim zračnim prazninama, čak i pri malim jačinama električnog polja (od 1.000 do 2.000 V/cm), vođa brzo prelazi značajne udaljenosti.

Kada vođa dođe do suprotne elektrode, vodeći stupanj munje se završava i počinje faza obrnutog (glavnog) pražnjenja. U ovom slučaju, elektromagnetski val se širi sa površine zemlje duž kanala vođe, zbog čega se potencijal lidera smanjuje na nulu. Tako se između elektroda formira supravodljivi kanal kroz koji prolazi pražnjenje groma.

Faze razvoja pražnjenja groma

Uslovi za nastanak munje stvaraju se u onom dijelu grmljavinskog oblaka gdje su akumulacija nabijenih čestica i jačina električnog polja dostigli granične vrijednosti. U ovom trenutku se razvija udarna ionizacija i formiraju se lavine elektrona, a zatim se pod utjecajem foto- i toplinske ionizacije pojavljuju strimeri koji se pretvaraju u lidere.

a – vizuelni prikaz; b – strujna karakteristika.

Dužina munje se kreće od stotina metara i može doseći nekoliko kilometara (prosječna dužina munje je 5 km). Zahvaljujući vrhunskom tipu razvoja, munja je u stanju da pređe značajne udaljenosti u djeliću sekunde. Ljudsko oko vidi munju kao neprekidnu liniju koja se sastoji od jedne ili više svijetlih pruga bijele, svijetlo ružičaste ili svijetlo plave boje. U stvari, pražnjenje groma je nekoliko impulsa, uključujući dva stupnja: vodeći i obrnuti stupanj pražnjenja.

Na sl. Na slici 18 prikazan je vremenski pregled impulsa groma, koji prikazuje pražnjenje vodeće faze prvog impulsa koji se razvija u obliku stepenica. U prosjeku, linija pozornice je pedeset metara, a kašnjenje između susjednih stupnjeva dostiže 30-90 μs. prosječna brzinaširina lidera je 105...106 m/s.

Stepezni oblik razvoja lidera objašnjava se činjenicom da je potrebno neko vrijeme da se formira vodeći streamer (pauza između koraka). Naknadni impulsi se kreću duž jonizovanog kanala i imaju jasno vodeći stepen u obliku strelice. Nakon što vođa dostigne 1. puls zemljine površine, pojavljuje se jonizirani kanal kroz koji se kreće naboj. U ovom trenutku počinje 2. faza pražnjenja groma (obrnuto pražnjenje).

Glavno pražnjenje je vidljivo u obliku neprekidne jarko svijetleće linije koja probija prostor između grmljavinskih oblaka i tla (linearne munje). Nakon što glavno pražnjenje dođe do oblaka, sjaj plazma kanala se smanjuje. Ova faza se zove naknadni sjaj. U jednom pražnjenju munje uočava se do dvadeset ponovljenih impulsa, a trajanje samog pražnjenja doseže 1 sekundu ili više.

U četiri od deset slučajeva uočava se višestruko pražnjenje groma, što uzrokuje impulsni šum u energetskim mrežama. U prosjeku se opaža 3...4 impulsa. Priroda ponovljenih impulsa povezana je sa postepenim prilivom preostalih naelektrisanja u grmljavinskom oblaku u kanal plazme.

Selektivno djelovanje pražnjenja groma

Kada se liderski kanal tek počne razvijati, jačina električnog polja u njegovom dijelu glave određena je zapreminom vodećeg naboja i nakupinama volumetrijskih nabijenih čestica koje se nalaze ispod grmljavinskog oblaka. Prioritetni smjer pražnjenja ovisi o maksimalnoj jačini električnog polja. Na značajnoj nadmorskoj visini, ovaj pravac je određen samo vodećim kanalom (slika 19).

Kada se vodeći kanal pražnjenja munje kreće prema površini zemlje, njegovo električno polje je izobličeno poljem zemlje i masivnim zemaljskim energetskim objektima. Maksimalne vrijednosti intenziteta i smjera širenja vođe groma određuju se i njegovim vlastitim naelektrisanjem i naelektrisanjem koncentrisanim na tlu, kao i na umjetnim konstrukcijama (Sl. 20).

Visina H glave vođe iznad zemljine površine, na kojoj se značajan uticaj na električno polje vođe manifestuje poljima naelektrisanja akumuliranih u značajnim količinama na tlu i na elektroenergetskim objektima, sposobna da menjaju pravac kretanja vođa, naziva se visina orijentacije pražnjenja groma.
Što je više električnih naboja u vodećem kanalu, to je veća visina na kojoj se može pojaviti promjena putanje munje.

Na slici 21 prikazano je kretanje glavnog pražnjenja od zemljine površine do grmljavinskog oblaka i širenje vođe prema tlu (ravna površina).

Kada se pražnjenje groma kreće prema visokoj zemljinoj konstrukciji (osloncu dalekovoda ili tornju) prema vodećem pražnjenju koje se širi od grmljavinskog oblaka do površine zemlje, iz prizemnog oslonca se razvija kontra vođa (Sl. 22.). U ovom slučaju, glavno pražnjenje nastaje na mjestu veze između vođa i kreće se u oba smjera.

Rice. 22. Razvoj vodeće faze (gore) i glavne faze pražnjenja (dole) kada pražnjenje groma udari u metalni nosač

Proces formiranja groma pokazuje da se specifična lokacija pražnjenja groma određuje u fazi lidera. Ako postoji visoka prizemna konstrukcija direktno ispod grmljavinskog oblaka (na primjer, televizijski toranj ili oslonac dalekovoda), tada će se vođa u nastajanju kretati prema tlu najkraćim putem, odnosno prema vođi, koji se proteže prema gore od prizemne konstrukcije.

Na osnovu praktičnog iskustva možemo zaključiti da grom najčešće pogađa one elektroenergetske objekte koji imaju efikasno uzemljenje i dobro provode struju. Na istoj visini, pražnjenje groma udara u objekat koji ima bolje uzemljenje i visoku električnu provodljivost. Sa različitim visinama elektroenergetskih objekata i ako zemljište pored njih ima i različitu otpornost, grom može pogoditi niži objekat koji se nalazi na tlu sa boljom provodljivošću (Sl. 23).

Rice. 23. Selektivna osjetljivost na pražnjenje groma: tlo visoke električne provodljivosti (a); tlo sa smanjenom provodljivošću (b).

Ova činjenica se može objasniti činjenicom da tokom razvoja faze lidera struje provodljivosti teku duž putanje sa povećanom provodljivošću, pa u određenim područjima postoji koncentracija naelektrisanja vezanih za vođu. Kao rezultat, povećava se utjecaj električnog polja naboja na površini zemlje na električno polje vođe u nastajanju. Ovo objašnjava selektivnost munje. U pravilu su najčešće zahvaćene zemljišne površine i nadzemne umjetne konstrukcije visoke provodljivosti. U praksi je utvrđeno da na visokonaponskim dalekovodima grom ne udara više od trećine nosača koji se nalaze na strogo određenim mjestima.

Teorija selektivnog oštećenja zemaljskih objekata od udara groma našla je praktičnu potvrdu u uređenju gromobranske zaštite i uzemljenja elektroenergetskih objekata trafostanica. One oblasti koje karakteriše niska provodljivost imale su mnogo manje šanse da budu pogođene gromom. Na sl. Slika 24 prikazuje električno polje između tla i grmljavinskog oblaka prije udara groma.

S postepenom promjenom jačine električnog polja grmljavinskog oblaka, provodljivost tla osigurava ravnotežu u broju naelektrisanja kada se električno polje oblaka promijeni. Za vrijeme pražnjenja groma, jačina polja se mijenja tako brzo da zbog niske provodljivosti tla nema vremena za preraspodjelu naboja. Koncentracija naelektrisanja na pojedinim mestima dovodi do povećanja jačine električnog polja između karakterističnih mesta i grmljavinskog oblaka (Sl. 25), pa pražnjenje groma selektivno pogađa ova mesta.

Ovo jasno potvrđuje teoriju selektivnosti pražnjenja groma, prema kojoj, pod sličnim uslovima, grom uvek udara u ona mesta gde je povećana električna provodljivost tla.

Glavni parametri munje

Za karakterizaciju struje groma koriste se sljedeći parametri:

Maksimalna vrijednost impulsa struje groma.
Stepen strmine fronta struje groma.
Trajanje prednjeg dijela strujnog impulsa.
Puno trajanje pulsa.

Trajanje impulsa struje groma je vrijeme potrebno da povratno pražnjenje pređe udaljenost između tla i grmljavinskog oblaka (20...100 μs). Prednji dio impulsa struje groma je u rasponu od 1,5 do 10 μs.

Prosečno trajanje impulsa struje groma je 50 μs. Ova vrijednost je standardna vrijednost impulsa struje groma pri ispitivanju dielektrične čvrstoće oklopljenih kablova: oni moraju izdržati direktne udare groma i održavati integritet izolacije. Za ispitivanje čvrstoće izolacije kada je izložen impulsima napona groma (testovi su regulisani GOST 1516.2-76), usvojen je standardni impuls struje napona groma, prikazan na sl. 26 (radi praktičnosti proračuna, stvarni prednji dio je sveden na ekvivalentan kosi).

Na vertikalnoj osi pulsnog prenaponskog skeniranja, na nivou od 0,3 Umax i 0,9 Umax, označene su kontrolne tačke povezane pravom linijom. Presjek ove prave linije sa vremenskom osom i horizontalnom ravnom linijom tangentom na Umax omogućava nam da odredimo trajanje impulsa Tf. Standardni impuls munje ima vrijednost 1,2/50: gdje je Tf=1,2 µs, Ti=50 µs (puno trajanje impulsa).

Još jedna važna karakteristika munjevitog impulsa je brzina povećanja struje napona na frontu impulsa (strmina fronta, A*μs). U tabeli 1 prikazani su glavni parametri pražnjenja groma za ravni teren. U planinama dolazi do smanjenja amplitude fluktuacija struje groma (skoro dva puta) u poređenju sa vrijednostima za ravnice. To se objašnjava činjenicom da su planine bliže oblacima, pa se u planinskim područjima munje javljaju pri mnogo manjoj gustoći nabijenih čestica u grmljavinskim oblacima, što dovodi do smanjenja amplitudnih vrijednosti strujanja groma.

Prema tabeli, kada grom udari u nosače visokonaponskih dalekovoda, stvaraju se ogromne struje - više od 200 kA. Međutim, takva pražnjenja koja izazivaju značajne struje uočavaju se izuzetno rijetko: struje veće od 100 kA javljaju se u najviše 2% slučajeva od ukupnog broja pražnjenja groma, a struje veće od 150 kA javljaju se u manje od 0,5% slučajeva. Raspodjela vjerovatnoće amplitudnih vrijednosti struja groma u zavisnosti od amplitudnih vrijednosti struja prikazana je na Sl. 27. Oko 40% svih pražnjenja groma ima struje koje ne prelaze 20 kA.

Rice. 28. Krive distribucije vjerovatnoće (u %) strmine fronta impulsa struje groma. Kriva 1 – za ravne površine; kriva 2 – za planinske uslove.

Nivo impulsne buke i prenapona koji nastaju u elektroenergetskim objektima zavisi od stvarne strmine fronta impulsne struje pražnjenja groma. Stepen strmine varira u širokom rasponu i ima slabu korelaciju sa vrijednostima amplitude struja groma. Na sl. Na slici 28 prikazana je slika distribucije vjerovatnoće nivoa strmine impulsa frontalne struje munje na ravnici (kriva 1) i u planinama (kriva 2).

Uticaj struja groma

Prilikom prolaska struja groma kroz različite objekte, oni su podvrgnuti mehaničkim, elektromagnetnim i termičkim utjecajima.
Značajno stvaranje topline može uništiti metalne provodnike malog presjeka (na primjer, osigurače ili telegrafske žice). Za određivanje kritične vrijednosti struje groma Im (kA), pri kojoj dolazi do topljenja ili čak isparavanja vodiča, koristi se sljedeća formula

k – specifični koeficijent u zavisnosti od materijala provodnika (bakar 300...330, aluminijum 200...230, čelik 115...440).
Q – poprečni presjek provodnika, mm2;
tm je trajanje impulsa struje groma, μs.

Najmanji poprečni presjek provodnika (gromobrana), koji garantuje njegovu sigurnost pri udaru groma u elektroenergetski objekat, je 28 mm2. Pri maksimalnim vrijednostima struje, čelični provodnik sličnog poprečnog presjeka zagrijava se do stotina stupnjeva u nekoliko mikrosekundi, ali zadržava svoj integritet. Kada su izloženi kanalu groma, metalni dijelovi se mogu rastopiti do dubine od 3-4 mm. Prekidi pojedinih žica u kablovima za zaštitu od groma na dalekovodima često nastaju zbog pregorevanja usled pražnjenja groma na mestima kontakta gromobranskog kanala i kabla.

Iz tog razloga čelični gromobrani imaju velike poprečne presjeke: gromobranski kablovi moraju imati poprečni presjek od najmanje 35 mm2, a gromobran moraju imati poprečni presjek od najmanje 100 mm2. Kada kanal groma udari zapaljive i zapaljive materijale (drvo, slama, goriva i maziva, gasovito gorivo, itd.), može doći do eksplozije i požara. Mehanički uticaj struje groma se manifestuje u razaranju drvenih, ciglenih i kamenih konstrukcija kojima nedostaje gromobranska zaštita i pravilno uzemljenje.

Cepanje drvenih stubova dalekovoda objašnjava se činjenicom da struja groma, krećući se kroz unutrašnju strukturu drveta, stvara obilno oslobađanje vodene pare, koja svojim pritiskom razbija drvena vlakna. Po kišnom vremenu, cijepanje drva je manje nego po suhom vremenu. Budući da se mokro drvo odlikuje boljom provodljivošću, struja groma prolazi uglavnom duž površine drveta, a da pritom ne uzrokuje značajnije štete na drvenim konstrukcijama.

Prilikom pražnjenja groma iz drvenih nosača često se čupaju komadi drveta debljine do tri centimetra i širine do pet centimetara, a u nekim slučajevima grom prepolovi stubove i poprečne krakove nosača koji nisu opremljeni uzemljenjem. . U tom slučaju metalni elementi izolatora (svornjaci i kuke) izlete sa svojih mjesta i padaju na tlo. Jednog dana, udar groma je bio toliko jak da se ogromna topola visoka oko 30 m pretvorila u gomilu sitnog krhotina.

Prolazeći kroz uske pukotine i male otvore, pražnjenja munje proizvode značajna razaranja. Na primjer, struje groma lako deformiraju cijevne odvodnike instalirane na dalekovodima. Čak su i klasični dielektrici (kamen i cigla) podložni destruktivnim efektima snažnih pražnjenja. Elektrostatičke udarne sile koje imaju preostala naelektrisanja mogu lako uništiti zgrade od cigle i kamena debelih zidova.

U fazi glavnog pražnjenja groma, u blizini tačke njegovog udara, dolazi do impulsne smetnje i prenapona u provodnicima i metalnim konstrukcijama energetskih objekata, koji prolazeći kroz uzemljenje energetskih objekata stvaraju visokofrekventni impulsni šum i značajan šum. pad napona koji dostiže 1.000 kV ili više. Pražnjenja groma mogu se pojaviti ne samo između grmljavinskih oblaka i tla, već i između pojedinačnih oblaka. Takva rasvjeta je potpuno sigurna za osoblje i opremu energetskih objekata. Istovremeno, pražnjenja groma koja dopiru do tla predstavljaju ozbiljnu opasnost za ljude i tehničke uređaje.

Aktivnost grmljavine u Ruskoj Federaciji

U različitim dijelovima naše zemlje intenzitet aktivnosti grmljavine značajno varira. Najslabiju aktivnost grmljavine doživljavaju sjeverni regioni. Kako se krećete prema jugu, dolazi do povećanja aktivnosti grmljavine, koju karakteriše broj dana u godini kada je bilo grmljavina. Prosječno trajanje grmljavine po grmljavinskom danu na teritoriji Ruska Federacija kreće se od 1,5 do 2 sata. Aktivnost grmljavine za bilo koju tačku u Ruskoj Federaciji utvrđuje se korišćenjem posebnih meteoroloških karata aktivnosti grmljavine, koje se sastavljaju na osnovu podataka dugoročnih osmatranja meteoroloških stanica (Sl. 29).

Zanimljive činjenice o munjama:

U onim područjima gdje je aktivnost grmljavine 30 sati godišnje, u prosjeku se svake dvije godine dogodi 1 udar groma po kvadratnom kilometru zemljine površine.
Svake sekunde površina naše planete doživi preko stotinu udara groma.