Почему бывает град: как внутри грозового облака рождаются ледяные шары
Град бывает тогда, когда в грозовом облаке существуют настолько сильные восходящие потоки воздуха, что ледяные частицы удерживаются в зоне сильных морозов и снова и снова обрастают новыми слоями льда, прежде чем наконец упасть на землю. Чем мощнее облако, тем крупнее могут вырасти градины.
Откуда в грозовом облаке берётся лёд
Грозовое облако типа кучево-дождевого устроено как гигантская вертикальная машина. Его основание расположено на высоте одного-трёх километров от земли, а вершина нередко достигает 10-15 километров, где температура воздуха опускается до минус 50-60 градусов по шкале Цельсия. Внутри такого облака одновременно существуют восходящие потоки, разгоняющиеся до 100-150 километров в час, и нисходящие потоки холодного воздуха. Верхняя часть облака полностью промёрзшая. Там капли воды замерзают вокруг ядер конденсации: частиц пыли, сажи или уже готовых кристаллов льда. Так формируется первоначальный ледяной зародыш диаметром долей миллиметра. Если бы облако было обычным, этот зародыш просто упал бы вниз и растаял. Но в грозовом облаке с мощными восходящими потоками история только начинается.
Как градина обрастает слоями льда
Сильный восходящий поток подхватывает ледяной зародыш и поднимает его обратно в зону отрицательных температур. Там к нему примерзают новые переохлаждённые капли воды. Потом градина становится достаточно тяжёлой, проваливается в тёплую зону, частично тает, а затем снова подхватывается потоком. Эти многократные путешествия вверх-вниз хорошо видны, если разрезать крупную градину: она состоит из концентрических слоёв, чередующихся по прозрачности. Прозрачные слои образуются, когда рост происходит медленно и воздух успевает выйти из капель. Мутные слои соответствуют быстрому намерзанию: капли примерзают так быстро, что пузырьки воздуха остаются внутри. По количеству слоёв можно примерно определить, сколько раз градина совершила такое путешествие. В хорошо изученных крупных градинах насчитывали от 10 до 25 слоёв. Когда градина набирает достаточную массу и восходящий поток уже не в силах её удержать, она падает вниз. Если нижние слои атмосферы достаточно холодные или путь падения короткий, градина достигает земли, не растаяв.
Почему градины бывают такими разными по размеру
Обычная градина имеет диаметр от 5 до 10 миллиметров и весит около одного грамма. Но при исключительно мощных восходящих потоках градины могут вырастать до внушительных размеров. Градины диаметром 50-70 миллиметров и массой 100-200 граммов, падающие со скоростью 150-170 километров в час, способны пробивать стёкла, вмять кузовы автомобилей и уничтожать посевы на полях. Крупнейшие достоверно зафиксированные градины имели диаметр около 20 сантиметров и массу около килограмма. В России наиболее опасные градобои характерны для Северного Кавказа, Поволжья и юга Западной Сибири, где летом развиваются особо мощные конвективные системы. По статистике Росгидромета, ежегодно в России от града страдает несколько тысяч квадратных километров сельскохозяйственных угодий. Именно поэтому в зонах рискованного земледелия давно применяют противоградовые ракеты: специальные снаряды, начинённые йодистым серебром или цементом, рассеивают реагент в облаке, создавая множество дополнительных ядер кристаллизации. Тогда вместо нескольких крупных градин формируются миллионы мелких, которые тают, не долетев до земли.
Как предсказать и распознать опасный град
Метеорологи определяют угрозу града по нескольким признакам. Главный из них виден на допплеровских радарах: специфическая структура отражаемости, которая указывает на крупные ледяные частицы. Визуально опасное облако узнаётся по зеленоватому оттенку нижней части, по наковальневидной форме вершины, распростёртой по ветру, и по неожиданному потемнению неба среди дня. Характерный звук крупного града напоминает барабанный бой. Он стихает обычно за 5-15 минут, но за это время площадь поражения может составить десятки километров в длину при ширине полосы от нескольких сотен метров до нескольких километров. Если начинается крупный град, главное правило безопасности простое: немедленно укрыться в прочном здании или хотя бы под навесом. Находиться под деревьями в момент крупного градобоя опаснее, чем под открытым небом, поскольку ветви усиливают удары.
