Как образуется град летом и почему?

Град, куски льда неправильной формы, падающие с неба во время грозы, представляет собой загадочный тип осадков. Он сделан изо льда и часто встречается в весенние и летние месяцы, но напоминает зимний мокрый снег и крупу. Объяснение того, как это возможно, лежит на поверхности: хотя температура наружного воздуха может быть 21, 26 или 32 градуса по Цельсию, на высоте нескольких тысяч метров, температура обычно ниже нуля.

Хотя большинство конвективных гроз вызывает град, по данным Национальной лаборатории сильных штормов NOAA (NSSL), не все грозы приносят на землю град. (1)

Как образуется град?

Град рождается глубоко внутри огромных кучево-дождевых облаков, которые могут простираться от 12 000 до 18 000 метров в атмосферу. (Чтобы понять, насколько это высоко – большинство коммерческих авиалайнеров курсируют на высоте от 9500 до 11500 метров.) Нижние области грозовых облаков содержат теплый влажный воздух; однако их средние области, как правило, находятся в местах замерзания. Восходящие потоки во время грозы могут поднимать капли дождя в зону замерзания, заставляя их превращаться в кристаллы льда. Эти кристаллы льда затем превращаются в град, сталкиваясь с соседними кристаллами льда и каплями переохлажденного облака, которые замерзают на их поверхности. (2, 3)

Что такое восходящий поток?

Восходящий поток – это восходящий воздушный поток внутри грозы. Он образуется, когда области теплого влажного воздуха становятся теплее окружающей среды и, таким образом, поднимаются вверх. Это восходящее движение, известное как «конвекция», вызывает грозы и другие суровые погодные условия.

С каждым столкновением, которое происходит выше уровня замерзания облака, мини-град обрастает новым ледяным слоем, увеличиваясь в размерах. Если температура близка к отметке точки замерзания, вода вокруг растущих градин медленно замерзает. Это дает возможность пузырькам воздуха высвободиться наружу, и в результате образуется слой чистого льда. Однако, если окружающая среда ниже нуля, капли переохлажденной воды почти мгновенно замерзают на растущих градинах, удерживая пузырьки воздуха на месте и образуя мутный лед. (Если вы когда-нибудь внимательно смотрели на град, вы могли наблюдать полосы, напоминающие слои лука.)

Если град поднять в верхние слои грозовых облаков, где температура может легко достигать -50°C, он не будет расти. Это связано с тем, что при такой низкой температуре вся жидкая вода, даже переохлажденная, замерзает в лед. А граду нужна жидкая вода или смесь водяного льда для того, чтобы образоваться.

Что такое переохлажденная вода?

Переохлажденная вода – это вода, которая остается в жидком состоянии, несмотря на то что она окружена воздухом с отрицательной температурой. Переохлаждаться может только вода в чистом виде. Она будет сопротивляться замерзанию до тех пор, пока температура не упадет до -40°C, или пока она не ударится о предмет, после чего замерзнет на нем. (4)

Цикл столкновения-накопления града может повторяться несколько раз, но обычно не дольше 30 минут, поскольку грозы обычно не живут намного дольше этого. (2)

С какой скоростью падает град на землю?

Когда масса градины становится слишком большой для подъема восходящим потоком, сила тяжести побеждает, и кусок льда падает на землю.

Скорость падения градины зависит от ее размера и формы, силы трения между ней и окружающим воздухом, степени таяния во время движения и местных ветровых условий. Согласно NSSL, предельная скорость падения града (максимальная скорость, которую он может достичь до того, как ускорение силы тяжести уравновесит сопротивление воздуха) колеблется от 16 км/ч для очень маленьких градин до 160 км/ч для градин в 7 см в диаметре и более крупных. (1)

Что определяет размер града?

Размер градин в конечном итоге зависит от силы восходящего ветра родительской грозы. Чем сильнее восходящий поток, тем дольше град остается подвешенным в грозовом облаке, где он будет подвергаться многократным столкновениям и, таким образом, расти.

По данным Национальной метеорологической службы, чтобы выдержать даже некоторые из самых маленьких градин, таких как град размером с горошину, необходим восходящий поток со скоростью около 38 км/ч. Что касается градины диаметром 20 сантиметров и весом 0,87 килограмма, упавшей в Вивиан, Южная Дакота, США, в июне 2010 года и считающейся самой широкой и самой тяжелой градиной, по оценкам метеорологов, она была поддержана силой восходящего потока от 257 до 290 км/ч. (5)

Таяние также играет роль в определении того, какого размера будет град после падения на землю. Как только град опустится ниже уровня замерзания облака (эта высота зависит от облака, времени года и географического положения), он начнет таять. По данным офиса Национальной метеорологической службы в Луисвилле, Кентукки, США, если град падает через слой теплого воздуха толщиной 3350 метров или более, он, как правило, не выдержит своего путешествия на землю и вместо этого упадет на поверхность земли в том виде, в котором он начинался – в виде капли дождя. (6)

Treehugger