Bäume werden oft zum Ziel von Blitzeinschlägen, die mitunter sehr schwerwiegende Folgen haben. Wir sprechen über die Gefahr, vom Blitz getroffen zu werden, sowohl für die Bäume selbst als auch für die Menschen, die neben ihnen leben, und darüber, wie Sie die mit diesem Phänomen verbundenen Risiken reduzieren können.

Wo schlägt der blitz ein

Für einen beträchtlichen Teil des Territoriums der Erde sind Gewitter eine ziemlich häufige Erscheinung. Gleichzeitig toben etwa anderthalbtausend Gewitter über der Erde. Beispielsweise werden in Moskau jedes Jahr mehr als 20 Gewittertage beobachtet. Aber trotz der Vertrautheit dieses Naturphänomens kann seine Kraft nur schockieren. Die Spannung eines durchschnittlichen Blitzes beträgt etwa 100.000 Volt und der Strom 20.000–50.000 Ampere. Die Temperatur des Blitzkanals erreicht dabei 25.000 - 30.000 °C. Es überrascht nicht, dass ein Blitz in Gebäude, Bäume oder Menschen einschlägt und seine elektrische Ladung verbreitet, oft mit katastrophalen Folgen.

Obwohl die Zerstörung eines einzelnen Bodenobjekts durch Blitze, sei es ein Gebäude, ein Mast oder ein Baum, ein eher seltenes Ereignis ist, macht die kolossale Zerstörungskraft Gewitter zu einem der gefährlichsten Naturphänomene für den Menschen. So geht laut Statistik jedes siebte Feuer in ländlichen Gebieten auf einen Blitzeinschlag zurück, gemessen an der Zahl der registrierten Todesfälle durch Naturkatastrophen rangiert der Blitz an zweiter Stelle hinter Überschwemmungen.

Die Wahrscheinlichkeit, dass Bodenobjekte (einschließlich Bäume) vom Blitz getroffen werden, hängt von mehreren Faktoren ab:

• zur Intensität der Gewitteraktivität in der Region (bezogen auf das Klima);
• von der Höhe dieses Objekts (je höher, desto wahrscheinlicher ein Blitzeinschlag);
• aus dem elektrischen Widerstand des Objekts und der darunter befindlichen Erdschichten (je geringer der elektrische Widerstand des Objekts und der darunter befindlichen Erdschichten, desto höher die Wahrscheinlichkeit einer Blitzentladung in dieses hinein).

Aus dem Vorstehenden wird deutlich, warum Bäume oft zum Ziel von Blitzen werden: Ein Baum ist oft das vorherrschende Element des Reliefs in der Höhe, lebendes Holz, das mit Feuchtigkeit gesättigt ist, verbunden mit tiefen Erdschichten mit geringem elektrischem Widerstand, stellt oft einen Brunnen dar -geerdeter natürlicher Blitzableiter.

Gewitteraktivität in einigen Siedlungen der Region Moskau

Ortschaft	Durchschnittliche jährliche Gewitterdauer, Stunden	Spezifische Blitzdichte in 1 km²	Allgemeine Merkmale der Gewitteraktivität
Wolokolamsk	40–60	4	hoch
Istrien	40–60	4	hoch
Neues Jerusalem	40–60	4	hoch
Pawlowskij Possad	20–40	2	Durchschnitt
Moskau	20–40	2	Durchschnitt
Kashira	20–40	2	Durchschnitt

Wie groß ist die Gefahr, wenn ein Baum vom Blitz getroffen wird?

Die Folgen eines Blitzeinschlags in einen Baum sind oft sowohl für sich selbst als auch für benachbarte Gebäude verheerend und stellen auch eine erhebliche Bedrohung für Personen dar, die sich in diesem Moment in der Nähe befinden. Im Moment des Durchgangs einer starken elektrischen Ladung durch das Holz kommt es im Stamm zu einer starken Wärmefreisetzung und einer explosionsartigen Verdunstung von Feuchtigkeit. Die Folge davon sind Schäden unterschiedlicher Schwere: von oberflächlichen Verbrennungen oder Rissen bis hin zum vollständigen Absplittern des Stammes oder Brand des Baumes. Teilweise treten im Inneren des Stammes erhebliche mechanische Schäden auf (Längsrisse oder Holzspaltungen entlang von Jahresringen), die bei einer äußeren Untersuchung kaum wahrnehmbar sind, aber das Risiko eines baldigen Baumsturzes deutlich erhöhen. Oft schwerwiegende, aber bei der Sichtprüfung nicht wahrnehmbare Schäden können auch an den Wurzeln eines Baumes auftreten.

Für den Fall, dass ein Blitzschaden nicht zur sofortigen Zerstörung oder zum Tod eines Baumes führt, können ausgedehnte Verletzungen, die er erlitten hat, die Entwicklung gefährlicher Krankheiten wie Fäulnis und Gefäßkrankheiten verursachen. Eine geschwächte Pflanze wird zu einer leichten Beute für Stammschädlinge. Dadurch kann der Baum unsicher werden oder austrocknen.

Blitzeinschläge in Bäume (einschließlich lebender) verursachen oft Brände, die sich auf nahe gelegene Gebäude ausbreiten. Manchmal wird eine seitliche Entladung von einem Baum auf die Wand eines Gebäudes übertragen, selbst wenn ein Blitzableiter darauf installiert ist. Schließlich breitet sich das elektrische Potential des betroffenen Baums in den Oberflächenschichten des Bodens aus, wodurch es in das Gebäude getragen werden kann, unterirdische Versorgungsleitungen beschädigen oder Menschen oder Haustieren einen Stromschlag zufügen kann.

Ein Blitzeinschlag in einen Baum kann erhebliche Sachschäden verursachen, auch wenn kein Notfall vorliegt. Denn die Beurteilung der Sicherheit eines solchen Baumes, seine spezielle Pflege oder auch die einfache Entfernung eines vertrockneten oder hoffnungslos erkrankten Baumes können mit erheblichen Sachkosten verbunden sein.

Manchmal wird eine seitliche Entladung von einem Baum auf die Wand eines Gebäudes übertragen, selbst wenn ein Blitzableiter darauf installiert ist.

Regulierungsfragen

Somit kann der Blitzschutz von besonders wertvollen Bäumen (die das Zentrum historischer und seltener Landschaftskompositionen bilden) oder von Bäumen, die in der Nähe von Wohngebieten wachsen, praktisch gerechtfertigt sein. Der regulatorische Rahmen, der den Blitzschutz von Bäumen vorschreibt bzw. regelt, fehlt hierzulande jedoch vollständig. Dieser Sachverhalt ist eher eine Folge der Trägheit des innerstaatlichen Regulierungsrahmens als eine angemessene Einschätzung der Risiken, die mit Blitzeinschlägen in Bäumen im städtischen Umfeld verbunden sind.

Die wichtigste aktuelle nationale Norm für den Blitzschutz stammt aus dem Jahr 1987. Die Haltung zum Blitzschutz auf dem Land in diesem Dokument spiegelt die Realitäten und Positionen der damaligen Zeit wider: Der materielle Wert der meisten Gebäude im ländlichen Raum war nicht hoch, und die Interessen des Staates konzentrierten sich eher auf den Schutz des öffentlichen als des privaten Eigentums. Darüber hinaus gingen die Ersteller innerstaatlicher Normen davon aus, dass Baunormen und -regeln beim Bau von Vorortwohnungen eingehalten werden, was jedoch nicht immer der Fall ist. Insbesondere muss der Mindestabstand vom Baumstamm zur Gebäudewand mindestens 5 m betragen In der Realität des Vorstadtbaus stehen Häuser oft in der Nähe der Bäume. Darüber hinaus sind die Eigentümer solcher Bäume in der Regel nur ungern bereit, ihrer Entfernung zuzustimmen.

In anderen Ländern gibt es Normen für den Blitzschutz: zum Beispiel amerikanische - ANSI A 300 Teil 4 oder britisch - Britischer Standard 6651 regelt auch den Blitzschutz von Bäumen.

Der Mindestabstand vom Baumstamm zur Gebäudewand muss mindestens 5 m betragen.

Wann ist Schutz erforderlich?

In welchen Fällen ist es sinnvoll, über den Blitzschutz eines Baumes nachzudenken? Wir listen die Faktoren auf, auf deren Grundlage eine solche Entscheidung empfohlen werden kann.

Der Baum wächst auf offenen Flächen oder deutlich höher als benachbarte Bäume, Gebäude, Strukturen und Geländeformen. Objekte, die in der Höhe dominieren, werden eher vom Blitz getroffen.

Ein Gebiet mit hoher Gewitteraktivität. Mit einer hohen Gewitterhäufigkeit steigt die Wahrscheinlichkeit, Bäume (und andere Objekte) zu beschädigen. Die Hauptmerkmale der Gewitteraktivität sind die durchschnittliche jährliche Gewitterstundenzahl sowie die durchschnittliche spezifische Erdblitzdichte (durchschnittliche jährliche Blitzschlagzahl pro 1 km²) der Erdoberfläche. Der letztere Indikator wird verwendet, um die erwartete Anzahl von Blitzeinschlägen eines Objekts (einschließlich eines Baums) pro Jahr zu berechnen. Beispielsweise kann man in einem Gebiet mit einer durchschnittlichen Dauer von 40-60 Gewitterstunden pro Jahr (insbesondere in einigen Gebieten der Region Moskau) davon ausgehen, dass alle 20 Jahre ein 25 m hoher Baum beschädigt wird.

Standort des Standorts in der Nähe von Gewässern, unterirdischen Quellen, hohe Bodenfeuchte auf dem Standort . Diese Anordnung erhöht das Risiko, dass ein Baum vom Blitz getroffen wird, weiter.

Ein hoher Baum wächst in einem Abstand von höchstens drei Metern vom Gebäude. Diese Anordnung des Baumes hat keinen Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit, vom Blitz getroffen zu werden. Das Fällen von Bäumen in der Nähe von Gebäuden stellt jedoch sowohl für die Gebäude selbst als auch für die Menschen, die sich darin aufhalten, eine erhebliche Bedrohung dar. Gleichzeitig steigt die Gefahr einer Gebäudebeschädigung durch einen Seitenauswurf, die Gefahr einer Dachbeschädigung durch einen Baumsturz ist sehr hoch und bei einer Entzündung kann ein Brand auf das Gebäude übergreifen.

Die Zweige des Baumes hängen über dem Dach des Gebäudes, berühren seine Wände, Vordächer, Dachrinnen oder dekorative Elemente der Fassade. In diesem Fall steigt auch das Risiko von Gebäudeschäden, Bränden und einer Übertragung der Entladung auf das Haus.

Der Baum gehört zu einer Art, die häufig oder regelmäßig von Blitzeinschlägen getroffen wird. . Einige Baumarten werden eher vom Blitz getroffen als andere. Eichen sind am häufigsten von Blitzen betroffen.

Die Wurzeln eines Baumes, der in der Nähe des Gebäudes wächst, können mit einem unterirdischen Fundament oder einer für das Haus geeigneten Kommunikation in Kontakt kommen. Wenn in diesem Fall ein Blitz in einen Baum einschlägt, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Entladung in die Räumlichkeiten „driftet“ oder die Kommunikation beschädigt wird (z. B. Sensoren des Bewässerungssystems und der Stromnetze).

Spezialisten für Blitzschutz von Gebäuden empfehlen die Installation eines freistehenden Blitzableiters, während in einer Entfernung von 3 bis 10 m Bäume stehen, die in Höhe und anderen Parametern für die Installation eines Blitzableiters und einer Ableitung geeignet sind. Die Installation eines separaten Mastes kann ziemlich teuer sein. Für viele Besitzer von Landhäusern sind solche Masten auch ästhetisch nicht akzeptabel. Und schließlich kann es sehr schwierig sein, einen Mast in einem Waldgebiet so zu platzieren, dass Baumwurzeln während des Baus nicht beschädigt werden oder Dehnungsstreifen die Bewegungsfreiheit von Menschen nicht beeinträchtigen.

Exposition gegenüber ungeschützten Bäumen einiger Arten
(ab Standard ANSI A 300, Teil 4)

Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip des Blitzschutzsystems besteht darin, dass die Blitzentladung von der Fangstange „abgefangen“, von der Ableitung sicher abgeleitet und mittels Erdung in die tiefen Erdschichten übertragen wird.

Die Komponenten eines Baumblitzschutzsystems sind: eine Fangstange (eine oder mehrere), eine oberirdische Ableitung, eine unterirdische Ableitung und ein Erdungssystem, das aus mehreren Erdungsstangen oder -platten besteht.

Bei der Entwicklung unserer eigenen Blitzschutzsysteme standen wir vor der Notwendigkeit, nationale Normen für den Blitzschutz von Gebäuden und Bauwerken und westliche Normen für den Blitzschutz von Bäumen zu kombinieren. Die Notwendigkeit einer solchen Kombination ergibt sich aus der Tatsache, dass es in den aktuellen nationalen Normen keine Empfehlungen für die Installation von Blitzschutzsystemen an Bäumen gibt und ältere Vorschriften Anweisungen enthalten, die die Gesundheit eines Baumes gefährden. Gleichzeitig stellt die amerikanische Norm ANSI A 300, die detaillierte Informationen über die Befestigung des Systems an einem Baum und die Grundsätze seiner Installation und Wartung enthält, im Vergleich zu nationalen Standards geringere Anforderungen an die elektrische Sicherheit des Systems.

Blitzschutzkomponenten bestehen aus Kupfer oder Edelstahl. Gleichzeitig wird zur Vermeidung von Korrosion bei allen Verbindungen und Kontakten zwischen leitfähigen Elementen nur eines der ausgewählten Materialien verwendet. Bei der Verwendung von Kupfer ist jedoch die Verwendung von Befestigungselementen aus Bronze zulässig. Kupferkomponenten sind teurer, haben jedoch eine höhere Leitfähigkeit, wodurch die Komponenten kleiner und weniger sichtbar sind und die Systeminstallationskosten gesenkt werden.

Laut Statistik geht jedes siebte Feuer in ländlichen Gebieten auf einen Blitzeinschlag zurück, gemessen an der Zahl der registrierten Todesfälle durch Naturkatastrophen rangiert der Blitz an zweiter Stelle, gleich nach Überschwemmungen.

Systemkomponenten

Der Blitzableiter ist ein am Ende geschlossenes Metallrohr. Der Ableiter tritt in den Blitzableiter ein und wird mit Bolzen daran befestigt.

Bei Bäumen mit ausladender Krone sind manchmal zusätzliche Stromabnehmer erforderlich, da hier die Blitzentladung weit vom Blitzableiter entfernte Äste oder Spitzen treffen kann. Wird an einem Baum ein mechanisches Asthaltesystem auf Basis von Metallseilen installiert, muss es bei der Durchführung des Blitzschutzes ebenfalls geerdet werden. Dazu wird mit Hilfe eines Schraubkontaktes eine zusätzliche Ableitung daran befestigt. Es ist zu beachten, dass der direkte Kontakt von Kupfer mit einem verzinkten Kabel nicht akzeptabel ist, da dies zu Korrosion führt.

Ableitungen von Blitzableitern und Zusatzkontakten werden mit speziellen Klemmkontakten oder Schraubverbindungen angeschlossen. Gemäß der Norm ANSI A 300 für den Blitzschutz von Bäumen werden Ableitungen in Form von Ganzmetall-Stahlseilen unterschiedlicher Webart verwendet. Nach nationaler Norm beträgt der Mindestwirkquerschnitt einer Ableitung aus Kupfer 16 mm², der Mindestwirkquerschnitt einer Ableitung aus Stahl 50 mm. Bei der Ableitung von Ableitungen auf Holz müssen deren scharfe Biegungen vermieden werden. Es ist nicht erlaubt, Leiter unter einem Winkel von weniger als 90° herunterzubiegen, der Krümmungsradius der Biegung sollte nicht kleiner als 20 cm sein.

Ableiter werden mit Metallklammern am Stamm befestigt und mehrere Zentimeter im Holz des Stammes vergraben. Das Material der Schellen darf beim Anschluss an die Ableitung nicht zu Kontaktkorrosion führen. Eine Fixierung der Ableitungen durch Anbinden mit Draht am Baum ist nicht möglich, da das radiale Wachstum des Stammes zu Ringverletzungen und zum Austrocknen des Baumes führt. Eine starre Fixierung der Ableitungen auf der Stammoberfläche (mit Klammern) führt zu deren Einwachsen in den Stamm, wodurch die Haltbarkeit und Sicherheit des Systems verringert wird und sich eine großflächige Stammfäule entwickelt. Die beste Option für die Montage des Systems ist die Installation dynamischer Klemmen. In diesem Fall werden bei zunehmendem Durchmesser des Stammes die Halter mit Kabeln durch den Druck des Holzgewebes automatisch an das Ende der Stange gedrückt. Zu beachten ist, dass das Vertiefen der Stifte der Klemmen um wenige Zentimeter in das Holz und deren anschließende teilweise Umhüllung durch das Holz diesem praktisch keinen Schaden zufügt.

Ableiter führen den Schacht hinunter zu seiner Basis und gehen tief in den Graben hinein.

Die von der Norm ANSI A 300 vorgeschriebene Mindestgrabentiefe für den unterirdischen Teil der Ableitung beträgt 20 cm Der Graben wird manuell unter Beibehaltung der maximalen Anzahl von Wurzeln ausgehoben. In Fällen, in denen Wurzelschäden besonders unerwünscht sind, sollten spezielle Geräte zum Herstellen eines Grabens verwendet werden. Beispielsweise ist ein Luftmesser ein Kompressorwerkzeug, das dazu bestimmt ist, Erdarbeiten in der Stammzone von Bäumen durchzuführen. Dieses Gerät, das einen stark fokussierten Luftstrom verwendet, ist in der Lage, Bodenpartikel zu entfernen, ohne selbst die dünnsten Baumwurzeln zu beschädigen.

Die Art und Parameter der Erdungsvorrichtung und die Entfernung, in der die Ableitung zu ihr geführt werden muss, werden durch die Eigenschaften des Bodens bestimmt. Dies liegt an der Notwendigkeit, den Bodenstoßwiderstand auf das erforderliche Niveau zu reduzieren - den elektrischen Widerstand gegen die Ausbreitung eines elektrischen Stromimpulses von der Erdungselektrode. An Orten, die regelmäßig von Menschen besucht werden, sollte dieser Widerstand nach inländischen Standards 10 Ohm nicht überschreiten. Dieser Wert des Erdungswiderstands sollte Funkendurchschläge des Stroms von der unterirdischen Ableitung und der Erdungselektrode zur Erdoberfläche ausschließen und daher einen Stromschlag für Menschen, Gebäude und Kommunikation verhindern. Der Hauptindikator des Bodens, der die Wahl des Erdungsschemas bestimmt, ist der Bodenwiderstand - der Widerstand zwischen zwei Seiten von 1 m³ Erde, wenn Strom durch ihn fließt.

Je höher der spezifische Widerstand des Bodens ist, desto umfangreicher muss das Erdungssystem sein, um einen sicheren Stromfluss zu gewährleisten. Auf Böden mit niedrigem spezifischem Widerstand - bis 300 Ohm (Lehm, Ton, Feuchtgebiete) - wird in der Regel ein Erdungssystem aus zwei vertikalen Erdungsstangen verwendet, die durch eine Ableitung verbunden sind. Zwischen den Stangen wird ein Abstand von mindestens 5 m eingehalten Die Länge der Stangen beträgt 2,5–3 m, das obere Ende der Stange ist um 0,5 m vertieft.

Auf Böden mit hohen spezifischen Widerstandswerten (sandiger Lehm, Sand, Kies) werden mehrstrahlige Erdungssysteme verwendet. Zur Begrenzung der möglichen Erdungstiefe werden Erdungsplatten verwendet. Zur Erleichterung von Inspektionen und Tests der Zuverlässigkeit der Erdung sind kleine Brunnen über den Erdungselementen installiert.

Der Bodenwiderstand ist kein konstanter Wert, sein Wert hängt stark von der Bodenfeuchte ab. Daher kann in der Trockenzeit die Zuverlässigkeit der Erdung abnehmen. Um dies zu verhindern, werden mehrere Methoden angewendet. Zunächst werden, wann immer möglich, Erdspieße in der Bewässerungszone platziert. Zweitens wird der obere Teil des Stabes 0,5 m unter der Bodenoberfläche eingegraben (die obersten 0,5 m des Bodens sind am anfälligsten für Austrocknung). Drittens wird der Erde bei Bedarf Bentonit zugesetzt – ein natürlicher Feuchtigkeitsspeicher. Bentonit ist ein kleines kolloidales mineralisches Tonteilchen, dessen Porenraum Feuchtigkeit gut speichert und die Bodenfeuchtigkeit stabilisiert.

Feuchtigkeitsgesättigtes lebendiges Holz, das mit tiefen, niederohmigen Bodenschichten verbunden ist, bietet oft einen gut geerdeten natürlichen Blitzableiter.

Häufige Fehler

In der häuslichen Praxis wird der Blitzschutz von Bäumen selten verwendet, und in Fällen, in denen er dennoch durchgeführt wird, werden während des Baus eine Reihe schwerwiegender Fehler gemacht. Als Blitzableiter werden in der Regel Metallstäbe verwendet, die mit Draht oder Metallreifen an einem Baum befestigt sind. Diese Befestigungsmöglichkeit führt zu schweren Ringverletzungen des Stammes, die schließlich zur vollständigen Austrocknung des Baumes führen. Eine gewisse Gefahr stellt auch das Einwachsen der Ableitung in den Stamm eines Baumes dar, was zum Auftreten ausgedehnter offener Längswunden am Stamm führt.

Da die Installation des Blitzschutzes an Bäumen von Elektrikern durchgeführt wird, verwenden sie normalerweise Hafs (Katzen), um auf einen Baum zu klettern - Stiefel mit Metallspitzen, die einem Baum schwere Verletzungen zufügen.

Leider werden auch die Besonderheiten der Baumkrone außer Acht gelassen: In der Regel wird die Notwendigkeit, mehrere Blitzableiter bei mehrkronigen Bäumen mit breiten Kronen zu installieren, nicht berücksichtigt, auch strukturelle Mängel in der Verzweigung des Baumes werden nicht berücksichtigt Rechnung, was oft zum Bruch und Herunterfallen des Aufsatzes mit installiertem Blitzableiter führt.

Der Blitzschutz von Bäumen kann nicht als gängige Praxis bezeichnet werden. In Gebieten mit mäßiger Gewitteraktivität sind Hinweise zur Umsetzung eher selten. In Fällen, in denen Blitzschutz von Bäumen erforderlich ist, ist dessen korrekte Ausführung jedoch äußerst wichtig. Bei der Planung und Installation solcher Systeme ist es wichtig, nicht nur die Zuverlässigkeit des Blitzableiters selbst, sondern auch die Sicherheit des Systems für den geschützten Baum zu berücksichtigen.

Die endgültige Zuverlässigkeit des Blitzschutzes hängt sowohl von der richtigen Auswahl seiner Materialien, Kontakte und Erdung als auch von der Stabilität des Baumes selbst ab. Nur unter Berücksichtigung der Merkmale der Kronenstruktur, des radialen Wachstums und der Lage des Wurzelsystems des Baumes ist es möglich, ein zuverlässiges Blitzschutzsystem zu schaffen, das dem Baum keine gefährlichen Verletzungen zufügt, was bedeutet, dass dies nicht der Fall ist unnötige Risiken für die in der Nähe lebenden Menschen schaffen.

Gewitter - ein atmosphärisches Phänomen, bei dem elektrische Entladungen innerhalb der Wolken oder zwischen der Wolke und der Erdoberfläche auftreten - Blitz, begleitet von Donner. Ein Gewitter bildet sich in der Regel in mächtigen Cumulonimbuswolken und ist mit Starkregen, Hagel und Sturmböen verbunden.

Gewitter gehören zu den gefährlichsten Naturphänomenen für den Menschen: Gemessen an der Zahl der registrierten Todesfälle führen nur Überschwemmungen zu größeren Menschenverlusten.

Gewitter

Gleichzeitig gibt es auf der Erde etwa anderthalbtausend Gewitter, die durchschnittliche Intensität der Entladungen wird auf 100 Blitze pro Sekunde geschätzt. Gewitter sind ungleichmäßig über die Oberfläche des Planeten verteilt.

Verteilung von Blitzentladungen über die Erdoberfläche

Über dem Ozean gibt es etwa zehnmal weniger Gewitter als über den Kontinenten. Etwa 78 % aller Blitzentladungen konzentrieren sich auf die tropische und äquatoriale Zone (von 30° nördlicher Breite bis 30° südlicher Breite). Die maximale Gewitteraktivität tritt in Zentralafrika auf. In den Polarregionen der Arktis und Antarktis sowie über den Polen gibt es praktisch keine Gewitter. Die Intensität von Gewittern folgt der Sonne: Die größten Gewitter treten im Sommer (in den mittleren Breiten) und tagsüber in den Nachmittagsstunden auf. Die minimal aufgezeichneten Gewitter treten vor Sonnenaufgang auf. Gewitter werden auch von geografischen Gegebenheiten des Gebiets beeinflusst: Starke Gewitterzentren befinden sich in den Bergregionen des Himalaya und der Kordilleren.

Entwicklungsstadien einer Gewitterwolke

Die notwendigen Bedingungen für die Bildung einer Gewitterwolke sind das Vorhandensein von Bedingungen für die Entwicklung von Konvektion oder eines anderen Mechanismus, der aufsteigende Feuchtigkeitsströme erzeugt, die für die Bildung von Niederschlag ausreichen, und das Vorhandensein einer Struktur, in der sich einige der Wolkenpartikel befinden einem flüssigen Zustand, und einige sind in einem eisigen Zustand. Konvektion, die zur Entwicklung von Gewittern führt, tritt in folgenden Fällen auf:

Bei ungleichmäßiger Erwärmung der Oberflächenluftschicht über einer anderen darunter liegenden Oberfläche. Zum Beispiel über der Wasseroberfläche und an Land aufgrund unterschiedlicher Wasser- und Bodentemperaturen. Über großen Städten ist die Intensität der Konvektion viel höher als in der Nähe der Stadt.

Wenn warme Luft aufsteigt oder an atmosphärischen Fronten durch kalte Luft verdrängt wird. Die atmosphärische Konvektion an atmosphärischen Fronten ist viel intensiver und häufiger als während der Konvektion innerhalb der Masse. Oft entwickelt sich die frontale Konvektion gleichzeitig mit Nimbostratuswolken und ausgedehnten Niederschlägen, die die resultierenden Cumulonimbuswolken maskieren.

Wenn Luft in Gebieten von Gebirgszügen aufsteigt. Bereits kleine Geländeerhebungen führen zu verstärkter Wolkenbildung (aufgrund erzwungener Konvektion). Hohe Berge schaffen besonders schwierige Bedingungen für die Entwicklung der Konvektion und erhöhen fast immer ihre Häufigkeit und Intensität.

Alle Gewitterwolken durchlaufen unabhängig von ihrer Art nacheinander die Stadien einer Quellwolke, das Stadium einer reifen Gewitterwolke und das Stadium des Verfalls.

Klassifizierung von Gewitterwolken

Früher wurden Gewitter danach klassifiziert, wo sie beobachtet wurden, z. B. lokalisiert, frontal oder orographisch. Es ist heute üblicher, Gewitter nach den Eigenschaften der Gewitter selbst zu klassifizieren, und diese Eigenschaften hängen hauptsächlich von der meteorologischen Umgebung ab, in der sich das Gewitter entwickelt.

Die wichtigste Voraussetzung für die Bildung von Gewitterwolken ist der Zustand der Instabilität der Atmosphäre, die Aufwinde bildet. Je nach Größe und Stärke solcher Strömungen bilden sich Gewitterwolken unterschiedlicher Art.

einzellige Wolke

Einzellige Cumulonimbuswolken entstehen an windschwachen Tagen in einem Barikfeld mit geringem Gradienten. Sie werden auch gerufen intramass oder lokale Gewitter. Sie bestehen aus einer konvektiven Zelle mit einer Aufwärtsströmung in ihrem zentralen Teil. Sie können Blitz- und Hagelintensität erreichen und bei Niederschlag schnell zusammenbrechen. Die Abmessungen einer solchen Wolke sind: quer - 5-20 km, vertikal - 8-12 km, Lebenserwartung - etwa 30 Minuten, manchmal - bis zu 1 Stunde. Gravierende Wetteränderungen nach einem Gewitter treten nicht auf.

Der Lebenszyklus einer einzelligen Wolke

Ein Gewitter beginnt mit einer Schönwetterwolke (Cumulus humilis). Unter günstigen Bedingungen wachsen die resultierenden Kumuluswolken sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung schnell, während die aufsteigenden Strömungen fast über das gesamte Volumen der Wolke verteilt sind und von 5 m/s auf 15-20 m/s ansteigen. Downstreams sind sehr schwach. Umgebungsluft dringt aktiv in die Wolke ein, da sie sich an der Grenze und am oberen Ende der Wolke vermischt. Die Wolke geht in das Stadium Cumulus mediocris über. Die kleinsten Wassertropfen, die durch Kondensation in einer solchen Wolke entstehen, verschmelzen zu größeren, die von starken Aufwärtsströmungen weggetragen werden. Die Wolke ist noch homogen, besteht aus Wassertröpfchen, die von einer aufsteigenden Strömung gehalten werden - Niederschlag fällt nicht. Wenn im oberen Teil der Wolke Wasserpartikel in die Zone negativer Temperaturen gelangen, beginnen sich die Tropfen allmählich in Eiskristalle zu verwandeln. Die Wolke wird zu einer mächtigen Quellwolke (Cumulus congestus). Die gemischte Zusammensetzung der Wolke führt zur Vergrößerung der Wolkenelemente und zur Schaffung von Niederschlagsbedingungen. Eine solche Wolke wird Cumulonimbus-Wolke (Cumulonimbus) oder kahle Cumulonimbus-Wolke (Cumulonimbus calvus) genannt. Vertikale Strömungen darin erreichen 25 m / s, und das Niveau des Gipfels erreicht eine Höhe von 7–8 km.

Verdunstende Niederschlagspartikel kühlen die Umgebungsluft ab, was zu einer weiteren Zunahme von Fallwinden führt. Im Reifestadium sind gleichzeitig aufsteigende und absteigende Luftströmungen in der Wolke vorhanden.

In der Zerfallsphase wird die Wolke von Abwinden dominiert, die allmählich die gesamte Wolke bedecken.

Mehrzellige Cluster-Gewitter

Schema einer mehrzelligen Gewitterstruktur

Dies ist die häufigste Art von Gewitter im Zusammenhang mit mesoskaligen Störungen (mit einer Größenordnung von 10 bis 1000 km). Ein mehrzelliger Cluster besteht aus einer Gruppe von Gewitterzellen, die sich als Einheit bewegen, obwohl sich jede Zelle im Cluster in einem anderen Stadium der Entwicklung einer Gewitterwolke befindet. Reife Gewitterzellen befinden sich normalerweise im zentralen Teil des Haufens, während sich zerfallende Zellen auf der Leeseite des Haufens befinden. Sie haben Querausdehnungen von 20-40 km, ihre Gipfel steigen oft bis zur Tropopause auf und dringen in die Stratosphäre ein. Mehrzellige Cluster-Gewitter können Hagel, Schauer und relativ schwache Böen erzeugen. Jede einzelne Zelle in einem mehrzelligen Cluster befindet sich etwa 20 Minuten lang in einem ausgereiften Zustand; der mehrzellige Cluster selbst kann mehrere Stunden bestehen. Diese Art von Gewitter ist normalerweise intensiver als ein Einzelzellengewitter, aber viel schwächer als ein Superzellengewitter.

Gewitter mit mehreren Zellenlinien (Squall Lines)

Mehrzellige Liniengewitter sind eine Reihe von Gewittern mit einer langen, gut entwickelten Böenfront an der Frontlinie. Die Gewitterlinie kann durchgehend sein oder Lücken enthalten. Die sich nähernde vielzellige Linie sieht aus wie eine dunkle Wolkenwand, die normalerweise den Horizont von der Westseite (auf der Nordhalbkugel) bedeckt. Eine große Anzahl von auf- und absteigenden Luftströmungen in geringem Abstand ermöglicht es, diesen Gewitterkomplex als Vielzellergewitter zu qualifizieren, obwohl sich seine Gewitterstruktur stark von einem Vielzeller-Haufengewitter unterscheidet. Squall Lines können großen Hagel und intensive Regengüsse erzeugen, aber sie sind allgemein als Systeme bekannt, die starke Abwinde erzeugen. Die Gewitterlinie ähnelt in ihren Eigenschaften einer Kaltfront, ist jedoch ein lokales Ergebnis von Gewitteraktivität. Oft tritt eine Gewitterfront vor einer Kaltfront auf. Auf Radarbildern ähnelt dieses System einem gekrümmten Bogen (Bogenecho). Dieses Phänomen ist typisch für Nordamerika, in Europa und dem europäischen Territorium Russlands wird es seltener beobachtet.

Superzellen-Gewitter

Vertikale und horizontale Struktur einer Superzellenwolke

Eine Superzelle ist die am höchsten organisierte Gewitterwolke. Superzellenwolken sind relativ selten, stellen jedoch die größte Bedrohung für die menschliche Gesundheit, das Leben und Eigentum dar. Eine Superzellenwolke ähnelt einer Einzelzellenwolke darin, dass beide die gleiche Aufwindzone haben. Der Unterschied besteht darin, dass die Größe der Zelle riesig ist: ein Durchmesser von etwa 50 km, eine Höhe von 10-15 km (oft dringt die obere Grenze in die Stratosphäre ein) mit einem einzigen halbkreisförmigen Amboss. Die Geschwindigkeit der aufsteigenden Strömung in einer Superzellenwolke ist viel höher als in anderen Arten von Gewitterwolken: bis zu 40–60 m/s. Das Hauptmerkmal, das eine Superzellenwolke von anderen Wolkentypen unterscheidet, ist das Vorhandensein von Rotation. Ein rotierender Aufwind in einer Superzellenwolke (in der Radarterminologie genannt) Mesozyklon), verursacht extreme Wetterereignisse, wie ein Riese Heil(mehr als 5 cm Durchmesser), starke Winde bis zu 40 m/s und starke zerstörerische Tornados. Umweltbedingungen sind ein wichtiger Faktor bei der Bildung einer Superzellenwolke. Eine sehr starke konvektive Instabilität der Luft ist erforderlich. Die Lufttemperatur in Bodennähe (vor einem Gewitter) sollte +27 ... +30 und höher sein, aber die wichtigste notwendige Bedingung ist der Wind einer variablen Richtung, der eine Rotation verursacht. Solche Bedingungen werden durch Windscherung in der mittleren Troposphäre erreicht. Der im Aufwind gebildete Niederschlag wird durch eine starke Strömung entlang der oberen Wolkenebene in die Abwindzone getragen. Dadurch werden die Zonen der aufsteigenden und absteigenden Strömungen räumlich getrennt, was die Lebensdauer der Wolke über einen langen Zeitraum sicherstellt. An der Vorderkante einer Superzellenwolke gibt es normalerweise leichten Regen. Starke Regenfälle treten in der Nähe der Aufwindzone auf, während die stärksten Niederschläge und großen Hagel nordöstlich der Hauptaufwindzone fallen. Die gefährlichsten Bedingungen treten in der Nähe des Hauptaufwindgebiets auf (normalerweise hinter dem Gewitter verschoben).

Superzelle (Englisch) super und Zelle- Zelle) - eine Art Gewitter, gekennzeichnet durch das Vorhandensein eines Mesozyklons - ein tiefer, stark rotierender Aufwind. Aus diesem Grund werden solche Stürme manchmal als rotierende Gewitter bezeichnet. Von den vier Arten von Gewittern nach westlicher Klassifikation (Supercell, Squalline, Multicell und Singlecell) sind Supercells am seltensten und können die größte Gefahr darstellen. Superzellen sind oft von anderen Gewittern isoliert und können eine vordere Spannweite von bis zu 32 Kilometern haben.

Superzelle bei Sonnenuntergang

Supersells werden oft in drei Typen unterteilt: klassisch; geringer Niederschlag (LP); und hoher Niederschlag (HP). Superzellen vom LP-Typ neigen dazu, sich in trockeneren Klimazonen wie den Hochlandtälern der Vereinigten Staaten zu bilden, während Superzellen vom HP-Typ häufiger in feuchteren Klimazonen vorkommen. Superzellen können überall auf der Welt auftreten, wenn die Wetterbedingungen für ihre Bildung geeignet sind, aber sie kommen am häufigsten in den US-amerikanischen Great Plains vor, einem Gebiet, das als Tornado Valley bekannt ist. Sie können auch in den Ebenen in Argentinien, Uruguay und Südbrasilien beobachtet werden.

Physikalische Eigenschaften von Gewitterwolken

Luft- und Radarstudien zeigen, dass eine einzelne Gewitterzelle normalerweise eine Höhe von etwa 8-10 km erreicht und etwa 30 Minuten lebt. Ein isoliertes Gewitter besteht in der Regel aus mehreren Zellen in verschiedenen Entwicklungsstadien und dauert etwa eine Stunde. Große Gewitter können einen Durchmesser von mehreren zehn Kilometern erreichen, ihre Spitze kann Höhen von über 18 km erreichen und viele Stunden andauern.

Stromaufwärts und stromabwärts

Auf- und Abwinde in vereinzelten Gewittern haben typischerweise einen Durchmesser von 0,5 bis 2,5 km und eine Höhe von 3 bis 8 km. Manchmal kann der Durchmesser des Aufwinds 4 km erreichen. In der Nähe der Erdoberfläche nehmen die Ströme normalerweise im Durchmesser zu und die Geschwindigkeit in ihnen nimmt im Vergleich zu den darüber befindlichen Strömen ab. Die charakteristische Geschwindigkeit des Aufwinds liegt im Bereich von 5 bis 10 m/s und erreicht im oberen Teil großer Gewitter 20 m/s. Forschungsflugzeuge, die in 10.000 m Höhe durch eine Gewitterwolke fliegen, erreichen Aufwindgeschwindigkeiten von über 30 m/s. Die stärksten Aufwinde werden bei organisierten Gewittern beobachtet.

Wirbel

Vor der Sturmböe im August 2010 in Gatchina

Bei manchen Gewittern entwickeln sich starke Abwinde, die zerstörerische Winde auf der Erdoberfläche erzeugen. Je nach Größe werden solche Downstreams genannt Aufregung oder Mikrostürme. Eine Bö mit einem Durchmesser von mehr als 4 km kann Windgeschwindigkeiten von bis zu 60 m/s erzeugen. Microsqualls sind kleiner, erzeugen aber Windgeschwindigkeiten von bis zu 75 m/s. Wenn das Gewitter, das die Bö erzeugt, aus ausreichend warmer und feuchter Luft gebildet wird, wird die Mikrosquall von intensiven Regenschauern begleitet. Wenn das Gewitter jedoch aus trockener Luft gebildet wird, kann der Niederschlag während des Herbstes verdunsten (Luftniederschlagsbänder oder Virga) und die Mikroböe wird trocken sein. Abwinde sind eine ernsthafte Gefahr für Flugzeuge, insbesondere während des Starts oder der Landung, da sie mit plötzlichen Geschwindigkeits- und Richtungsänderungen Wind in Bodennähe erzeugen.

Vertikale Entwicklung

Im Allgemeinen steigt eine aktive Konvektionswolke auf, bis sie ihren Auftrieb verliert. Der Auftriebsverlust ist auf die Belastung durch Niederschlag zurückzuführen, der sich in der wolkigen Umgebung bildet, oder auf die Vermischung mit der umgebenden trockenen kalten Luft oder auf eine Kombination dieser beiden Prozesse. Das Wolkenwachstum kann auch durch eine blockierende Inversionsschicht gestoppt werden, also eine Schicht, in der die Lufttemperatur mit der Höhe ansteigt. Gewitterwolken erreichen normalerweise eine Höhe von etwa 10 km, erreichen aber manchmal Höhen von mehr als 20 km. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt und die Instabilität der Atmosphäre hoch sind, kann die Wolke bei günstigen Winden bis zur Tropopause wachsen, der Schicht, die die Troposphäre von der Stratosphäre trennt. Die Tropopause ist durch eine mit zunehmender Höhe annähernd gleichbleibende Temperatur gekennzeichnet und wird als Region hoher Stabilität bezeichnet. Sobald sich der Aufwind der Stratosphäre nähert, wird die Luft an der Spitze der Wolke ziemlich bald kälter und schwerer als die umgebende Luft, und das Wachstum der Spitze hört auf. Die Höhe der Tropopause hängt vom Breitengrad des Gebiets und von der Jahreszeit ab. Sie variiert von 8 km in den Polarregionen bis zu 18 km und mehr in Äquatornähe.

Wenn eine Kumuluswolke die Sperrschicht der Tropopauseninversion erreicht, beginnt sie sich nach außen auszubreiten und bildet den für Gewitterwolken charakteristischen „Amboss“. Wind, der in Höhe des Ambosses weht, bläst normalerweise Wolkenmaterial in Windrichtung.

Turbulenz

Ein Flugzeug, das durch eine Gewitterwolke fliegt (das Einfliegen in Cumulonimbus-Wolken ist verboten), gerät normalerweise in eine Turbulenz, die das Flugzeug unter dem Einfluss turbulenter Wolkenströme nach oben, unten und seitwärts schleudert. Atmosphärische Turbulenzen erzeugen ein unangenehmes Gefühl für die Flugzeugbesatzung und die Passagiere und verursachen unerwünschte Belastungen des Flugzeugs. Turbulenz wird in verschiedenen Einheiten gemessen, aber häufiger wird sie in Einheiten von g definiert - Beschleunigung des freien Falls (1g = 9,8 m / s 2). Eine Flut von einem g erzeugt Turbulenzen, die für Flugzeuge gefährlich sind. Im oberen Teil heftiger Gewitter wurden vertikale Beschleunigungen bis zu drei g registriert.

Gewitterbewegung

Die Geschwindigkeit und Bewegung einer Gewitterwolke hängt von der Richtung der Erde ab, hauptsächlich durch die Wechselwirkung der aufsteigenden und absteigenden Strömungen der Wolke mit den Trägerluftströmungen in den mittleren Schichten der Atmosphäre, in denen sich ein Gewitter entwickelt. Die Bewegungsgeschwindigkeit eines isolierten Gewitters liegt normalerweise in der Größenordnung von 20 km/h, aber einige Gewitter bewegen sich viel schneller. In Extremsituationen kann sich eine Gewitterwolke beim Durchzug aktiver Kaltfronten mit Geschwindigkeiten von 65–80 km/h bewegen. Bei den meisten Gewittern entstehen nacheinander neue Gewitterzellen, wenn sich alte Gewitterzellen auflösen. Bei schwachem Wind kann eine einzelne Zelle während ihres Lebens eine sehr kurze Strecke zurücklegen, weniger als zwei Kilometer; Bei größeren Gewittern werden jedoch neue Zellen durch den aus der reifen Zelle herausströmenden Abwind ausgelöst, was den Eindruck einer schnellen Bewegung erweckt, die nicht immer mit der Windrichtung übereinstimmt. Bei großen Gewittern mit mehreren Zellen gibt es ein Muster, bei dem sich rechts vom Trägerluftstrom auf der Nordhalbkugel und links vom Trägerluftstrom auf der Südhalbkugel eine neue Zelle bildet.

Energie

Die Energie, die ein Gewitter antreibt, ist die latente Wärme, die freigesetzt wird, wenn Wasserdampf kondensiert und Wolkentröpfchen bildet. Für jedes Gramm Wasser, das in der Atmosphäre kondensiert, werden etwa 600 Kalorien Wärme freigesetzt. Wenn die Wassertröpfchen an der Spitze der Wolke gefrieren, werden etwa 80 weitere Kalorien pro Gramm freigesetzt. Die freigesetzte latente Wärmeenergie wird teilweise in die kinetische Energie der Aufwärtsströmung umgewandelt. Eine grobe Abschätzung der Gesamtenergie eines Gewitters lässt sich aus der Gesamtwassermenge, die aus der Wolke niedergeschlagen ist, ableiten. Typisch ist eine Energie in der Größenordnung von 100 Millionen Kilowattstunden, was ungefähr einer Kernladung von 20 Kilotonnen entspricht (obwohl diese Energie in einem viel größeren Raumvolumen und über einen viel längeren Zeitraum freigesetzt wird). Große vielzellige Gewitter können 10- bis 100-mal mehr Energie haben.

Fallwinde und Gewitterfronten

Squall mächtige Gewitterfront

Abwinde bei Gewittern treten in Höhen auf, in denen die Lufttemperatur niedriger ist als die Temperatur im umgebenden Raum, und dieser Strom wird noch kälter, wenn Eispartikel des Niederschlags darin zu schmelzen beginnen und Wolkentropfen verdunsten. Die Luft im Fallstrom ist nicht nur dichter als die umgebende Luft, sondern trägt auch einen anderen horizontalen Drehimpuls als die umgebende Luft. Tritt beispielsweise in 10 km Höhe ein Abwind auf, so erreicht er die Erdoberfläche mit einer horizontalen Geschwindigkeit, die deutlich größer ist als die Windgeschwindigkeit in Erdnähe. In Bodennähe wird diese Luft vor einem Gewitter mit einer Geschwindigkeit weitergetragen, die größer ist als die Geschwindigkeit der gesamten Wolke. Deshalb wird ein Beobachter am Boden das Herannahen eines Gewitters entlang eines kalten Luftstroms spüren, noch bevor die Gewitterwolke über ihm ist. Der sich entlang des Bodens ausbreitende Abwind bildet eine Zone mit einer Tiefe von 500 Metern bis 2 km mit einem deutlichen Unterschied zwischen der kalten Luft des Stroms und der warmen, feuchten Luft, aus der das Gewitter gebildet wird. Der Durchgang einer solchen Gewitterfront wird leicht durch die Zunahme des Windes und einen plötzlichen Temperaturabfall bestimmt. Innerhalb von fünf Minuten kann die Lufttemperatur um 5 °C oder mehr sinken. Die Bö bildet ein charakteristisches Böentor mit einer horizontalen Achse, einem starken Temperaturabfall und einer Änderung der Windrichtung.

Im Extremfall kann die durch den Abwind erzeugte Böenfront Geschwindigkeiten von über 50 m/s erreichen und Schäden an Häusern und Ernten verursachen. Häufiger treten schwere Sturmböen auf, wenn sich bei starken Windverhältnissen in mittleren Höhen eine organisierte Reihe von Gewittern entwickelt. Gleichzeitig könnten die Leute denken, dass diese Zerstörungen durch einen Tornado verursacht wurden. Wenn es keine Zeugen gibt, die die charakteristische Trichterwolke eines Tornados gesehen haben, kann die Ursache der Zerstörung durch die Art der durch den Wind verursachten Zerstörung bestimmt werden. Bei Tornados hat die Zerstörung ein kreisförmiges Muster, und ein durch einen Abwind verursachtes Gewitter trägt die Zerstörung hauptsächlich in eine Richtung. Auf das kalte Wetter folgt normalerweise Regen. In einigen Fällen verdunsten Regentropfen im Herbst vollständig, was zu einem trockenen Gewitter führt. Im gegenteiligen Fall, typisch für schwere Mehrzellen- und Superzellengewitter, kommt es zu Starkregen mit Hagel, der zu Sturzfluten führt.

Tornados

Ein Tornado ist ein starker kleinräumiger Wirbel unter Gewitterwolken mit einer annähernd senkrechten, aber oft gekrümmten Achse. Von der Peripherie bis zum Zentrum des Tornados wird ein Druckunterschied von 100–200 hPa beobachtet. Die Windgeschwindigkeit in Tornados kann 100 m/s überschreiten, theoretisch kann sie Schallgeschwindigkeit erreichen. Tornados treten in Russland relativ selten auf, richten aber enorme Schäden an. Die höchste Häufigkeit von Tornados tritt im Süden des europäischen Teils Russlands auf.

Livni

Bei kleinen Gewittern kann die fünfminütige Spitze intensiven Niederschlags 120 mm/Stunde überschreiten, aber der Rest des Regens hat eine um eine Größenordnung geringere Intensität. Ein durchschnittliches Gewitter produziert etwa 2.000 Kubikmeter Regen, aber ein großes Gewitter kann zehnmal so viel produzieren. Große organisierte Gewitter in Verbindung mit mesoskaligen Konvektionssystemen können 10 bis 1000 Millionen Kubikmeter Niederschlag erzeugen.

Elektrische Struktur einer Gewitterwolke

Ladungsstruktur in Gewitterwolken in verschiedenen Regionen

Die Verteilung und Bewegung elektrischer Ladungen in und um eine Gewitterwolke ist ein komplexer, sich ständig verändernder Prozess. Dennoch ist es möglich, ein verallgemeinertes Bild der Verteilung elektrischer Ladungen im Cloud-Reifegrad darzustellen. Es dominiert eine positive Dipolstruktur, bei der sich die positive Ladung oben in der Wolke und die negative Ladung darunter innerhalb der Wolke befindet. An der Basis der Wolke und darunter wird eine geringere positive Ladung beobachtet. Atmosphärische Ionen, die sich unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes bewegen, bilden an den Wolkengrenzen Abschirmschichten, die die elektrische Struktur der Wolke für einen externen Beobachter maskieren. Messungen zeigen, dass sich die negative Hauptladung einer Gewitterwolke unter verschiedenen geografischen Bedingungen in Höhen mit einer Umgebungstemperatur von -5 bis -17 °C befindet. Je größer die Aufwindgeschwindigkeit in der Wolke ist, desto höher liegt das Zentrum der negativen Ladung. Die Raumladungsdichte liegt im Bereich von 1-10 C/km³. Es gibt einen erheblichen Anteil von Gewittern mit umgekehrter Ladungsstruktur: - negative Ladung im oberen Teil der Wolke und positive Ladung im inneren Teil der Wolke sowie mit einer komplexen Struktur mit vier oder mehr Raumzonen Ladungen unterschiedlicher Polarität.

Elektrifizierungsmechanismus

Viele Mechanismen wurden vorgeschlagen, um die Bildung der elektrischen Struktur einer Gewitterwolke zu erklären, und dieses Wissenschaftsgebiet ist immer noch ein Bereich aktiver Forschung. Die Haupthypothese basiert auf der Tatsache, dass, wenn größere und schwerere Wolkenpartikel überwiegend negativ geladen sind und leichtere kleine Partikel eine positive Ladung tragen, die räumliche Trennung der Raumladungen dadurch zustande kommt, dass große Partikel mit einer höheren Geschwindigkeit fallen als kleine Cloud-Komponenten. Dieser Mechanismus stimmt im Allgemeinen mit Laborexperimenten überein, die einen starken Ladungstransfer zeigen, wenn Partikel von Eispellets (Körner sind poröse Partikel von gefrorenen Wassertröpfchen) oder Hagelpartikel mit Eiskristallen in Gegenwart von unterkühlten Wassertröpfchen interagieren. Vorzeichen und Größe der bei den Kontakten übertragenen Ladung hängen von der Temperatur der Umgebungsluft und dem Wassergehalt der Wolke ab, aber auch von der Größe der Eiskristalle, der Kollisionsgeschwindigkeit und anderen Faktoren. Es ist auch die Einwirkung anderer Elektrifizierungsmechanismen möglich. Wenn die Größe der in der Wolke angesammelten elektrischen Volumenladung groß genug wird, tritt eine Blitzentladung zwischen den mit dem entgegengesetzten Vorzeichen geladenen Bereichen auf. Eine Entladung kann auch zwischen einer Wolke und dem Boden, einer Wolke und einer neutralen Atmosphäre, einer Wolke und der Ionosphäre auftreten. Bei einem typischen Gewitter sind zwei Drittel bis 100 Prozent der Entladungen Entladungen innerhalb der Wolke, Entladungen zwischen den Wolken oder Entladungen von Wolke zu Luft. Der Rest sind Wolken-Boden-Entladungen. In den letzten Jahren wurde deutlich, dass Blitze künstlich in einer Wolke ausgelöst werden können, die unter normalen Bedingungen nicht in das Gewitterstadium übergeht. In Wolken, die Elektrifizierungszonen haben und elektrische Felder erzeugen, können Blitze durch Berge, Hochhäuser, Flugzeuge oder Raketen ausgelöst werden, die sich in der Zone starker elektrischer Felder befinden.

Zarnitsa - Augenblickliche Lichtblitze am Horizont während eines fernen Gewitters.

Während eines Blitzes sind Donnerschläge aufgrund der Entfernung nicht zu hören, aber Sie können Blitze sehen, deren Licht von Cumulonimbus-Wolken (hauptsächlich ihren Spitzen) reflektiert wird. Das Phänomen wird im Dunkeln beobachtet, hauptsächlich nach dem 5. Juli, zum Zeitpunkt der Getreideernte, so dass der Blitz von den Menschen auf das Ende des Sommers, den Beginn der Ernte, getimt wurde und manchmal Bäcker genannt wird.

Schneesturm

Schema der Bildung eines Schneesturms

Ein Schneesturm (auch Schneesturm) ist ein Gewitter, ein sehr seltenes meteorologisches Phänomen, das weltweit 5-6 Mal im Jahr auftritt. Anstelle eines starken Regens fallen starker Schnee, Eisregen oder Eispellets. Der Begriff wird vor allem in der populärwissenschaftlichen und ausländischen Literatur verwendet (engl. Gewitter). In der professionellen russischen Meteorologie existiert dieser Begriff nicht: In solchen Fällen gibt es sowohl ein Gewitter als auch starken Schneefall.

Fälle von Wintergewittern sind in alten russischen Chroniken vermerkt: Gewitter im Winter 1383 (es gab „einen sehr schrecklichen Donner und ein starker Wirbelwind“), 1396 (in Moskau am 25. Dezember „... gab es Donner und a Wolke aus dem Mittagsland“), im 1447-Jahr (in Nowgorod am 13. November "... um Mitternacht ist ein schrecklicher Donner und Blitz groß"), im Jahr 1491 (in Pskow am 2. Januar hörten sie Donner).

Aufgrund der völligen Unberechenbarkeit und enormen Kraft Blitz(Blitzentladungen) stellen sie eine potenzielle Gefahr für zahlreiche Kraftwerke dar. Die moderne Wissenschaft hat eine große Menge an theoretischen Informationen und praktischen Daten angesammelt Blitzschutz und Blitzaktivität, und dies ermöglicht die Lösung ernsthafter Probleme im Zusammenhang mit dem Blitzschutz der industriellen und zivilen Energieinfrastruktur. Dieser Artikel behandelt das Physische Wesen von Gewittern und das Verhalten von Blitzen, deren Kenntnis für die Anordnung eines wirksamen Blitzschutzes und die Schaffung eines integrierten Systems zur Erdung von Umspannwerken nützlich ist.

Naturblitze und Gewitterwolken

In der warmen Jahreszeit in den mittleren Breiten, während der Bewegung eines Zyklons, kommt es bei ausreichender Luftfeuchtigkeit und stark aufsteigenden Luftströmungen häufig zu Blitzentladungen (Blitzschlag). Der Grund für dieses Naturphänomen liegt in der enormen Konzentration atmosphärischer Elektrizität (geladene Teilchen) in Gewitterwolken, in denen bei aufsteigenden Strömungen negative und positive Ladungen durch die Ansammlung geladener Teilchen in verschiedenen Teilen der Wolke getrennt werden. Heutzutage gibt es mehrere Theorien zur atmosphärischen Elektrizität und zur Elektrifizierung von Gewitterwolken als den wichtigsten Faktoren, die einen direkten Einfluss auf die Planung und Erstellung eines integrierten Blitzschutzes und der Erdung von Energieanlagen haben.

Nach modernen Konzepten ist die Bildung geladener Teilchen in Wolken mit dem Vorhandensein eines elektrischen Felds in der Nähe der Erde verbunden, das eine negative Ladung hat. In der Nähe der Planetenoberfläche beträgt die elektrische Feldstärke 100 V/m. Dieser Wert ist überall fast gleich, er hängt nicht von Zeit und Ort der Messung ab. Das elektrische Feld der Erde ist auf das Vorhandensein freier geladener Teilchen in der atmosphärischen Luft zurückzuführen, die sich in ständiger Bewegung befinden.

Beispielsweise befinden sich in 1 cm3 Luft mehr als 600 positiv geladene Teilchen und die gleiche Anzahl negativ geladener Teilchen. Mit zunehmendem Abstand von der Erdoberfläche in der Luft nimmt die Dichte geladener Teilchen stark zu. In Bodennähe ist die elektrische Leitfähigkeit der Luft vernachlässigbar, aber bereits in Höhen über 80 km steigt die elektrische Leitfähigkeit um den Faktor 3.000.000.000 (!) an und wird gleich der Leitfähigkeit von Süßwasser. Wenn wir Analogien ziehen, dann kann unser Planet in erster Näherung mit einem riesigen Kondensator in Form einer Kugel verglichen werden.

Als Platten werden dabei die Erdoberfläche und die in einer Höhe von achtzig Kilometern über der Erdoberfläche konzentrierte Luftschicht angenommen. Der 80 km dicke Teil der Atmosphäre, der eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist, wirkt als Isolator. Zwischen den Platten eines virtuellen Kondensators entsteht eine Spannung von bis zu 200 kV, die Stromstärke kann bis zu 1.400 A betragen. Ein solcher Kondensator hat eine unglaubliche Leistung - etwa 300.000 kW (!). Im elektrischen Feld des Planeten kondensieren in einer Höhe zwischen 1 und 8 Kilometern über der Erdoberfläche geladene Teilchen und es kommt zu Gewittern, die die elektromagnetische Umgebung verschlechtern und eine Quelle von Impulsrauschen in Energiesystemen sind.

Gewitterphänomene werden in Frontal- und Thermikgewitter eingeteilt. Auf Abb. 1 zeigt ein Diagramm des Auftretens eines thermischen Gewitters. Durch intensive Sonneneinstrahlung erwärmt sich die Erdoberfläche. Ein Teil der Wärmeenergie gelangt in die Atmosphäre und erwärmt deren untere Schichten. Warme Luftmassen dehnen sich aus und steigen höher. Bereits in einer Höhe von zwei Kilometern erreichen sie ein Gebiet mit niedrigen Temperaturen, in dem Feuchtigkeitskondensation auftritt und sich Gewitterwolken bilden. Diese Wolken bestehen aus mikroskopisch kleinen Wassertröpfchen, die eine Ladung tragen. Gewitterwolken bilden sich in der Regel an heißen Sommertagen am Nachmittag und sind relativ klein.

Frontale Gewitter entstehen unter Bedingungen, wenn zwei Luftströme mit unterschiedlichen Temperaturen mit ihren vorderen Teilen kollidieren. Der Luftstrom mit niedriger Temperatur geht nach unten, näher zum Boden, und warme Luftmassen strömen nach oben (Abb. 2). Gewitterwolken bilden sich in Höhen mit niedrigen Temperaturen, wo feuchte Luft kondensiert. Frontale Gewitter können eine ziemlich große Ausdehnung haben und ein beträchtliches Gebiet bedecken.

Gleichzeitig wird die elektromagnetische Hintergrundumgebung merklich verzerrt, wodurch Impulsrauschen in elektrischen Netzwerken induziert wird. Solche Fronten bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 150 km/h und mehr. Im Gegensatz zu thermischen Gewittern sind frontale Gewitter fast rund um die Uhr aktiv und stellen eine ernsthafte Gefahr für Industrieanlagen dar, die nicht mit einem Blitzschutzsystem und einer wirksamen Erdung ausgestattet sind. Bei der Kondensation im elektrischen Feld kalter Luft entstehen polarisierte Wassertropfen (Abb. 3): Im unteren Teil der Tropfen befindet sich eine positive Ladung, im oberen Teil eine negative Ladung.

Durch die aufsteigenden Luftströmungen kommt es zur Abscheidung von Wassertröpfchen: Kleinere steigen auf, große fallen nach unten. Wenn sich der Tropfen nach oben bewegt, zieht der negativ geladene Teil des Tropfens positive Ladungen an und stößt negative ab. Dadurch wird der Tropfen positiv geladen. nimmt allmählich eine positive Ladung auf. Herunterfallende Tropfen ziehen negative Ladungen an und werden beim Fallen negativ geladen.

Die Spaltung geladener Teilchen in einer Gewitterwolke erfolgt ähnlich: Positiv geladene Teilchen sammeln sich in der oberen Schicht an, und negativ geladene Teilchen sammeln sich in der unteren Schicht an. Eine Gewitterwolke ist praktisch kein Leiter, und aus diesem Grund bleiben Ladungen für einige Zeit erhalten. Wenn ein stärkeres elektrisches Feld der Wolke auf das elektrische Feld „klares Wetter“ einwirkt, ändert es am Ort seine Richtung (Abb. 4).

Die Verteilung geladener Teilchen in der Wolkenmasse ist extrem ungleichmäßig:
An einigen Stellen hat die Dichte einen Maximalwert und an anderen einen kleinen Wert. An der Stelle der Ansammlung einer großen Anzahl von Ladungen bildet sich ein starkes elektrisches Feld mit einer kritischen Intensität in der Größenordnung von 25-30 kV / cm, es ergeben sich geeignete Bedingungen für die Blitzbildung. Ein Blitz ist wie ein Funke, der in der Lücke zwischen Elektroden beobachtet wird, die Elektrizität gut leiten.

Atmosphärische Luftionisierung

Atmosphärische Luft besteht aus einem Gasgemisch: Stickstoff, Sauerstoff, Edelgase und Wasserdampf. Die Atome dieser Gase verbinden sich zu starken und stabilen Bindungen und bilden Moleküle. Jedes Atom ist ein positiv geladener Protonenkern. Elektronen mit negativer Ladung ("Elektronenwolke") umkreisen den Kern.

Quantitativ sind Kernladung und Gesamtladung der Elektronen gleich groß. Bei der Ionisation verlassen Elektronen das Atom (Molekül). Bei der atmosphärischen Ionisierung werden 2 geladene Teilchen gebildet: ein positives Ion (ein Kern mit Elektronen) und ein negatives Ion (ein freies Elektron). Wie viele physikalische Phänomene erfordert die Ionisation eine bestimmte Energiemenge, die als Luftionisationsenergie bezeichnet wird.

Wenn in der aus 2 leitenden Elektroden gebildeten Luftschicht eine ausreichende Spannung entsteht, beginnen sich alle freien geladenen Teilchen unter dem Einfluss der elektrischen Feldstärke geordnet zu bewegen. Die Masse eines Elektrons ist um ein Vielfaches (10.000 ... 100.000-mal) geringer als die Masse des Kerns. Wenn sich also ein freies Elektron im elektrischen Feld der Luftschicht bewegt, ist die Geschwindigkeit dieses geladenen Teilchens viel größer als die Geschwindigkeit des Kerns. Das Elektron hat einen erheblichen Impuls und löst leicht neue Elektronen von den Molekülen, wodurch die Ionisation intensiver wird. Dieses Phänomen wird Stoßionisation genannt (Abb. 5).

Allerdings löst sich nicht bei jedem Stoß ein Elektron von einem Molekül. In einigen Fällen bewegen sich Elektronen auf instabile Bahnen weit vom Kern entfernt. Solche Elektronen erhalten einen Teil der Energie des kollidierenden Elektrons, was zur Anregung des Moleküls führt (Abb. 6.).

Die "Lebensdauer" eines angeregten Moleküls beträgt nur 10-10 Sekunden, danach kehrt das Elektron auf seine frühere, energiestabilere Umlaufbahn zurück.

Wenn das Elektron auf eine stabile Umlaufbahn zurückkehrt, sendet das angeregte Molekül ein Photon aus. Das Photon wiederum kann unter bestimmten Bedingungen andere Moleküle ionisieren. Dieser Vorgang wird als Photoionisation bezeichnet (Abb. 7). Es gibt auch andere Quellen der Photoionisation: hochenergetische kosmische Strahlung, ultraviolette Lichtwellen, radioaktive Strahlung usw. (Abb. 8).

In der Regel kommt es bei hohen Temperaturen zur Ionisierung von Luftmolekülen. Wenn die Temperatur ansteigt, erhalten Luftmoleküle und freie Elektronen, die an thermischer (chaotischer) Bewegung beteiligt sind, eine höhere Energie und kollidieren häufiger miteinander. Das Ergebnis solcher Kollisionen ist die Ionisation von Luft, die als thermische Ionisation bezeichnet wird. Es können jedoch auch umgekehrte Prozesse auftreten, wenn geladene Teilchen ihre eigenen Ladungen neutralisieren (Rekombination). Bei der Rekombination wird eine intensive Emission von Photonen festgestellt.

Bildung von Luftschlangen und Koronaentladung

Wenn die elektrische Feldstärke im Luftspalt zwischen den aufgeladenen Platten auf kritische Werte ansteigt, kann es zur Stoßionisation kommen, die eine häufige Ursache für hochfrequentes Impulsrauschen ist. Sein Wesen ist wie folgt: Nach der Ionisierung durch ein Elektron eines Moleküls erscheinen zwei freie Elektronen und ein positives Ion. Nachfolgende Kollisionen führen zum Auftreten von 4 freien Elektronen und 3 Ionen mit positiver Ladung.

Die Ionisation nimmt also einen lawinenartigen Charakter an, der mit der Bildung einer großen Menge freier Elektronen und positiver Ionen einhergeht (Abb. 9 und 10). Positive Ionen sammeln sich in der Nähe der negativen Elektrode an und negativ geladene Elektronen bewegen sich zur positiven Elektrode.

Bei der Ionisierung erlangen freie Elektronen eine größere Mobilität als Ionen, sodass letztere bedingt als unbewegliche Teilchen betrachtet werden können. Wenn Elektronen zur positiven Elektrode gelangen, haben die verbleibenden positiven Ladungen einen starken Einfluss auf den Zustand des elektrischen Felds und führen dadurch zu einer Erhöhung seiner Stärke. Eine große Anzahl von Photonen beschleunigt die Ionisierung der Luft in der Nähe der Anode und trägt zur Entstehung von Sekundärelektronen bei (Abb. 11), die Quellen wiederholter Lawinen sind (Abb. 12).

Die entstehenden Sekundärlawinen bewegen sich zur Anode, wo sich die positive Ladung konzentriert. Freie Elektronen durchbrechen die positive Raumladung, was zur Bildung eines eher schmalen Kanals (Streamer) führt, in dem sich das Plasma befindet. Aufgrund der hervorragenden Leitfähigkeit "verlängert" der Streamer die Anode, während der Prozess der Bildung von Lawinen freier Elektronen beschleunigt wird und die elektrische Feldstärke weiter ansteigt (Abb. 13 und 14) und sich in Richtung des Kopfes bewegt der Streamer. Zusätzliche Elektronen mischen sich mit positiven Ionen, was wiederum zur Bildung von Plasma führt, wodurch sich der Streamer-Kanal verlängert.

Reis. 13. Eine Erhöhung der elektrischen Feldstärke geht mit einer Erhöhung der Photoionisation einher und erzeugt neue Lawinen geladener Teilchen

Nachdem der freie Spalt mit einem Streamer gefüllt ist, beginnt das Funkenstadium der Entladung (Abb. 15), das durch eine superstarke thermische Ionisierung des Raums und eine Ultraleitfähigkeit des Plasmakanals gekennzeichnet ist.

Der beschriebene Streamer-Bildungsprozess gilt für kleine Lücken, die durch ein gleichförmiges elektrisches Feld gekennzeichnet sind. Alle elektrischen Felder werden jedoch nach ihrer Form in homogene, leicht inhomogene und stark inhomogene unterteilt:

• Innerhalb eines gleichförmigen elektrischen Feldes ist die Intensität entlang der Kraftlinien durch einen konstanten Wert gekennzeichnet. Als Beispiel das elektrische Feld im Mittelteil eines Flachkondensators.
• In einem schwach inhomogenen Feld unterscheiden sich die entlang der Kraftlinien gemessenen Intensitätswerte höchstens um das 2 ... 3-fache, ein solches Feld gilt als schwach inhomogen. Zum Beispiel ein elektrisches Feld zwischen 2 Kugelableitern oder ein elektrisches Feld, das zwischen dem Mantel eines geschirmten Kabels und seinem Kern auftritt.
• Ein elektrisches Feld wird als stark inhomogen bezeichnet, wenn es durch signifikante Stärkesprünge gekennzeichnet ist, was zu einer ernsthaften Verschlechterung der elektromagnetischen Umgebung führt. In industriellen Elektroinstallationen weisen elektrische Felder in der Regel einen stark inhomogenen Verlauf auf, was eine Überprüfung der Geräte auf elektromagnetische Verträglichkeit erfordert.

In einem stark inhomogenen Feld werden Ionisationsprozesse in der Nähe der positiven oder negativen Elektrode gesammelt. Daher kann die Entladung das Funkenstadium nicht erreichen, und in diesem Fall wird die Ladung in Form einer Korona ("Koronaentladung") gebildet. Bei weiterer Erhöhung der elektrischen Feldstärke bilden sich im Luftspalt Luftschlangen und es kommt zu einer Funkenentladung. Beträgt die Spaltlänge also einen Meter, so kommt es bei einer Feldstärke von etwa 10 kV/cm zu einer Funkenentladung.

Leader-Form der Blitzentladung

Bei den Abmessungen des Luftspalts von mehreren Metern haben die sich bildenden Streamer keine ausreichende Leitfähigkeit für die Ausbildung einer vollwertigen Entladung. Wenn sich der Streamer bewegt, bildet sich eine Blitzentladung, die eine Führungsform annimmt. Der als Leader bezeichnete Teil des Kanals ist mit thermisch ionisierten Partikeln gefüllt. Im Führungskanal ist eine beträchtliche Menge geladener Teilchen konzentriert, deren Dichte viel höher ist als der Durchschnitt für den Streamer. Diese Eigenschaft bietet gute Voraussetzungen für die Bildung eines Streamers und seine Umwandlung in einen Leader.

Reis. Abb. 16. Der Prozess der Streamer-Bewegung und die Entstehung eines negativen Leaders (AB ist die anfängliche Lawine; CD ist der gebildete Streamer).

Auf Abb. 16 zeigt ein klassisches Schema für die Entstehung eines negativen Anführers. Der Strom freier Elektronen bewegt sich von der Kathode zur Anode. Die schraffierten Kegel zeigen die gebildeten Elektronenlawinen, und die Flugbahnen der emittierten Photonen sind als Wellenlinien dargestellt. In jeder Lawine ionisieren Elektronenkollisionen die Luft, und die resultierenden Photonen ionisieren weitere Luftmoleküle. Die Ionisation nimmt massiven Charakter an und zahlreiche Lawinen verschmelzen zu einem Kanal. Die Geschwindigkeit von Photonen beträgt 3*108 m/s, und die Geschwindigkeit von frei beweglichen Elektronen im vorderen Teil der Lawine beträgt 1,5*105 m/s.

Die Entwicklung eines Streamers ist schneller als der Fortschritt einer Elektronenlawine. Auf Abb. Fig. 16 zeigt, dass sich beim Durchlaufen der ersten Lawinenstrecke AB auf dem Segment CD ein Streamerkanal mit Ultraleitfähigkeit über die gesamte Länge ausbildet. Ein normaler Streamer bewegt sich mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 106-107 m/s. Wenn freie Elektronen eine ausreichend hohe Konzentration aufweisen, tritt im Streamer-Kanal eine intensive thermische Ionisation auf, die zum Auftreten eines Leaders führt, einer linearen Struktur mit einer Plasmakomponente.

Während der Bewegung des Leaders werden in seinem Endteil neue Streamer gebildet, die später auch in den Leader übergehen. Auf Abb. Abbildung 17 zeigt die Entwicklung eines negativen Vorspanns in einem Luftspalt mit einem inhomogenen elektrischen Feld: Der Vorspann bewegt sich entlang des Streamer-Kanals (Abb. 17a); nachdem die Umwandlung des Streamer-Kanals in den Leader abgeschlossen ist, treten neue Lawinen auf.

Reis. 17. Schema der Bildung und Entwicklung eines negativen Führers über einen langen Zeitraum.

Elektronenlawinen bewegen sich durch den Luftspalt (Abb. 17b) und ein neuer Streamer wird gebildet (Abb. 17c). Streamer bewegen sich in der Regel auf zufälligen Bahnen. Bei einer solchen Bildung einer Blitzentladung in ausgedehnten Luftspalten legt der Leiter selbst bei geringen elektrischen Feldstärken (von 1.000 bis 2.000 V/cm) schnell beträchtliche Entfernungen zurück.

Wenn der Leiter die gegenüberliegende Elektrode erreicht, endet die Leiterphase der Blitzentladung und die Phase der Rückentladung (Hauptentladung) beginnt. In diesem Fall breitet sich eine elektromagnetische Welle von der Erdoberfläche durch den Leader-Kanal aus, wodurch das Potenzial des Leaders auf Null abfällt. Somit wird zwischen den Elektroden ein supraleitender Kanal gebildet, durch den eine Blitzentladung hindurchgeht.

Entwicklungsstadien einer Blitzentladung

Die Bedingungen für das Auftreten von Blitzen werden in dem Teil der Gewitterwolke gebildet, wo die Ansammlung geladener Teilchen und die elektrische Feldstärke Schwellenwerte erreicht haben. An diesem Punkt entwickelt sich eine Stoßionisation und es bilden sich Elektronenlawinen, dann erscheinen unter dem Einfluss von Photo- und thermischer Ionisation Streamer, die sich in Leader verwandeln.

a - visuelle Anzeige; b - Stromkennlinie.

Die Länge der Blitze beträgt Hunderte von Metern und kann bis zu mehreren Kilometern betragen (die durchschnittliche Länge einer Blitzentladung beträgt 5 km). Dank der Entwicklung des Leader-Typs können Blitze innerhalb von Sekundenbruchteilen beträchtliche Entfernungen zurücklegen. Das menschliche Auge sieht Blitze als durchgehende Linie aus einem oder mehreren hellen Bändern in Weiß, Hellrosa oder Hellblau. Tatsächlich besteht eine Blitzentladung aus mehreren Impulsen, die zwei Phasen umfassen: eine führende und eine umgekehrte Entladungsphase.

Auf Abb. Fig. 18 zeigt den zeitlichen Verlauf von Blitzimpulsen, der die sich in Form von Stufen entwickelnde Entladung der Leitstufe des ersten Impulses zeigt. Im Durchschnitt beträgt die Stufenlinie fünfzig Meter und die Verzögerung zwischen benachbarten Stufen erreicht 30–90 μs. Die durchschnittliche Ausbreitungsgeschwindigkeit des Leaders beträgt 105...106 m/s.

Die schrittweise Form der Leiterentwicklung erklärt sich aus der Tatsache, dass für die Bildung eines führenden Streamers einige Zeit benötigt wird (eine Pause zwischen den Schritten). Nachfolgende Impulse bewegen sich entlang des ionisierten Kanals und haben eine ausgeprägte pfeilförmige Leitstufe. Nachdem der Leiter den 1. Impuls der Erdoberfläche erreicht hat, erscheint ein ionisierter Kanal, entlang dem sich die Ladung bewegt. In diesem Moment beginnt die 2. Stufe der Blitzentladung (Rückentladung).

Die Hauptentladung ist in Form einer durchgehenden hellen Linie sichtbar, die den Raum zwischen Gewitterwolken und der Erde durchdringt (linearer Blitz). Nachdem die Hauptentladung die Wolke erreicht hat, nimmt das Leuchten des Plasmakanals ab. Diese Phase wird Nachglühen genannt. Bei einer Blitzentladung werden bis zu zwanzig wiederholte Impulse festgestellt, und die Dauer der Entladung selbst beträgt 1 oder mehr Sekunden.

In vier von zehn Fällen kommt es zu einer mehrfachen Blitzentladung, die die Ursache für Impulsrauschen in Stromnetzen ist. Im Durchschnitt werden 3 ... 4 Impulse notiert. Die Art wiederholter Pulse hängt mit dem allmählichen Zufluss der verbleibenden Ladungen in der Gewitterwolke zum Plasmakanal zusammen.

Selektive Wirkung einer Blitzentladung

Wenn sich der Leader-Kanal gerade erst zu entwickeln beginnt, wird die elektrische Feldstärke in seinem Kopf durch das Volumen der Leader-Ladung und die Ansammlungen geladener Massenteilchen unter der Gewitterwolke bestimmt. Die Vorrangrichtung der Entladung hängt von den maximalen elektrischen Feldstärken ab. In beträchtlicher Höhe wird diese Richtung nur durch die Führungsrinne bestimmt (Abb. 19).

Wenn sich der Führungskanal einer Blitzentladung in Richtung der Erdoberfläche bewegt, wird sein elektrisches Feld durch das Feld der Erde und massive bodengestützte Energieanlagen verzerrt. Die maximalen Intensitätswerte und die Ausbreitungsrichtung des Blitzleiters werden sowohl durch seine eigenen Ladungen als auch durch am Boden konzentrierte Ladungen sowie an künstlichen Strukturen bestimmt (Abb. 20).

Die Höhe H des Kopfes des Leiters über der Erdoberfläche, bei der eine erhebliche Auswirkung auf das elektrische Feld des Leiters von Ladungsfeldern in erheblicher Menge auf dem Boden und an Energieanlagen akkumuliert wird, die die Richtung der Bewegung des Leiters ändern können, wird die Blitzentladungsorientierungshöhe genannt.
Je mehr elektrische Ladungen sich im Leitkanal befinden, desto stärker kann die Bahnänderung der Blitzbewegung erfolgen.

Abbildung 21 zeigt die Bewegung der Hauptentladung von der Erdoberfläche zur Gewitterwolke und die Ausbreitung des Leitstrahls zur Erde (ebene Oberfläche).

Bewegt sich eine Blitzentladung in Richtung eines Hochhauses am Boden (Hochspannungsmast oder Turm) in Richtung der Leitentladung, die sich von einer Gewitterwolke zur Erdoberfläche ausbreitet, entwickelt sich aus der Bodenstütze ein Gegenleitfaden (Abb. 22.). In diesem Fall erfolgt die Hauptentladung am Verbindungspunkt der Leiter und bewegt sich in beide Richtungen.

Reis. 22. Verlauf der Vorlaufstufe (oben) und der Hauptentladungsstufe (unten) beim Auftreffen einer Blitzentladung auf einen Metallträger

Der Prozess der Blitzentstehung zeigt, dass der genaue Ort des Blitzeinschlags in der Leiterphase bestimmt wird. Befindet sich direkt unter der Gewitterwolke eine Hochhaus-Bodenstruktur (z. B. ein Fernsehturm oder ein Hochspannungsmast), bewegt sich der aufstrebende Anführer auf dem kürzesten Weg zum Boden, dh zum sich ausdehnenden Anführer von der Grundstruktur nach oben.

Aufgrund praktischer Erfahrungen kann geschlussfolgert werden, dass am häufigsten Blitze in Kraftwerke einschlagen, die über eine effiziente Erdung verfügen und den Strom gut leiten. Bei gleicher Höhe schlägt der Blitz in das besser geerdete und elektrisch leitfähige Objekt ein. Bei unterschiedlichen Höhen von Kraftwerksanlagen und wenn der Boden daneben auch einen anderen spezifischen Widerstand hat, kann der Blitz in eine tiefer liegende Anlage am Boden mit besserer Leitfähigkeit einschlagen (Abb. 23).

Reis. 23. Selektive Anfälligkeit für Blitzentladungen: Boden mit hoher elektrischer Leitfähigkeit (a); Boden mit reduzierter Leitfähigkeit (b).

Diese Tatsache kann durch die Tatsache erklärt werden, dass während der Entwicklung der Leiterstufe Leitungsströme entlang eines Pfades mit erhöhter Leitfähigkeit fließen, weshalb in einigen Bereichen eine Konzentration von Ladungen in Bezug auf den Leiter auftritt. Dadurch nimmt der Einfluss des elektrischen Ladungsfeldes auf der Erdoberfläche auf das elektrische Feld des entstehenden Anführers zu. Dies erklärt die Selektivität des Blitzes. In der Regel sind Bodenflächen und erdgebundene Kunstbauten mit hoher Leitfähigkeit am häufigsten betroffen. In der Praxis wurde festgestellt, dass an Hochspannungsleitungen nicht mehr als ein Drittel der an genau definierten Stellen befindlichen Stützen vom Blitz getroffen werden.

Die Theorie der selektiven Beschädigung durch Blitzentladungen terrestrischer Objekte hat praktische Bestätigung bei der Anordnung des Blitzschutzes und der Erdung von Energieanlagen von Umspannwerken gefunden. Die Bereiche, die sich durch eine geringe Leitfähigkeit auszeichnen, wurden viel seltener vom Blitz getroffen. Auf Abb. 24 zeigt das elektrische Feld zwischen dem Boden und einer Gewitterwolke vor einem Blitzeinschlag.

Bei einer allmählichen Änderung der elektrischen Feldstärke einer Gewitterwolke sorgt die Leitfähigkeit des Bodens für ein Gleichgewicht in der Anzahl der Ladungen, wenn sich das elektrische Feld der Wolke ändert. Bei einer Blitzentladung ändert sich die Feldstärke so schnell, dass aufgrund der geringen Leitfähigkeit des Bodens keine Zeit bleibt, die Ladungen umzuverteilen. Die Konzentration von Ladungen an getrennten Orten führt zu einer Erhöhung der elektrischen Feldstärke zwischen den charakteristischen Orten und der Gewitterwolke (Abb. 25), sodass die Blitzentladung diese Orte selektiv trifft.

Dies bestätigt eindeutig die Theorie der Blitzentladungsselektivität, wonach unter ähnlichen Bedingungen Blitze immer dort einschlagen, wo eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit des Bodens vorliegt.

Die wichtigsten Parameter des Blitzes

Zur Charakterisierung von Blitzströmen werden folgende Parameter verwendet:

• Der Maximalwert des Blitzstromimpulses.
• Der Grad der Steilheit der Blitzstromfront.
• Die Dauer der Front des Stromimpulses.
• Volle Pulsdauer.

Die Dauer des Blitzstromimpulses ist die Zeit, die die Rückentladung benötigt, um die Strecke zwischen Erde und Gewitterwolke zu überwinden (20...100 µs). Die Front des Blitzstromimpulses liegt dabei im Bereich von 1,5 bis 10 µs.

Die durchschnittliche Dauer des Blitzentladungsstromimpulses hat einen Wert von 50 μs. Dieser Wert ist der Richtwert für den Blitzstromstoß bei der Prüfung der Durchschlagsfestigkeit von geschirmten Kabeln: Sie müssen direkten Blitzeinschlägen standhalten und die Unversehrtheit der Isolierung aufrechterhalten. Um die Isolationsfestigkeit bei Einwirkung von Blitzspannungsimpulsen zu testen (Tests werden von GOST 1516.2-76 geregelt), wird ein Standardimpuls von Blitzspannungsströmen verwendet, wie in Abb. 26 (zur Vereinfachung der Berechnungen wird die tatsächliche Front auf eine äquivalente schräge Front reduziert).

Auf der vertikalen Achse des Stoßüberspannungs-Sweeps bei einem Pegel von 0,3 Umax und 0,9 Umax sind Kontrollpunkte markiert, die durch eine gerade Linie verbunden sind. Der Schnittpunkt dieser Geraden mit der Zeitachse und mit der horizontalen Tangente an Umax ermöglicht die Bestimmung der Impulsdauer Tf. Der Norm-Blitzimpuls hat einen Wert von 1,2/50: mit Tf=1,2 µs, Ti=50 µs (Gesamtimpulsdauer).

Ein weiteres wichtiges Merkmal eines Blitzimpulses ist die Anstiegsgeschwindigkeit des Spannungsstroms an der Impulsfront (Frontflanke, A * μs). Tabelle 1 zeigt die Hauptparameter von Blitzentladungen für flaches Gelände. In den Bergen nimmt die Schwingungsamplitude der Blitzströme (fast zweimal) im Vergleich zu den Werten für die Ebenen ab. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Berge näher an den Wolken liegen und daher in Berggebieten Blitze mit einer viel geringeren Dichte geladener Teilchen in Gewitterwolken auftreten, was zu einer Abnahme der Amplitudenwerte von Blitzströmen führt.

Wenn ein Blitz in Hochspannungsmasten einschlägt, werden laut Tabelle enorme Ströme erzeugt - mehr als 200 kA. Solche Blitzentladungen, die signifikante Ströme verursachen, sind jedoch äußerst selten: Ströme über 100 kA treten in nicht mehr als 2 % der Gesamtzahl der Blitzentladungen auf, und Ströme über 150 kA treten in weniger als 0,5 % der Fälle auf. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Amplitudenwerte der Blitzströme in Abhängigkeit von den Amplitudenwerten der Ströme ist in Abb. 27. Etwa 40 % aller Blitzentladungen haben Ströme, die 20 kA nicht überschreiten.

Reis. 28. Kurven der Wahrscheinlichkeitsverteilung (in %) der Steilheit der Front des Blitzstromimpulses. Kurve 1 - für flache Bereiche; Kurve 2 ist für Bergbedingungen.

Der Pegel von Impulsrauschen und Überspannungen, die in Kraftwerken auftreten, hängt von der tatsächlichen Steilheit der Front des Impulsstroms einer Blitzentladung ab. Der Grad der Steilheit variiert über einen weiten Bereich und korreliert schwach mit den Amplitudenwerten von Blitzströmen. Auf Abb. 28 zeigt ein Bild der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Steilheit des frontalen Impulses des Blitzstroms in der Ebene (Kurve 1) und im Gebirge (Kurve 2).

Auswirkung von Blitzströmen

Beim Durchgang von Blitzströmen durch verschiedene Objekte sind diese mechanischen, elektromagnetischen und thermischen Einflüssen ausgesetzt.
Starke Wärmeentwicklung kann Metallleiter mit kleinem Querschnitt (z. B. Sicherungseinsätze oder Telegrafendrähte) zerstören. Um den kritischen Wert des Blitzstroms Im (kA) zu bestimmen, bei dem der Leiter schmilzt oder sogar verdampft, wird die folgende Formel verwendet

k - spezifischer Koeffizient je nach Leitermaterial (Kupfer 300...330, Aluminium 200...230, Stahl 115...440).
Q ist der Querschnitt des Leiters, mm2;
tm ist die Dauer des Blitzstromimpulses, µs.

Der kleinste Abschnitt des Leiters (Blitzableiter), der seine Sicherheit bei einer Blitzentladung in ein Kraftwerk garantiert, beträgt 28 mm2. Bei maximalen Stromwerten erwärmt sich ein Stahlleiter gleichen Querschnitts innerhalb von Mikrosekunden auf Hunderte von Grad, behält aber seine Integrität. Wenn Metallteile einem Blitzkanal ausgesetzt werden, können sie bis zu einer Tiefe von 3-4 mm schmelzen. Brüche einzelner Adern an Blitzschutzkabeln von Stromleitungen entstehen häufig durch Überbrand durch eine Blitzentladung an den Kontaktstellen zwischen Blitzkanal und Kabel.

Aus diesem Grund haben Blitzableiter aus Stahl erhebliche Querschnitte: Blitzschutzkabel müssen einen Querschnitt von mindestens 35 mm2 haben, Blitzableiter von Stäben mindestens 100 mm2. Explosionen und Brände können entstehen, wenn ein Blitzkanal auf brennbare und brennbare Materialien (Holz, Stroh, Kraft- und Schmierstoffe, gasförmige Brennstoffe usw.) trifft. Die mechanische Wirkung des Stroms von Blitzentladungen äußert sich in der Zerstörung von Holz-, Ziegel- und Steinkonstruktionen, bei denen kein Blitzschutz und keine vollwertige Erdung vorhanden sind.

Das Spalten von Stromübertragungsmasten aus Holz erklärt sich aus der Tatsache, dass der Blitzstrom, der sich durch die innere Struktur des Holzes bewegt, eine reichliche Freisetzung von Wasserdampf erzeugt, der durch seinen Druck die Holzfasern bricht. Bei Regenwetter ist die Holzspaltung geringer als bei trockenem Wetter. Da nasses Holz sich durch eine bessere Leitfähigkeit auszeichnet, fließt der Blitzstrom daher hauptsächlich entlang der Holzoberfläche, ohne nennenswerte Schäden an Holzkonstruktionen zu verursachen.

Bei einer Blitzentladung brechen oft bis zu drei Zentimeter dicke und bis zu fünf Zentimeter breite Holzstücke aus Holzmasten heraus, und in einigen Fällen spaltet der Blitz Gestelle und Traversen von Masten, die nicht mit einer Erdung ausgestattet sind, in zwei Hälften. In diesem Fall fliegen die Metallelemente der Isolatoren (Bolzen und Haken) aus ihrer Position und fallen zu Boden. Einmal war ein Blitz so stark, dass sich eine riesige, etwa 30 m hohe Pappel in einen Haufen kleiner Späne verwandelte.

Durch enge Risse und kleine Öffnungen hindurch verursachen Blitzentladungen erhebliche Schäden. Beispielsweise verformen Blitzströme leicht Rohrableiter, die an Stromleitungen installiert sind. Auch klassische Dielektrika (Stein und Ziegel) sind den schädigenden Wirkungen starker Entladungen ausgesetzt. Die elektrostatischen Kräfte der Aufprallnatur, die die verbleibenden Ladungen haben, zerstören leicht dickwandige Backstein- und Steingebäude.

Während der Phase der Hauptblitzentladung in der Nähe des Einschlagsortes in den Leitern und Metallstrukturen von Energieanlagen treten Impulsaufnahmen und Überspannungen auf, die beim Durchgang durch die Erdung von Energieanlagen hochfrequentes Impulsrauschen und eine erhebliche Spannung erzeugen fallen und 1.000 oder mehr kV erreichen. Blitzentladungen können nicht nur zwischen Gewitterwolken und dem Boden, sondern auch zwischen einzelnen Wolken auftreten. Solche Blitze sind für Personal und Ausrüstung von Kraftwerken völlig ungefährlich. Gleichzeitig stellen Blitzentladungen, die das Erdreich erreichen, eine ernsthafte Gefahr für Menschen und technische Geräte dar.

Gewitteraktivität auf dem Territorium der Russischen Föderation

In verschiedenen Teilen unseres Landes weist die Intensität der Gewitteraktivität erhebliche Unterschiede auf. In den nördlichen Regionen wird die schwächste Gewitteraktivität beobachtet. Bei der Bewegung nach Süden kommt es zu einer Zunahme der Gewitteraktivität, die durch die Anzahl der Tage in einem Jahr gekennzeichnet ist, an denen es Gewitter gab. Die durchschnittliche Gewitterdauer für einen Gewittertag auf dem Territorium der Russischen Föderation beträgt 1,5 bis 2 Stunden. Die Gewitteraktivität für jeden Punkt der Russischen Föderation wird anhand spezieller meteorologischer Karten der Gewitteraktivität ermittelt, die auf der Grundlage von Daten aus Langzeitbeobachtungen meteorologischer Stationen erstellt wurden (Abb. 29).

Interessante Fakten über Blitze:

• In Gebieten mit einer Blitzaktivität von 30 Stunden pro Jahr schlägt in zwei Jahren durchschnittlich 1 Blitz pro Quadratkilometer der Erdoberfläche ein.
• Jede Sekunde erfährt die Oberfläche unseres Planeten über hundert Blitzeinschläge.

Gewitter – was ist das? Woher kommen die Blitze, die den ganzen Himmel durchschneiden, und die bedrohlichen Donnerschläge? Gewitter sind ein Naturphänomen. Blitze, Blitze genannt, können sich in Wolken (Cumulonimbus) oder zwischen Wolken bilden. Sie werden normalerweise von Donner begleitet. Blitze sind mit starken Regenfällen, starken Winden und oft mit Hagel verbunden.

Aktivität

Ein Gewitter gehört zu den gefährlichsten, vom Blitz getroffene Menschen überleben nur in Einzelfällen.

Gleichzeitig operieren ungefähr 1.500 Gewitter auf dem Planeten. Die Intensität der Entladungen wird auf hundert Blitze pro Sekunde geschätzt.

Die Verteilung von Gewittern auf der Erde ist ungleichmäßig. Zum Beispiel gibt es über den Kontinenten zehnmal mehr davon als über dem Ozean. Die meisten (78 %) Blitzentladungen konzentrieren sich auf die äquatorialen und tropischen Zonen. Gewitter sind besonders häufig in Zentralafrika. Aber die Polarregionen (Antarktis, Arktis) und Blitzmasten sind praktisch unsichtbar. Es stellt sich heraus, dass die Intensität eines Gewitters mit einem Himmelskörper verbunden ist. In mittleren Breiten tritt der Höhepunkt im Sommer in den Nachmittagsstunden (tagsüber) auf. Aber das Minimum wurde vor Sonnenaufgang registriert. Geografische Merkmale sind ebenfalls wichtig. Die stärksten Gewitterherde befinden sich in der Kordillere und im Himalaya (Bergregionen). Auch die jährliche Zahl der „stürmischen Tage“ ist in Russland unterschiedlich. In Murmansk zum Beispiel gibt es nur vier, in Archangelsk - fünfzehn, Kaliningrad - achtzehn, St. Petersburg - 16, in Moskau - 24, Brjansk - 28, Woronesch - 26, Rostow - 31, Sotschi - 50, Samara - 25 , Kasan und Jekaterinburg - 28, Ufa - 31, Nowosibirsk - 20, Barnaul - 32, Tschita - 27, Irkutsk und Jakutsk - 12, Blagoweschtschensk - 28, Wladiwostok - 13, Chabarowsk - 25, Juschno-Sachalinsk - 7, Petropawlowsk-Kamtschatski - 1.

Gewitterentwicklung

Wie geht es? nur unter bestimmten Bedingungen gebildet. Das Vorhandensein aufsteigender Feuchtigkeitsströme ist obligatorisch, während eine Struktur vorhanden sein muss, in der sich eine Fraktion der Partikel in einem eisigen Zustand befindet, die andere in einem flüssigen Zustand. In mehreren Fällen tritt Konvektion auf, die zur Entwicklung eines Gewitters führt.

Ungleichmäßige Erwärmung der Oberflächenschichten. Zum Beispiel über Wasser mit einem erheblichen Temperaturunterschied. Über großen Städten wird die Gewitterintensität etwas stärker sein als im Umland.

Wenn kalte Luft warme Luft verdrängt. Die Frontalkonvention entwickelt sich oft gleichzeitig mit Schräg- und Nimbostratuswolken (Wolken).

Wenn Luft in Gebirgen aufsteigt. Bereits kleine Erhebungen können zu vermehrter Wolkenbildung führen. Das ist erzwungene Konvektion.

Jede Gewitterwolke, unabhängig von ihrem Typ, durchläuft notwendigerweise drei Stadien: Kumulus, Reife und Zerfall.

Einstufung

Gewitter wurden einige Zeit nur am Beobachtungsort klassifiziert. Sie wurden zum Beispiel in Rechtschreibung, Lokal, Frontal unterteilt. Gewitter werden heute nach Merkmalen klassifiziert, die von der meteorologischen Umgebung abhängen, in der sie sich entwickeln. aufgrund der Instabilität der Atmosphäre gebildet. Für die Entstehung von Gewitterwolken ist dies die Hauptbedingung. Die Eigenschaften solcher Strömungen sind sehr wichtig. Je nach Stärke und Größe entstehen jeweils verschiedene Arten von Gewitterwolken. Wie werden sie aufgeteilt?

1. Cumulonimbus Einzeller, (lokal oder intramass). Haben Sie Hagel- oder Gewitteraktivität. Querabmessungen von 5 bis 20 km, vertikal - von 8 bis 12 km. Eine solche Wolke "lebt" bis zu einer Stunde. Nach einem Gewitter ändert sich das Wetter praktisch nicht.

2. Multicell-Cluster. Hier ist die Skala beeindruckender - bis zu 1000 km. Ein Multicell-Cluster umfasst eine Gruppe von Gewitterzellen, die sich in unterschiedlichen Stadien der Entstehung und Entwicklung befinden und gleichzeitig ein Ganzes bilden. Wie sind sie angeordnet? Ausgereifte Gewitterzellen befinden sich im Zentrum, während zerfallende Zellen einen Durchmesser von bis zu 40 km haben können. Cluster-Gewitter mit mehreren Zellen „geben“ Windböen (schwer, aber nicht stark), Platzregen, Hagel. Die Existenz einer reifen Zelle ist auf eine halbe Stunde begrenzt, aber der Cluster selbst kann mehrere Stunden „leben“.

3. Sturmböen. Dies sind auch mehrzellige Gewitter. Sie werden auch linear genannt. Sie können entweder massiv oder mit Lücken sein. Windböen sind hier länger (an der Vorderfront). Die vielzellige Linie erscheint bei Annäherung als dunkle Wolkenwand. Die Anzahl der Ströme (sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts) ist hier ziemlich groß. Aus diesem Grund wird ein solcher Gewitterkomplex als mehrzellig klassifiziert, obwohl die Gewitterstruktur unterschiedlich ist. Die Gewitterlinie kann heftigen Platzregen und großen Hagel erzeugen, wird aber häufiger durch starke Abwinde „begrenzt“. Sie zieht oft einer Kaltfront voraus. Auf den Bildern hat ein solches System die Form eines gebogenen Bogens.

4. Superzellen-Gewitter. Solche Gewitter sind selten. Sie sind besonders gefährlich für Sachwerte und Menschenleben. Die Wolke dieses Systems ähnelt der einzelligen Wolke, da sich beide in einer Upstream-Zone unterscheiden. Aber sie haben unterschiedliche Größen. Superzellenwolke - riesig - fast 50 km im Radius, Höhe - bis zu 15 km. Seine Grenzen können in der Stratosphäre liegen. Die Form ähnelt einem einzelnen halbkreisförmigen Amboss. Die Geschwindigkeit aufsteigender Ströme ist viel höher (bis zu 60 m/s). Ein charakteristisches Merkmal ist das Vorhandensein von Rotation. Dadurch entstehen gefährliche, extreme Phänomene (großer Hagel (mehr als 5 cm), zerstörerische Tornados). Der Hauptfaktor für die Bildung einer solchen Wolke sind die Umgebungsbedingungen. Wir sprechen von einer sehr starken Konvention mit einer Temperatur von +27 und einem Wind mit variabler Richtung. Solche Bedingungen entstehen bei Windscherung in der Troposphäre. In den Aufwinden gebildete Niederschläge werden in die Abwindzone transportiert, was der Wolke ein langes Leben sichert. Der Niederschlag ist ungleich verteilt. Schauer sind in der Nähe des Aufwinds und Hagel näher im Nordosten. Die Rückseite des Gewitters kann sich verschieben. Dann befindet sich die gefährlichste Zone in der Nähe des Hauptaufwinds.

Es gibt auch das Konzept des "trockenen Gewitters". Dieses Phänomen ist ziemlich selten und charakteristisch für den Monsun. Bei einem solchen Gewitter gibt es keinen Niederschlag (sie erreichen einfach nicht und verdunsten durch hohe Temperaturen).

Bewegungsgeschwindigkeit

Bei einem vereinzelten Gewitter sind es etwa 20 km/h, mal schneller. Wenn Kaltfronten aktiv sind, kann die Geschwindigkeit 80 km/h betragen. Bei vielen Gewittern werden alte Gewitterzellen durch neue ersetzt. Jeder von ihnen legt eine relativ kurze Distanz (etwa zwei Kilometer) zurück, aber insgesamt nimmt die Distanz zu.

Elektrifizierungsmechanismus

Woher kommen Blitze? um die Wolken herum und in ihnen bewegen sich ständig. Dieser Prozess ist ziemlich kompliziert. Am einfachsten kann man sich vorstellen, wie elektrische Ladungen in reifen Wolken funktionieren. In ihnen dominiert die dipolpositive Struktur. Wie wird es verteilt? Die positive Ladung befindet sich oben und die negative Ladung darunter im Inneren der Wolke. Nach der Haupthypothese (dieses Gebiet der Wissenschaft kann noch als wenig erforscht gelten) sind schwerere und größere Teilchen negativ geladen, während kleine und leichte positiv geladen sind. Die ersteren fallen schneller als die letzteren. Dies wird der Grund für die räumliche Trennung von Raumladungen. Dieser Mechanismus wird durch Laborexperimente bestätigt. Partikel von Eispellets oder Hagelkörnern können eine starke Ladungsübertragung aufweisen. Die Größe und das Vorzeichen hängen vom Wassergehalt der Wolke, der Lufttemperatur (Umgebungstemperatur) und der Kollisionsgeschwindigkeit (den Hauptfaktoren) ab. Der Einfluss anderer Mechanismen kann nicht ausgeschlossen werden. Entladungen treten zwischen der Erde und der Wolke (oder der neutralen Atmosphäre oder der Ionosphäre) auf. In diesem Moment beobachten wir Blitze, die den Himmel zerteilen. Oder Blitz. Dieser Vorgang wird von lauten Schlägen (Donner) begleitet.

Gewitter ist ein komplexer Vorgang. Es kann viele Jahrzehnte und vielleicht sogar Jahrhunderte dauern, sie zu studieren.