Muitas vezes, as árvores se tornam alvo de raios, o que às vezes leva a consequências muito graves. Falaremos sobre o perigo de ser atingido por um raio tanto para as próprias árvores quanto para as pessoas que vivem ao seu redor, bem como como você pode reduzir os riscos associados a esse fenômeno.

Onde cai um raio

Para uma parte significativa do território da Terra, as tempestades são uma ocorrência bastante comum. Ao mesmo tempo, cerca de mil e quinhentas tempestades assolam a Terra. Por exemplo, mais de 20 dias de tempestade são observados em Moscou todos os anos. Mas, apesar da familiaridade desse fenômeno natural, seu poder não pode deixar de chocar. A voltagem de um raio médio é de cerca de 100.000 volts e a corrente é de 20.000 a 50.000 amperes. A temperatura do canal do raio, neste caso, atinge 25.000 - 30.000 °C. Não é de surpreender que um raio atinja edifícios, árvores ou pessoas e espalhe sua carga elétrica, muitas vezes com consequências catastróficas.

Embora a derrota de um único objeto terrestre por um raio, seja um edifício, um mastro ou uma árvore, seja um evento bastante raro, a colossal força destrutiva torna as tempestades um dos fenômenos naturais mais perigosos para os humanos. Assim, de acordo com as estatísticas, a cada sete incêndios em áreas rurais começa devido a um raio, em termos de número de mortes registradas causadas por desastres naturais, o raio ocupa o segundo lugar, perdendo apenas para as inundações.

A probabilidade de objetos terrestres (incluindo árvores) serem atingidos por um raio depende de vários fatores:

• sobre a intensidade da atividade de trovoadas na região (relacionada ao clima);
• na altura deste objeto (quanto mais alto, maior a probabilidade de um raio);
• da resistência elétrica do objeto e das camadas do solo localizadas sob eles (quanto menor a resistência elétrica do objeto e das camadas do solo localizadas sob ele, maior a probabilidade de descarga de um raio nele).

Do exposto, fica claro por que as árvores muitas vezes se tornam alvo de raios: uma árvore costuma ser o elemento predominante do relevo em altura, madeira viva saturada de umidade, associada a camadas profundas de solo com baixa resistência elétrica, muitas vezes representa um poço -para-raios natural aterrado.

Atividade de tempestade em alguns assentamentos da região de Moscou

Localidade	Duração média anual das trovoadas, horas	Densidade específica de relâmpagos em 1 km²	Características gerais da atividade de tempestade
Volokolamsk	40–60	4	alto
Istra	40–60	4	alto
Nova Jerusalém	40–60	4	alto
Pavlovsky Posad	20–40	2	média
Moscou	20–40	2	média
Kashira	20–40	2	média

Qual é o perigo de uma árvore ser atingida por um raio

As consequências de um raio em uma árvore costumam ser devastadoras para si e para os edifícios próximos e também representam uma ameaça significativa para as pessoas que estão próximas naquele momento. No momento da passagem de uma poderosa carga elétrica pela madeira, ocorre uma poderosa liberação de calor e uma explosiva evaporação da umidade no interior do tronco. O resultado disso são danos de gravidade variável: desde queimaduras superficiais ou rachaduras até rachaduras completas do tronco ou incêndio da árvore. Em alguns casos, ocorrem danos mecânicos significativos no interior do tronco (fissuras longitudinais ou rachaduras da madeira ao longo dos anéis anuais), que são quase imperceptíveis durante o exame externo, mas aumentam significativamente o risco de queda de uma árvore em um futuro próximo. Freqüentemente graves, mas imperceptíveis durante a inspeção visual, os danos também podem ser recebidos pelas raízes de uma árvore.

No caso de danos causados ​​​​por raios não levarem à destruição instantânea ou morte de uma árvore, ferimentos extensos recebidos por ela podem causar o desenvolvimento de doenças perigosas, como podridão, doenças vasculares, uma planta enfraquecida torna-se uma presa fácil para pragas do caule. Como resultado, a árvore pode se tornar insegura ou secar.

Quedas de raios em árvores (incluindo as vivas) geralmente causam incêndios que se espalham para edifícios próximos. Às vezes, uma descarga lateral de uma árvore é transmitida para a parede de um prédio, mesmo que um pára-raios esteja instalado nele. Finalmente, o potencial elétrico da árvore afetada se propaga nas camadas superficiais do solo, podendo ser transportado para dentro do prédio, danificar instalações subterrâneas ou causar choque elétrico em pessoas ou animais de estimação.

A queda de um raio em uma árvore pode causar danos materiais significativos, mesmo que não haja emergência. Afinal, a avaliação da segurança de tal árvore, cuidados especiais com ela ou mesmo a simples remoção de uma árvore seca ou irremediavelmente doente podem estar associados a custos materiais significativos.

Às vezes, uma descarga lateral de uma árvore é transmitida para a parede de um prédio, mesmo que um pára-raios esteja instalado nele.

Questões regulatórias

Assim, a proteção contra raios de árvores especialmente valiosas (que são o centro de composições paisagísticas, históricas e raras) ou árvores que crescem perto de residências pode ser praticamente justificada. No entanto, o quadro regulamentar que prescreva ou regule a protecção das árvores contra raios está completamente ausente no nosso país. Este estado de coisas é mais consequência da inércia do quadro regulamentar nacional do que de uma avaliação adequada dos riscos associados à queda de raios em árvores em ambiente urbano.

O principal padrão doméstico atual para proteção contra raios remonta a 1987. A atitude em relação à proteção contra raios no campo neste documento reflete as realidades e posições da época: o valor material da maioria dos edifícios suburbanos não era grande e os interesses do estado estavam focados na proteção da propriedade pública e não na propriedade privada. Além disso, os compiladores de padrões domésticos partiram do pressuposto de que as normas e regras de construção são observadas durante a construção de moradias suburbanas, mas nem sempre é esse o caso. Em particular, a distância mínima do tronco da árvore até a parede do edifício deve ser de pelo menos 5 m.Na realidade da construção suburbana, as casas geralmente estão localizadas perto das árvores. Além disso, os proprietários dessas árvores, via de regra, relutam em concordar com sua remoção.

Em outros países, existem padrões para proteção contra raios: por exemplo, americano - ANSI A 300 papel 4 ou britânico - padrão britânico 6651 também regulamenta a proteção contra raios de árvores.

A distância mínima do tronco da árvore até a parede da edificação deve ser de no mínimo 5 m.

Quando a proteção é necessária?

Em que casos faz sentido pensar na proteção contra raios de uma árvore? Listamos os fatores com base nos quais tal decisão pode ser recomendada.

A árvore cresce em áreas abertas ou visivelmente mais altas que as árvores vizinhas, edifícios, estruturas e formas de relevo. Objetos que dominam em altura são mais propensos a serem atingidos por raios.

Uma área com alta atividade de tempestades. Com uma alta frequência de tempestades, a probabilidade de danificar árvores (assim como outros objetos) aumenta. As principais características da atividade das trovoadas são o número médio anual de horas de trovoada, bem como a densidade específica média de descargas atmosféricas no solo (número médio anual de descargas atmosféricas por 1 km²) da superfície terrestre. O último indicador é usado para calcular o número esperado de relâmpagos de um objeto (incluindo uma árvore) por ano. Por exemplo, no caso de uma área com duração média de 40 a 60 horas de tempestade por ano (em particular, algumas áreas da região de Moscou), pode-se esperar que uma árvore de 25 m de altura seja danificada uma vez a cada 20 anos.

Localização do local perto de corpos d'água, nascentes subterrâneas, alta umidade do solo no local . Esse arranjo aumenta ainda mais o risco de uma árvore ser atingida por um raio.

Uma árvore alta cresce a uma distância de três metros ou menos do edifício. Este arranjo da árvore não afeta a probabilidade de ser atingido por um raio. No entanto, a destruição de árvores localizadas perto de edifícios representa ameaças significativas tanto para os próprios edifícios quanto para as pessoas neles. Ao mesmo tempo, aumenta o risco de danos ao edifício por uma descarga lateral, o risco de danos ao telhado quando uma árvore cai é muito alto e, se pegar fogo, o incêndio pode se espalhar para o edifício.

Os galhos da árvore pendem sobre o telhado do prédio, tocam suas paredes, copas, calhas ou elementos decorativos da fachada. Nesse caso, também aumenta o risco de danos ao prédio, incêndios e transferência da descarga para a casa.

A árvore pertence a uma espécie que é frequentemente ou regularmente atingida por raios. . Algumas espécies de árvores são mais propensas a serem atingidas por raios do que outras. Os carvalhos são os mais comumente afetados por raios.

As raízes de uma árvore que cresce perto do prédio podem entrar em contato com uma fundação subterrânea ou comunicações adequadas para a casa. Neste caso, quando uma árvore é atingida por um raio, aumenta a probabilidade da descarga “derivar” para o local ou danificar as comunicações (por exemplo, sensores do sistema de irrigação e redes elétricas).

Os especialistas em proteção contra raios de edifícios recomendam a instalação de um para-raios independente, enquanto a uma distância de 3 a 10 m existem árvores adequadas em altura e outros parâmetros para a instalação de um para-raios e condutor de descida. Instalar um mastro separado pode ser bastante caro. Para muitos proprietários de casas de campo, esses mastros também são esteticamente inaceitáveis. E, finalmente, colocar um mastro em uma área de floresta de forma que as raízes das árvores não sejam danificadas durante sua construção ou as estrias não interfiram na circulação das pessoas pode ser muito difícil.

Exposição a árvores desprotegidas de algumas espécies
(do padrão ANSI A 300, papel 4)

Princípio de funcionamento

O princípio de funcionamento do sistema de proteção contra raios é que a descarga do raio é "interceptada" pelo pára-raios, realizada com segurança pelo condutor de baixada e transmitida às camadas profundas do solo por meio de aterramento.

Os componentes de um sistema de proteção contra raios em árvores são: um para-raios (um ou mais), uma queda aérea, uma descida subterrânea e um sistema de aterramento composto por várias hastes ou placas de aterramento.

Ao desenvolver nossos próprios esquemas de proteção contra raios, nos deparamos com a necessidade de combinar os padrões nacionais para proteção contra raios de edifícios e estruturas e os padrões ocidentais que regem a proteção contra raios de árvores. A necessidade dessa combinação se deve ao fato de que nas normas domésticas atuais não há recomendações para a instalação de sistemas de proteção contra raios em árvores, e as prescrições mais antigas incluem instruções que representam uma ameaça à saúde da árvore. Ao mesmo tempo, o padrão americano ANSI A 300, que contém informações detalhadas sobre a montagem do sistema em uma árvore e os princípios de sua instalação e manutenção, impõe requisitos mais baixos de segurança elétrica do sistema em comparação com os padrões domésticos.

Os componentes de proteção contra raios são feitos de cobre ou aço inoxidável. Ao mesmo tempo, para evitar a corrosão, apenas um dos materiais selecionados é usado em todas as conexões e contatos entre os elementos condutores. No entanto, ao usar cobre, é permitido o uso de fixadores de bronze. Os componentes de cobre são mais caros, mas têm maior condutividade, permitindo que os componentes sejam menores, menos visíveis e reduzam os custos de instalação do sistema.

Segundo as estatísticas, a cada sete incêndios em áreas rurais começa devido a um raio, em termos de número de mortes registradas causadas por desastres naturais, o raio ocupa o segundo lugar, perdendo apenas para as inundações.

Componentes do sistema

O para-raios é um tubo de metal fechado na ponta. O condutor de descida entra no pára-raios e é preso a ele com parafusos.

Para árvores com copa extensa, às vezes são necessários pantógrafos adicionais, pois neste caso a descarga atmosférica pode atingir galhos ou picos distantes do para-raios. Se um sistema mecânico de suporte de ramificação baseado em cabos metálicos for instalado em uma árvore, ele também deverá ser aterrado ao realizar a proteção contra raios. Para fazer isso, com a ajuda de um contato aparafusado, um condutor descendente adicional é conectado a ele. Deve-se ter em mente que o contato direto do cobre com um cabo galvanizado é inaceitável, pois leva à corrosão.

Condutores descendentes de pára-raios e contatos adicionais são conectados usando contatos de braçadeira especiais ou conexões aparafusadas. De acordo com o padrão ANSI A 300 para proteção contra raios de árvores, os condutores de baixada são usados ​​na forma de cabos de aço totalmente metálicos de várias tecelagens. De acordo com as normas nacionais, a seção transversal efetiva mínima de um condutor de baixada feito de cobre é de 16 mm², a seção transversal efetiva mínima de um condutor de baixada de aço é de 50 mm. Ao conduzir condutores descendentes em madeira, é necessário evitar suas curvas acentuadas. Não é permitido dobrar condutores em um ângulo inferior a 900, o raio de curvatura da curva não deve ser inferior a 20 cm.

Condutores de descida são presos ao tronco com clipes de metal, enterrados na madeira do tronco por vários centímetros. O material dos grampos não deve levar à corrosão por contato quando conectado ao condutor de baixada. É impossível fixar os condutores de baixada amarrando-os à árvore com arame, pois o crescimento radial do tronco levará a lesões no anel e ao ressecamento da árvore. A fixação rígida de condutores de baixada na superfície do tronco (com grampos) fará com que eles cresçam para dentro do tronco, reduzindo a durabilidade e segurança do sistema e o desenvolvimento de podridão extensa do tronco. A melhor opção para montar o sistema é instalar grampos dinâmicos. Neste caso, quando o diâmetro do tronco aumenta, os suportes com cabos são automaticamente pressionados na ponta da haste pela pressão dos tecidos de madeira. Deve-se notar que o aprofundamento dos pinos dos grampos alguns centímetros na madeira e seu posterior encapsulamento parcial pela madeira praticamente não causa nenhum dano a ela.

Os condutores de baixada descem pelo poço até sua base e vão fundo na vala.

A profundidade mínima da vala para a parte subterrânea do condutor de baixada, prescrita pela norma ANSI A 300, é de 20 cm. A vala é escavada manualmente, mantendo o número máximo de raízes. Nos casos em que o dano à raiz é particularmente indesejável, deve ser usado equipamento especial para fazer uma trincheira. Por exemplo, uma faca de ar é uma ferramenta de compressão projetada para realizar trabalhos de terraplenagem na zona próxima ao tronco das árvores. Este dispositivo, usando um forte fluxo de ar concentrado, é capaz de remover as partículas do solo sem danificar até mesmo as raízes mais finas das árvores.

O tipo e os parâmetros do dispositivo de aterramento e a distância a que o condutor de baixada deve se estender até ele são determinados pelas propriedades do solo. Isso se deve à necessidade de reduzir a resistência ao impulso de aterramento ao nível necessário - a resistência elétrica à propagação de um pulso de corrente elétrica do eletrodo de aterramento. De acordo com as normas nacionais, em locais frequentados regularmente por pessoas, essa resistência não deve ultrapassar 10 ohms. Este valor de resistência de aterramento deve excluir quebras de corrente de faísca do condutor de baixada subterrâneo e eletrodo de aterramento para a superfície do solo e, portanto, evitar choque elétrico em pessoas, edifícios e comunicações. O principal indicador do solo, que determina a escolha do esquema de aterramento, é a resistividade do solo - a resistência entre duas faces de 1 m³ de terra quando a corrente passa por ela.

Quanto maior a resistividade do solo, mais extenso deve ser o sistema de aterramento para garantir o fluxo seguro da carga elétrica. Em solos com baixa resistividade - até 300 ohms (margas, argilas, zonas úmidas), via de regra, é utilizado um sistema de aterramento de duas hastes verticais de aterramento conectadas por um condutor descendente. Uma distância de pelo menos 5 m é mantida entre as hastes, o comprimento das hastes é de 2,5 a 3 m, a extremidade superior da haste é aprofundada em 0,5 m.

Em solos com altos valores de resistividade (arenoso, arenoso, cascalho), são utilizados sistemas de aterramento multifeixe. Ao limitar a possível profundidade de aterramento, são usadas placas de aterramento. Para facilitar as inspeções e testar a confiabilidade do aterramento, pequenos poços são instalados acima dos elementos de aterramento.

A resistividade do solo não é um valor constante, seu valor depende fortemente da umidade do solo. Portanto, na estação seca, a confiabilidade do aterramento pode diminuir. Vários métodos são usados ​​para evitar isso. Primeiro, as hastes de aterramento são colocadas na zona de irrigação sempre que possível. Em segundo lugar, a parte superior da haste é enterrada 0,5 m abaixo da superfície do solo (os 0,5 m superiores do solo são mais propensos a secar). Em terceiro lugar, se necessário, bentonita é adicionada ao solo - um componente natural de retenção de umidade. A bentonita é uma pequena partícula de argila mineral coloidal, cujo espaço poroso retém bem a umidade e estabiliza a umidade do solo.

A madeira viva saturada de umidade, ligada a camadas de solo profundas e de baixa resistência, geralmente fornece um pára-raios natural bem aterrado.

Erros comuns

Na prática doméstica, a proteção contra raios de árvores raramente é usada e, nos casos em que é realizada, vários erros graves são cometidos durante sua construção. Assim, como para-raios, via de regra, são utilizadas hastes de metal, fixadas em uma árvore com arame ou argolas de metal. Esta opção de montagem leva a lesões graves no anel do tronco, que eventualmente levam à secagem completa da árvore. Um certo perigo também é representado pelo crescimento do condutor de descida no tronco de uma árvore, levando ao aparecimento de extensas feridas longitudinais abertas no tronco.

Como a instalação de pára-raios em árvores é realizada por eletricistas, eles costumam usar hafs (gatos) para subir em uma árvore - botas com pontas de metal que causam ferimentos graves em uma árvore.

Infelizmente, as características da copa das árvores também são ignoradas: via de regra, não é levada em consideração a necessidade de instalar vários para-raios em árvores com copas largas, defeitos estruturais na ramificação da árvore também não são levados em consideração conta, o que muitas vezes leva à quebra e queda do topo com o pára-raios instalado.

A proteção contra raios de árvores não pode ser considerada uma prática comum. As indicações para sua implementação são bastante raras em áreas com atividade moderada de tempestades. No entanto, nos casos em que é necessária a proteção de árvores contra raios, a sua correta implementação é de extrema importância. Ao projetar e instalar tais sistemas, é importante levar em consideração não apenas a confiabilidade do próprio pára-raios, mas também a segurança do sistema para a árvore protegida.

A confiabilidade final da proteção contra descargas atmosféricas dependerá tanto da escolha correta de seus materiais, contatos e aterramento, quanto da estabilidade da própria árvore. Levando em consideração apenas as características da estrutura da copa, o crescimento radial, a localização do sistema radicular da árvore, é possível criar um sistema confiável de proteção contra raios que não cause danos perigosos à árvore, o que significa que não criar riscos desnecessários para as pessoas que vivem nas proximidades.

Tempestade - fenômeno atmosférico no qual ocorrem descargas elétricas no interior das nuvens ou entre a nuvem e a superfície terrestre - raios, acompanhados de trovões. Via de regra, uma tempestade se forma em poderosas nuvens cumulonimbus e está associada a fortes chuvas, granizo e rajadas.

A trovoada é um dos fenômenos naturais mais perigosos para o ser humano: em termos de número de mortes registradas, apenas as enchentes levam a maiores perdas humanas.

Tempestade

Ao mesmo tempo, cerca de mil e quinhentas tempestades operam na Terra, a intensidade média das descargas é estimada em 100 raios por segundo. As tempestades são distribuídas de forma desigual sobre a superfície do planeta.

Distribuição de descargas atmosféricas sobre a superfície da Terra

Há aproximadamente dez vezes menos tempestades sobre o oceano do que sobre os continentes. Cerca de 78% de todas as descargas atmosféricas estão concentradas na zona tropical e equatorial (de 30° de latitude norte a 30° de latitude sul). A atividade máxima de tempestade ocorre na África Central. Praticamente não há tempestades nas regiões polares do Ártico e da Antártida e sobre os pólos. A intensidade das trovoadas segue o sol: as trovoadas máximas ocorrem no verão (nas latitudes médias) e nas horas diurnas da tarde. As tempestades mínimas registradas ocorrem antes do nascer do sol. As tempestades também são afetadas pelas características geográficas da área: fortes centros de tempestades estão localizados nas regiões montanhosas do Himalaia e da Cordilheira.

Estágios de desenvolvimento de uma nuvem de tempestade

As condições necessárias para a formação de uma nuvem de tempestade são a presença de condições para o desenvolvimento de convecção ou outro mecanismo que crie fluxos ascendentes de umidade suficientes para a formação de precipitação e a presença de uma estrutura na qual algumas das partículas da nuvem estão em um estado líquido, e alguns estão em um estado gelado. A convecção que leva ao desenvolvimento de tempestades ocorre nos seguintes casos:

Com aquecimento desigual da camada superficial de ar sobre uma superfície subjacente diferente. Por exemplo, sobre a superfície da água e terra devido a diferenças nas temperaturas da água e do solo. Nas grandes cidades, a intensidade da convecção é muito maior do que nas proximidades da cidade.

Quando o ar quente sobe ou é deslocado pelo ar frio nas frentes atmosféricas. A convecção atmosférica nas frentes atmosféricas é muito mais intensa e frequente do que durante a convecção intramassa. Freqüentemente, a convecção frontal se desenvolve simultaneamente com nuvens nimbostratus e precipitação extensa, que mascara as nuvens cumulonimbus resultantes.

Quando o ar sobe em áreas de cadeias de montanhas. Mesmo pequenas elevações no terreno levam ao aumento da formação de nuvens (devido à convecção forçada). As montanhas altas criam condições especialmente difíceis para o desenvolvimento da convecção e quase sempre aumentam sua frequência e intensidade.

Todas as nuvens de tempestade, independentemente do seu tipo, passam sucessivamente pelos estágios de uma nuvem cumulus, o estágio de uma nuvem de tempestade madura e o estágio de decadência.

classificação de nuvem de trovoada

Ao mesmo tempo, as tempestades foram classificadas de acordo com o local onde foram observadas, como localizadas, frontais ou orográficas. Agora é mais comum classificar as tempestades de acordo com as características das próprias tempestades, e essas características dependem principalmente do ambiente meteorológico em que a tempestade se desenvolve.

A principal condição necessária para a formação de nuvens de tempestade é o estado de instabilidade da atmosfera, que forma correntes ascendentes. Dependendo da magnitude e do poder de tais fluxos, nuvens de tempestade de vários tipos são formadas.

nuvem de célula única

Nuvens cumulonimbus unicelulares se desenvolvem em dias com ventos fracos em um campo bário de baixo gradiente. Eles também são chamados intramassa ou trovoadas locais. Eles consistem em uma célula convectiva com um fluxo ascendente em sua parte central. Eles podem atingir a intensidade de raios e granizo e colapsar rapidamente com a precipitação. As dimensões dessa nuvem são: transversal - 5-20 km, vertical - 8-12 km, expectativa de vida - cerca de 30 minutos, às vezes - até 1 hora. Mudanças climáticas graves após uma tempestade não ocorrem.

O ciclo de vida de uma nuvem de célula única

Uma tempestade começa com uma nuvem cúmulo de bom tempo (Cumulus humilis). Sob condições favoráveis, as nuvens cúmulos resultantes crescem rapidamente nas direções vertical e horizontal, enquanto as correntes ascendentes estão localizadas quase em todo o volume da nuvem e aumentam de 5 m/s para 15-20 m/s. Downstreams são muito fracos. O ar ambiente penetra ativamente na nuvem devido à mistura no limite e no topo da nuvem. A nuvem passa para o estágio Cumulus mediocris. As menores gotas de água formadas como resultado da condensação em tal nuvem se fundem em gotas maiores, que são carregadas por poderosos fluxos ascendentes. A nuvem ainda é homogênea, consiste em gotas de água mantidas por um fluxo ascendente - a precipitação não cai. Na parte superior da nuvem, quando as partículas de água entram na zona de temperaturas negativas, as gotas começam a se transformar gradualmente em cristais de gelo. A nuvem torna-se uma poderosa nuvem cumulus (Cumulus congestus). A composição mista da nuvem leva ao alargamento dos elementos da nuvem e à criação de condições para a precipitação. Essa nuvem é chamada de nuvem cumulonimbus (Cumulonimbus) ou nuvem cumulonimbus careca (Cumulonimbus calvus). Os fluxos verticais atingem 25 m/s, e o nível do cume atinge uma altura de 7 a 8 km.

A evaporação das partículas de precipitação resfria o ar circundante, o que leva a um aumento adicional nas correntes descendentes. No estágio de maturidade, as correntes de ar ascendentes e descendentes estão presentes na nuvem ao mesmo tempo.

No estágio de decaimento, a nuvem é dominada por correntes descendentes, que gradualmente cobrem toda a nuvem.

Tempestades de aglomerados multicelulares

Esquema de uma estrutura de tempestade multicelular

Este é o tipo mais comum de tempestade associada a distúrbios de mesoescala (com uma escala de 10 a 1000 km). Um aglomerado multicelular consiste em um grupo de células de tempestade movendo-se como uma unidade, embora cada célula do aglomerado esteja em um estágio diferente no desenvolvimento de uma nuvem de tempestade. Células de tempestade maduras geralmente estão localizadas na parte central do aglomerado, enquanto células em decomposição estão localizadas no lado sotavento do aglomerado. Eles têm dimensões transversais de 20 a 40 km, seus topos geralmente sobem até a tropopausa e penetram na estratosfera. Tempestades multicelulares podem produzir granizo, chuvas e rajadas relativamente fracas. Cada célula individual em um cluster multicelular está em um estado maduro por cerca de 20 minutos; o próprio cluster de várias células pode existir por várias horas. Este tipo de tempestade é geralmente mais intensa do que uma tempestade de célula única, mas muito mais fraca do que uma tempestade de supercélula.

Tempestades de linhas multicelulares (linhas de instabilidade)

As tempestades de linha multicelular são uma linha de tempestades com uma frente de rajada longa e bem desenvolvida na linha de frente. A linha de instabilidade pode ser contínua ou conter lacunas. A linha multicelular que se aproxima parece uma parede escura de nuvens, geralmente cobrindo o horizonte do lado oeste (no hemisfério norte). Um grande número de correntes de ar ascendentes/descendentes estreitamente espaçadas nos permite qualificar este complexo de tempestades como uma tempestade multicelular, embora sua estrutura de tempestade difere nitidamente de uma tempestade multicelular. Linhas de instabilidade podem produzir granizo grande e chuvas intensas, mas são mais comumente conhecidas como sistemas que criam fortes correntes descendentes. A linha de instabilidade é semelhante em propriedades a uma frente fria, mas é um resultado local da atividade de tempestades. Muitas vezes, uma linha de instabilidade ocorre antes de uma frente fria. Nas imagens de radar, esse sistema se assemelha a um arco curvo (bow echo). Este fenômeno é típico da América do Norte, na Europa e no território europeu da Rússia é observado com menos frequência.

Tempestades supercélulas

Estrutura vertical e horizontal de uma nuvem de supercélula

Uma supercélula é a nuvem de tempestade mais altamente organizada. Nuvens supercélulas são relativamente raras, mas representam a maior ameaça à saúde, à vida e à propriedade humana. Uma nuvem de supercélula é semelhante a uma nuvem de célula única, pois ambas têm a mesma zona de corrente ascendente. A diferença é que o tamanho da célula é enorme: um diâmetro de cerca de 50 km, uma altura de 10-15 km (muitas vezes o limite superior penetra na estratosfera) com uma única bigorna semicircular. A velocidade do fluxo ascendente em uma nuvem de supercélula é muito maior do que em outros tipos de nuvens de tempestade: até 40–60 m/s. A principal característica que distingue uma nuvem supercélula de outros tipos de nuvens é a presença de rotação. Uma corrente ascendente rotativa em uma nuvem de supercélula (chamada na terminologia de radar) mesociclone), cria eventos climáticos extremos, como um gigante saudação(mais de 5 cm de diâmetro), ventos fortes de até 40 m/s e fortes tornados destrutivos. As condições ambientais são um fator importante na formação de uma nuvem de supercélulas. É necessária uma forte instabilidade convectiva do ar. A temperatura do ar próximo ao solo (antes de uma tempestade) deve ser de +27 ... +30 e superior, mas a principal condição necessária é o vento de direção variável, que causa rotação. Tais condições são alcançadas com cisalhamento do vento na troposfera média. A precipitação formada na corrente ascendente é transportada ao longo do nível superior da nuvem por um forte fluxo para a zona de corrente descendente. Assim, as zonas dos fluxos ascendentes e descendentes são separadas no espaço, o que garante a vida útil da nuvem por um longo período de tempo. Geralmente, há chuva leve na borda de uma nuvem de supercélula. Chuvas fortes ocorrem perto da zona de corrente ascendente, enquanto a precipitação mais pesada e o granizo grande caem a nordeste da zona principal de corrente ascendente. As condições mais perigosas ocorrem perto da área principal de corrente ascendente (geralmente deslocada para trás da tempestade).

supercélula (Inglês) super E célula- célula) - um tipo de tempestade, caracterizada pela presença de um mesociclone - uma corrente ascendente profunda e fortemente rotativa. Por esse motivo, essas tempestades às vezes são chamadas de tempestades rotativas. Dos quatro tipos de tempestades de acordo com as classificações ocidentais (supercell, squalline, multicell e singlecell), as supercells são as menos comuns e podem representar o maior perigo. As supercélulas são frequentemente isoladas de outras tempestades e podem ter uma extensão frontal de até 32 quilômetros.

Supercélula ao pôr do sol

As supervendas costumam ser divididas em três tipos: clássicas; baixa precipitação (LP); e alta precipitação (HP). As supercélulas do tipo LP tendem a se formar em climas mais secos, como os vales das terras altas dos Estados Unidos, enquanto as supercélulas do tipo HP são mais comuns em climas mais úmidos. As supercélulas podem ocorrer em qualquer lugar do mundo se as condições climáticas permitirem que se formem, mas são mais comuns nas Grandes Planícies dos Estados Unidos, uma área conhecida como Tornado Valley. Eles também podem ser observados nas planícies da Argentina, Uruguai e sul do Brasil.

Características físicas das nuvens de tempestade

Estudos aéreos e de radar mostram que uma única célula de tempestade geralmente atinge uma altura de cerca de 8 a 10 km e vive por cerca de 30 minutos. Uma tempestade isolada geralmente consiste em várias células em vários estágios de desenvolvimento e dura cerca de uma hora. Grandes tempestades podem atingir dezenas de quilômetros de diâmetro, seu pico pode atingir alturas superiores a 18 km e podem durar muitas horas.

A montante e a jusante

Correntes ascendentes e descendentes em tempestades isoladas normalmente têm um diâmetro de 0,5 a 2,5 km e uma altura de 3 a 8 km. Às vezes, o diâmetro da corrente ascendente pode chegar a 4 km. Perto da superfície da terra, os riachos geralmente aumentam de diâmetro e a velocidade neles diminui em comparação com os riachos localizados acima. A velocidade característica da corrente ascendente situa-se na faixa de 5 a 10 m/s e atinge 20 m/s na parte superior de grandes tempestades. Aviões de pesquisa voando através de uma nuvem de tempestade a uma altitude de 10.000 m registram velocidades de corrente ascendente superiores a 30 m/s. As correntes ascendentes mais fortes são observadas em tempestades organizadas.

rajadas

Antes da tempestade de agosto de 2010 em Gatchina

Em algumas tempestades, correntes descendentes intensas se desenvolvem, criando ventos destrutivos na superfície da Terra. Dependendo do tamanho, tais downstreams são chamados rajadas ou microtempestades. Uma rajada com um diâmetro de mais de 4 km pode criar ventos de até 60 m/s. Microsqualls são menores, mas criam ventos de até 75 m/s. Se a tempestade que gera a rajada for formada a partir de ar suficientemente quente e úmido, então a micro borrasca será acompanhada de intensas pancadas de chuva. No entanto, se a tempestade for formada a partir de ar seco, a precipitação pode evaporar durante o outono (bandas de precipitação aérea ou virga) e o microsquall ficará seco. As correntes descendentes são um sério perigo para as aeronaves, especialmente durante a decolagem ou pouso, pois criam vento próximo ao solo com mudanças repentinas de velocidade e direção.

Desenvolvimento vertical

Em geral, uma nuvem convectiva ativa sobe até perder sua flutuabilidade. A perda de flutuabilidade é devida à carga criada pela precipitação formada no ambiente nublado, ou misturada com o ar frio seco circundante, ou uma combinação desses dois processos. O crescimento da nuvem também pode ser interrompido por uma camada de inversão de bloqueio, ou seja, uma camada onde a temperatura do ar aumenta com a altura. As nuvens de tempestade geralmente atingem uma altura de cerca de 10 km, mas às vezes atingem alturas de mais de 20 km. Quando o teor de umidade e a instabilidade da atmosfera são altos, com ventos favoráveis, a nuvem pode crescer até a tropopausa, a camada que separa a troposfera da estratosfera. A tropopausa é caracterizada por uma temperatura que permanece aproximadamente constante com o aumento da altitude e é conhecida como uma região de alta estabilidade. Assim que a corrente ascendente começa a se aproximar da estratosfera, logo o ar no topo da nuvem se torna mais frio e pesado que o ar ao redor, e o crescimento do topo para. A altura da tropopausa depende da latitude da área e da estação do ano. Varia de 8 km nas regiões polares a 18 km e mais perto do equador.

Quando uma nuvem cumulus atinge a camada de bloqueio da inversão da tropopausa, ela começa a se espalhar e forma a “bigorna” característica das nuvens de tempestade. O vento soprando na altura da bigorna geralmente sopra o material da nuvem na direção do vento.

Turbulência

Uma aeronave voando por uma nuvem de tempestade (é proibido voar em nuvens cumulonimbus) geralmente entra em uma turbulência que joga o avião para cima, para baixo e para os lados sob a influência de fluxos turbulentos de nuvens. A turbulência atmosférica cria uma sensação de desconforto para a tripulação e passageiros da aeronave e causa tensões indesejáveis ​​na aeronave. A turbulência é medida em diferentes unidades, mas mais frequentemente é definida em unidades de g - aceleração de queda livre (1g = 9,8 m / s 2). Uma rajada de um g cria turbulência que é perigosa para aeronaves. Na parte superior das trovoadas intensas, foram registradas acelerações verticais de até três g.

movimento de trovoada

A velocidade e o movimento de uma nuvem de tempestade dependem da direção da terra, principalmente pela interação dos fluxos ascendentes e descendentes da nuvem com os fluxos de ar transportador nas camadas intermediárias da atmosfera em que uma tempestade se desenvolve. A velocidade de movimento de uma tempestade isolada é geralmente da ordem de 20 km/h, mas algumas tempestades se movem muito mais rápido. Em situações extremas, uma nuvem de tempestade pode se mover a velocidades de 65 a 80 km/h durante a passagem de frentes frias ativas. Na maioria das tempestades, à medida que as velhas células de tempestade se dissipam, novas células de tempestade surgem em sucessão. Com um vento fraco, uma célula individual pode percorrer uma distância muito curta durante sua vida, menos de dois quilômetros; no entanto, em tempestades maiores, novas células são acionadas pela corrente descendente que sai da célula madura, dando a impressão de movimento rápido que nem sempre coincide com a direção do vento. Em grandes tempestades multicelulares, há um padrão em que uma nova célula se forma à direita do fluxo de ar transportador no Hemisfério Norte e à esquerda do fluxo de ar transportador no Hemisfério Sul.

Energia

A energia que alimenta uma tempestade é o calor latente liberado quando o vapor de água se condensa e forma gotículas de nuvens. Para cada grama de água que se condensa na atmosfera, são liberadas aproximadamente 600 calorias de calor. Quando as gotas de água congelam no topo da nuvem, cerca de 80 calorias a mais por grama são liberadas. A energia térmica latente liberada é parcialmente convertida em energia cinética do fluxo ascendente. Uma estimativa aproximada da energia total de uma tempestade pode ser feita a partir da quantidade total de água que precipitou da nuvem. Típica é uma energia da ordem de 100 milhões de quilowatts-hora, o que equivale aproximadamente a uma carga nuclear de 20 quilotons (embora essa energia seja liberada em um volume de espaço muito maior e por um tempo muito maior). Grandes tempestades multicelulares podem ter de 10 a 100 vezes mais energia.

Downdrafts e frentes de tempestade

Frente forte de tempestade forte

As correntes descendentes nas tempestades ocorrem em altitudes onde a temperatura do ar é mais baixa que a temperatura no espaço circundante, e esse fluxo se torna ainda mais frio quando as partículas de gelo da precipitação começam a derreter e as gotas das nuvens evaporam. O ar na corrente descendente não é apenas mais denso que o ar circundante, mas também carrega um momento angular horizontal diferente do ar circundante. Se ocorrer uma corrente descendente, por exemplo, a uma altura de 10 km, ela atingirá a superfície da Terra com uma velocidade horizontal visivelmente maior que a velocidade do vento perto da Terra. Perto do solo, esse ar é transportado antes de uma tempestade a uma velocidade maior que a velocidade de toda a nuvem. É por isso que um observador no solo sentirá a aproximação de uma tempestade ao longo de uma corrente de ar frio antes mesmo que a nuvem de tempestade esteja sobre sua cabeça. A corrente descendente que se propaga ao longo do solo forma uma zona com uma profundidade de 500 metros a 2 km com uma nítida diferença entre o ar frio da ribeira e o ar quente e húmido a partir do qual se forma a trovoada. A passagem dessa frente de tempestade é facilmente determinada pelo aumento do vento e uma queda repentina da temperatura. Em cinco minutos, a temperatura do ar pode cair 5°C ou mais. A rajada forma uma porta de rajada característica com um eixo horizontal, uma queda acentuada na temperatura e uma mudança na direção do vento.

Em casos extremos, a frente de instabilidade criada pelo downdraft pode atingir velocidades superiores a 50 m/s e causar danos a residências e plantações. Mais frequentemente, rajadas severas ocorrem quando uma linha organizada de tempestades se desenvolve em condições de vento forte em altitudes médias. Ao mesmo tempo, as pessoas podem pensar que essas destruições são causadas por um tornado. Se não houver testemunhas que tenham visto a característica nuvem funil de um tornado, a causa da destruição pode ser determinada pela natureza da destruição causada pelo vento. Nos tornados, a destruição tem um padrão circular, e uma tempestade causada por uma corrente descendente carrega a destruição principalmente em uma direção. O tempo frio é geralmente seguido de chuva. Em alguns casos, as gotas de chuva evaporam completamente durante o outono, resultando em uma tempestade seca. Na situação oposta, típica de tempestades multicélulas e supercélulas severas, ocorre chuva forte com granizo, causando inundações repentinas.

Tornados

Um tornado é um forte redemoinho de pequena escala sob nuvens de tempestade com um eixo aproximadamente vertical, mas muitas vezes curvo. Uma diferença de pressão de 100-200 hPa é observada da periferia para o centro do tornado. A velocidade do vento em tornados pode ultrapassar 100 m/s, teoricamente pode atingir a velocidade do som. Na Rússia, os tornados ocorrem relativamente raramente, mas causam enormes danos. A maior frequência de tornados ocorre no sul da parte europeia da Rússia.

Livni

Em pequenas tempestades, o pico de cinco minutos de precipitação intensa pode ultrapassar 120 mm/hora, mas o restante da chuva tem uma intensidade de ordem de grandeza menor. Uma tempestade média produz cerca de 2.000 metros cúbicos de chuva, mas uma grande tempestade pode produzir dez vezes mais. Grandes tempestades organizadas associadas a sistemas convectivos de mesoescala podem produzir de 10 a 1000 milhões de metros cúbicos de precipitação.

Estrutura elétrica de uma nuvem de tempestade

Estrutura de cargas em nuvens de tempestade em diferentes regiões

A distribuição e o movimento de cargas elétricas dentro e ao redor de uma nuvem de tempestade é um processo complexo e em constante mudança. No entanto, é possível apresentar um quadro generalizado da distribuição de cargas elétricas no estágio de maturidade da nuvem. Domina uma estrutura de dipolo positivo, na qual a carga positiva está no topo da nuvem e a carga negativa está abaixo dentro da nuvem. Na base da nuvem e abaixo dela, observa-se uma carga positiva menor. Os íons atmosféricos, movendo-se sob a ação de um campo elétrico, formam camadas de proteção nos limites da nuvem, mascarando a estrutura elétrica da nuvem de um observador externo. As medições mostram que, sob várias condições geográficas, a principal carga negativa de uma nuvem de tempestade está localizada em altitudes com temperatura ambiente de -5 a -17 °C. Quanto maior a velocidade da corrente ascendente na nuvem, maior é o centro da carga negativa. A densidade de carga espacial está na faixa de 1-10 C/km³. Existe uma proporção significativa de trovoadas com uma estrutura de carga inversa: - uma carga negativa na parte superior da nuvem e uma carga positiva na parte interna da nuvem, bem como uma estrutura complexa com quatro ou mais zonas de espaço cargas de polaridade diferente.

mecanismo de eletrificação

Muitos mecanismos foram propostos para explicar a formação da estrutura elétrica de uma nuvem de tempestade, e esta área da ciência ainda é uma área de pesquisa ativa. A principal hipótese é baseada no fato de que se as partículas maiores e mais pesadas da nuvem são predominantemente carregadas negativamente, e as pequenas partículas mais leves carregam uma carga positiva, então a separação espacial das cargas espaciais ocorre devido ao fato de que as partículas grandes caem a uma velocidade maior do que pequenos componentes da nuvem. Este mecanismo é geralmente consistente com experimentos de laboratório que mostram forte transferência de carga quando partículas de pelotas de gelo (grãos são partículas porosas de gotículas de água congeladas) ou partículas de granizo interagem com cristais de gelo na presença de gotículas de água super-resfriadas. O sinal e a magnitude da carga transferida durante os contatos dependem da temperatura do ar circundante e do teor de água da nuvem, mas também do tamanho dos cristais de gelo, da velocidade da colisão e de outros fatores. Também é possível a ação de outros mecanismos de eletrificação. Quando a magnitude do volume de carga elétrica acumulada na nuvem se torna grande o suficiente, ocorre uma descarga atmosférica entre as áreas carregadas com sinal oposto. Uma descarga também pode ocorrer entre uma nuvem e o solo, uma nuvem e uma atmosfera neutra, uma nuvem e a ionosfera. Em uma tempestade típica, dois terços a 100 por cento das descargas são descargas intranuvem, descargas internuvem ou descargas nuvem-ar. O restante são descargas nuvem-solo. Nos últimos anos, ficou claro que um raio pode ser iniciado artificialmente em uma nuvem, que em condições normais não passa para o estágio de tempestade. Em nuvens que possuem zonas de eletrização e criam campos elétricos, os raios podem ser iniciados por montanhas, arranha-céus, aeronaves ou foguetes que estejam na zona de fortes campos elétricos.

Zarnitsa - flashes instantâneos de luz no horizonte durante uma tempestade distante.

Durante os relâmpagos, não se ouvem trovões devido à distância, mas podem-se ver relâmpagos, cuja luz é refletida pelas nuvens cumulonimbus (principalmente seus topos). O fenômeno é observado no escuro, principalmente após o dia 5 de julho, na época da colheita dos grãos, por isso o raio foi cronometrado pelo povo para o final do verão, início da colheita, e às vezes é chamado de padeiro.

tempestade de neve

Esquema da formação de uma tempestade de neve

Uma tempestade de neve (também uma tempestade de neve) é uma tempestade, um fenômeno meteorológico muito raro que ocorre no mundo 5 a 6 vezes por ano. Em vez de chuva forte, neve pesada, chuva congelante ou pelotas de gelo caem. O termo é usado principalmente na ciência popular e na literatura estrangeira (eng. trovoadaneve). Na meteorologia russa profissional, esse termo não existe: nesses casos, há uma tempestade e uma forte nevasca.

Casos de tempestades de inverno são observados em antigas crônicas russas: tempestades no inverno em 1383 (houve “um trovão muito terrível e um redemoinho é forte”), em 1396 (em Moscou em 25 de dezembro “... houve um trovão e um nuvem do país do meio-dia”), no ano 1447 (em Novgorod em 13 de novembro "... à meia-noite um terrível trovão e relâmpago é grande"), em 1491 (em Pskov em 2 de janeiro eles ouviram um trovão).

Devido à total imprevisibilidade e enorme poder raio(descargas de raios), eles representam um perigo potencial para inúmeras instalações de energia. A ciência moderna acumulou uma grande quantidade de informações teóricas e dados práticos sobre proteção contra raios e descargas atmosféricas, o que permite solucionar graves problemas relacionados com a proteção contra descargas atmosféricas de infraestruturas energéticas industriais e civis. Este artigo discute a física natureza das tempestades e o comportamento das descargas atmosféricas, cujo conhecimento será útil para uma proteção eficaz contra descargas atmosféricas e para a criação de um sistema integrado de aterramento de subestações elétricas.

Relâmpagos da natureza e nuvens de tempestade

Na estação quente nas latitudes médias, durante o movimento de um ciclone, com umidade suficiente e fortes correntes de ar ascendentes, ocorrem frequentemente descargas atmosféricas (raios). A razão desse fenômeno natural está na enorme concentração de eletricidade atmosférica (partículas carregadas) nas nuvens de tempestade, nas quais, na presença de correntes ascendentes, as cargas negativas e positivas são separadas com o acúmulo de partículas carregadas em diferentes partes da nuvem. Hoje, existem várias teorias sobre a eletricidade atmosférica e a eletrificação de nuvens de tempestade, como os fatores mais importantes que têm impacto direto no projeto e criação de proteção integrada contra raios e aterramento de instalações de energia.

De acordo com os conceitos modernos, a formação de partículas carregadas nas nuvens está associada à presença de um campo elétrico próximo à Terra, que possui carga negativa. Perto da superfície do planeta, a intensidade do campo elétrico é de 100 V/m. Este valor é quase o mesmo em todos os lugares, não depende da hora e local das medições. O campo elétrico da Terra se deve à presença de partículas carregadas livres no ar atmosférico, que estão em constante movimento.

Por exemplo, em 1 cm3 de ar existem mais de 600 partículas carregadas positivamente e o mesmo número de partículas carregadas negativamente. Com a distância da superfície da Terra no ar, a densidade das partículas com carga aumenta acentuadamente. Perto do solo, a condutividade elétrica do ar é insignificante, mas já em altitudes superiores a 80 km, a condutividade elétrica aumenta em um fator de 3.000.000.000 (!) e se iguala à condutividade da água doce. Se fizermos analogias, então, em uma primeira aproximação, nosso planeta pode ser comparado a um enorme capacitor em forma de bola.

Nesse caso, a superfície da Terra e a camada de ar concentrada a uma altura de oitenta quilômetros acima da superfície da Terra são consideradas as placas. A parte da atmosfera com 80 km de espessura, que possui baixa condutividade elétrica, atua como isolante. Uma tensão de até 200 kV surge entre as placas de um capacitor virtual, e a intensidade da corrente pode chegar a 1.400 A. Esse capacitor tem uma potência incrível - cerca de 300.000 kW (!). No campo elétrico do planeta, a uma altura entre 1 e 8 quilômetros da superfície terrestre, condensam-se partículas carregadas e ocorrem trovoadas, que pioram o ambiente eletromagnético e são fonte de ruído de impulso nos sistemas de energia.

Os fenômenos de trovoada são classificados em tempestades frontais e térmicas. Na Fig. 1 mostra um diagrama da aparência de uma tempestade térmica. Como resultado da intensa exposição à luz solar, a superfície da Terra se aquece. Parte da energia térmica passa para a atmosfera e aquece suas camadas inferiores. As massas de ar quente se expandem e sobem mais alto. Já a uma altitude de dois quilômetros, eles atingem uma área de baixas temperaturas, onde ocorre a condensação de umidade e a formação de nuvens de trovoada. Essas nuvens são compostas de gotículas de água microscópicas que carregam uma carga. Como regra, as nuvens de tempestade se formam nos dias quentes de verão à tarde e são relativamente pequenas.

As tempestades frontais são formadas sob condições em que duas correntes de ar com temperaturas diferentes colidem com suas partes frontais. O fluxo de ar com baixa temperatura desce, mais próximo do solo, e as massas de ar quente sobem (Fig. 2). Nuvens de trovoada se formam em altitudes com baixas temperaturas onde o ar úmido se condensa. As tempestades frontais podem ter uma extensão bastante grande e cobrir uma área significativa.

Ao mesmo tempo, o ambiente eletromagnético de fundo é visivelmente distorcido, induzindo ruído de impulso nas redes elétricas. Essas frentes se movem a uma velocidade de 5 a 150 km/h e mais. Ao contrário das tempestades térmicas, as tempestades frontais são ativas quase 24 horas por dia e representam um sério perigo para as instalações industriais que não estão equipadas com um sistema de proteção contra raios e aterramento eficaz. Durante a condensação no campo elétrico do ar frio, formam-se gotas de água polarizadas (Fig. 3): há uma carga positiva na parte inferior das gotas e uma carga negativa na parte superior.

Devido às correntes de ar ascendentes, ocorre a separação das gotas de água: as menores sobem e as grandes caem para baixo. À medida que a gota se move para cima, a parte carregada negativamente da gota atrai cargas positivas e repele as negativas. Como resultado, a gota fica carregada positivamente. coleta gradualmente uma carga positiva. As gotas que caem atraem cargas negativas e ficam carregadas negativamente à medida que caem.

A fissão de partículas carregadas em uma nuvem de tempestade ocorre de maneira semelhante: partículas carregadas positivamente se acumulam na camada superior e partículas carregadas negativamente se acumulam na camada inferior. Uma nuvem de tempestade praticamente não é condutora, e por isso as cargas se conservam por algum tempo. Se um campo elétrico mais forte da nuvem afetar o campo elétrico de "tempo claro", ele mudará sua direção no local (Fig. 4).

A distribuição de partículas carregadas na massa da nuvem é extremamente desigual:
em alguns pontos, a densidade tem um valor máximo e em outros - um valor pequeno. No local de acúmulo de um grande número de cargas, forma-se um forte campo elétrico com intensidade crítica da ordem de 25-30 kV / cm, surgindo condições adequadas para a formação de raios. Uma descarga elétrica de um raio é como uma faísca observada no espaço entre os eletrodos que conduzem bem a eletricidade.

Ionização do ar atmosférico

O ar atmosférico consiste em uma mistura de gases: nitrogênio, oxigênio, gases inertes e vapor d'água. Os átomos desses gases se combinam em ligações fortes e estáveis, formando moléculas. Cada átomo é um núcleo de prótons com carga positiva. Elétrons com carga negativa ("nuvem de elétrons") giram em torno do núcleo.

Em termos quantitativos, a carga do núcleo e a carga total dos elétrons são iguais entre si. Durante a ionização, os elétrons deixam o átomo (molécula). No processo de ionização atmosférica, são formadas 2 partículas carregadas: um íon positivo (um núcleo com elétrons) e um íon negativo (um elétron livre). Como muitos fenômenos físicos, a ionização requer uma certa quantidade de energia, chamada energia de ionização do ar.

Quando surge tensão suficiente na camada de ar formada por 2 eletrodos condutores, todas as partículas carregadas livres, sob a influência da intensidade do campo elétrico, começam a se mover de maneira ordenada. A massa de um elétron é muitas vezes (10.000 ... 100.000 vezes) menor que a massa do núcleo. Como resultado, quando um elétron livre se move no campo elétrico da camada de ar, a velocidade dessa partícula carregada é muito maior que a velocidade do núcleo. Tendo um momento significativo, o elétron destaca facilmente novos elétrons das moléculas, tornando assim a ionização mais intensa. Este fenômeno é chamado de ionização por impacto (Fig. 5).

No entanto, nem em todas as colisões, um elétron é separado de uma molécula. Em alguns casos, os elétrons se movem para órbitas instáveis ​​longe do núcleo. Esses elétrons recebem parte da energia do elétron em colisão, o que leva à excitação da molécula (Fig. 6.).

O período de "vida" de uma molécula excitada é de apenas 10 a 10 segundos, após os quais o elétron retorna à sua órbita anterior, mais estável em termos de energia.

Quando o elétron retorna a uma órbita estável, a molécula excitada emite um fóton. O fóton, por sua vez, em certas condições, pode ionizar outras moléculas. Este processo foi chamado de fotoionização (Fig. 7). Existem também outras fontes de fotoionização: raios cósmicos de alta energia, ondas de luz ultravioleta, radiação radioativa, etc. (Fig. 8).

Como regra, a ionização das moléculas de ar ocorre em altas temperaturas. À medida que a temperatura aumenta, as moléculas de ar e os elétrons livres envolvidos no movimento térmico (caótico) adquirem maior energia e colidem com mais frequência entre si. O resultado dessas colisões é a ionização do ar, chamada de ionização térmica. No entanto, também podem ocorrer processos inversos, quando partículas carregadas neutralizam suas próprias cargas (recombinação). No processo de recombinação, nota-se intensa emissão de fótons.

Formação de serpentinas e descarga corona

Quando a intensidade do campo elétrico aumenta para valores críticos no espaço de ar entre as placas carregadas, pode ocorrer ionização por impacto, que é uma causa frequente de ruído de impulso de alta frequência. Sua essência é a seguinte: após a ionização por um elétron de uma molécula, aparecem dois elétrons livres e um íon positivo. As colisões subsequentes levam ao aparecimento de 4 elétrons livres e 3 íons com carga positiva.

Assim, a ionização assume um caráter de avalanche, que é acompanhada pela formação de uma grande quantidade de elétrons livres e íons positivos (Fig. 9 e 10). Os íons positivos se acumulam perto do eletrodo negativo e os elétrons carregados negativamente se movem para o eletrodo positivo.

No processo de ionização, os elétrons livres adquirem maior mobilidade que os íons, de modo que estes últimos podem ser considerados condicionalmente como partículas imóveis. Quando os elétrons passam para o eletrodo positivo, as cargas positivas remanescentes têm uma forte influência no estado do campo elétrico, levando a um aumento de sua força. Um grande número de fótons acelera a ionização do ar próximo ao ânodo e contribui para o surgimento de elétrons secundários (Fig. 11), que são fontes de avalanches repetidas (Fig. 12).

As avalanches secundárias resultantes se movem em direção ao ânodo, onde a carga positiva está concentrada. Os elétrons livres rompem a carga espacial positiva, levando à formação de um canal bastante estreito (streamer) no qual o plasma está localizado. Devido à excelente condutividade, o streamer “alonga” o ânodo, enquanto o processo de formação de avalanches de elétrons livres é acelerado e há um novo aumento na intensidade do campo elétrico (Fig. 13 e 14), movendo-se em direção à cabeça do o streamer. Elétrons adicionais se misturam com íons positivos, novamente levando à formação de plasma, devido ao qual o canal streamer se alonga.

Arroz. 13. Um aumento na intensidade do campo elétrico é acompanhado por um aumento na fotoionização e gera novas avalanches de partículas carregadas

Depois que a lacuna livre é preenchida com um streamer, começa o estágio de faísca da descarga (Fig. 15), que é caracterizado por ionização térmica superpotente do espaço e ultracondutividade do canal de plasma.

O processo de formação do streamer descrito é válido para pequenos gaps caracterizados por um campo elétrico uniforme. No entanto, de acordo com sua forma, todos os campos elétricos são divididos em homogêneos, ligeiramente não homogêneos e nitidamente não homogêneos:

• Dentro de um campo elétrico uniforme, a intensidade ao longo das linhas de força é caracterizada por um valor constante. Como exemplo, o campo elétrico na parte central de um capacitor tipo plano.
• Em um campo fracamente homogêneo, os valores de intensidade medidos ao longo das linhas de força diferem não mais que 2 ... 3 vezes; esse campo é considerado fracamente heterogêneo. Por exemplo, um campo elétrico entre 2 pára-raios esféricos ou um campo elétrico que ocorre entre a bainha de um cabo blindado e seu núcleo.
• Um campo elétrico é chamado de acentuadamente não homogêneo se for caracterizado por saltos significativos na força, o que leva a uma séria deterioração no ambiente eletromagnético. Em instalações elétricas industriais, via de regra, os campos elétricos apresentam uma forma nitidamente não homogênea, o que exige a verificação da compatibilidade eletromagnética dos dispositivos.

Em um campo nitidamente não homogêneo, os processos de ionização são coletados perto do eletrodo positivo ou negativo. Portanto, a descarga não pode atingir o estágio de faísca e, nesse caso, a carga é formada na forma de corona ("descarga corona"). Com um aumento adicional na força do campo elétrico, as flâmulas são formadas no entreferro e ocorre uma descarga de faísca. Portanto, se o comprimento do intervalo for de um metro, ocorrerá uma descarga de faísca com uma intensidade de campo de cerca de 10 kV/cm.

Forma líder de descarga elétrica

Com as dimensões do entreferro sendo de vários metros, as flâmulas sendo formadas não têm condutividade suficiente para o desenvolvimento de uma descarga completa. À medida que a serpentina se move, forma-se uma descarga elétrica, que assume a forma de líder. A parte do canal, chamada líder, é preenchida com partículas termicamente ionizadas. No canal líder, concentra-se uma quantidade significativa de partículas carregadas, cuja densidade é muito superior à média do streamer. Essa propriedade oferece boas condições para a formação de um streamer e sua transformação em líder.

Arroz. Fig. 16. O processo de movimento do streamer e o surgimento de um líder negativo (AB é a avalanche inicial; CD é o streamer formado).

Na Fig. 16 mostra um esquema clássico para o surgimento de um líder negativo. O fluxo de elétrons livres se move do cátodo para o ânodo. Os cones hachurados mostram as avalanches de elétrons formadas e as trajetórias dos fótons emitidos são mostradas como linhas onduladas. Em cada avalanche, colisões de elétrons ionizam o ar, e os fótons resultantes ionizam ainda mais outras moléculas de ar. A ionização assume um caráter maciço e inúmeras avalanches se fundem em um canal. A velocidade dos fótons é de 3*108 m/s, e a velocidade dos elétrons em movimento livre na parte frontal da avalanche é de 1,5*105 m/s.

O desenvolvimento de um streamer é mais rápido que o progresso de uma avalanche de elétrons. Na Fig. 16 mostra que durante a passagem da primeira distância de avalanche AB, um canal streamer com ultracondutividade ao longo de todo o comprimento é formado no segmento CD. Um streamer padrão se move a uma velocidade média de 106-107 m/s. Se os elétrons livres tiverem uma concentração suficientemente alta, ocorre intensa ionização térmica no canal do streamer, o que leva ao aparecimento de um líder, uma estrutura linear com um componente de plasma.

Durante o movimento do líder, novas flâmulas são formadas em sua parte final, que posteriormente também passam para o líder. Na Fig. A Figura 17 mostra o desenvolvimento de um líder negativo em um entreferro com um campo elétrico não homogêneo: o líder se move ao longo do canal do streamer (Fig. 17a); após a conclusão da transformação do canal streamer em líder, novas avalanches aparecem.

Arroz. 17. Esquema de formação e desenvolvimento de um líder negativo por um longo período.

As avalanches de elétrons se movem ao longo do entreferro (Fig. 17b) e uma nova serpentina é formada (Fig. 17c). Como regra, os streamers se movem ao longo de trajetórias aleatórias. Com tal formação de uma descarga atmosférica em intervalos de ar estendidos, mesmo em baixas intensidades de campo elétrico (de 1.000 a 2.000 V/cm), o líder percorre rapidamente distâncias consideráveis.

Quando o líder atinge o eletrodo oposto, o estágio líder da descarga atmosférica termina e o estágio da descarga reversa (principal) começa. Nesse caso, uma onda eletromagnética se propaga da superfície da Terra através do canal líder, devido ao qual o potencial do líder diminui para zero. Assim, um canal supercondutor é formado entre os eletrodos, por onde passa uma descarga elétrica.

Estágios de desenvolvimento de uma descarga atmosférica

As condições para a ocorrência de raios são formadas naquela parte da nuvem de tempestade, onde o acúmulo de partículas carregadas e a intensidade do campo elétrico atingiram valores limiares. Nesse ponto, desenvolve-se a ionização de impacto e formam-se avalanches de elétrons, a seguir, sob a influência da ionização foto e térmica, surgem os streamers, que se transformam em líderes.

a - exibição visual; b - característica atual.

O comprimento do raio é de centenas de metros e pode chegar a vários quilômetros (o comprimento médio de uma descarga atmosférica é de 5 km). Graças ao tipo de desenvolvimento do líder, o raio é capaz de percorrer distâncias consideráveis ​​​​em uma fração de segundo. O olho humano vê o raio como uma linha contínua de uma ou mais faixas brilhantes de branco, rosa claro ou azul brilhante. Na verdade, uma descarga atmosférica é composta por vários impulsos que incluem dois estágios: um líder e um estágio de descarga reversa.

Na Fig. 18 mostra a varredura temporal dos impulsos do raio, que mostra a descarga do estágio líder do primeiro impulso desenvolvendo-se na forma de etapas. Em média, a linha do passo é de cinquenta metros e o atraso entre os passos adjacentes chega a 30-90 µs. A velocidade média de propagação do líder é 105...106 m/s.

A forma gradual de desenvolvimento do líder é explicada pelo fato de que algum tempo é necessário para a formação de um streamer líder (uma pausa entre as etapas). Os pulsos subsequentes movem-se ao longo do canal ionizado e têm um estágio líder pronunciado em forma de seta. Depois que o líder atinge o 1º pulso da superfície terrestre, surge um canal ionizado, ao longo do qual a carga se move. Neste momento, inicia-se a 2ª etapa da descarga atmosférica (descarga reversa).

A descarga principal é visível na forma de uma linha brilhante contínua perfurando o espaço entre as nuvens de tempestade e a terra (relâmpago linear). Depois que a descarga principal atinge a nuvem, o brilho do canal de plasma diminui. Essa fase é chamada de pós-luminescência. Em uma descarga elétrica, são observados até vinte impulsos repetidos e a duração da própria descarga atinge 1 ou mais segundos.

Em quatro em cada dez casos, ocorre uma descarga atmosférica múltipla, que é a causa do ruído impulsivo nas redes elétricas. Em média, 3 ... 4 impulsos são anotados. A natureza dos pulsos repetidos está relacionada ao influxo gradual das cargas remanescentes na nuvem de tempestade para o canal de plasma.

Ação seletiva de uma descarga atmosférica

Quando o canal líder está apenas começando a se desenvolver, a intensidade do campo elétrico em sua cabeça é determinada pelo volume da carga do líder e pelo acúmulo de partículas carregadas sob a nuvem de tempestade. A direção prioritária da descarga depende das intensidades máximas do campo elétrico. Em uma altura considerável, essa direção é determinada apenas pelo canal do líder (Fig. 19).

Quando o canal líder de uma descarga atmosférica se move em direção à superfície da Terra, seu campo elétrico é distorcido pelo campo da Terra e pelas enormes instalações de energia terrestres. Os valores máximos de intensidade e a direção de propagação do líder do raio são determinados por suas próprias cargas e cargas concentradas no solo, bem como em estruturas artificiais (Fig. 20).

A altura H da cabeça do líder acima da superfície da Terra, na qual um efeito significativo no campo elétrico do líder de campos de carga se acumulou em uma quantidade significativa no solo e nas instalações de energia, o que pode mudar a direção do movimento do líder, é chamada de altura de orientação da descarga atmosférica.
Quanto mais cargas elétricas estiverem no canal líder, maior pode ser a mudança na trajetória do movimento do raio.

A Figura 21 mostra o movimento da descarga principal da superfície da terra para a nuvem de tempestade e a propagação do líder em direção à terra (superfície plana).

Quando uma descarga atmosférica se move em direção a uma estrutura de solo elevada (torre de transmissão de energia ou torre) em direção à descarga do líder que se propaga de uma nuvem de tempestade para a superfície da terra, um contra-líder se desenvolve a partir do suporte do solo (Fig. 22.). Nesse caso, a descarga principal ocorre no ponto de conexão dos líderes e se move nas duas direções.

Arroz. 22. Desenvolvimento do estágio líder (superior) e do estágio principal de descarga (inferior) quando uma descarga atmosférica atinge um suporte de metal

O processo de formação do raio mostra que a localização específica do raio é determinada no estágio líder. Se houver uma estrutura de arranha-céus diretamente sob a nuvem de tempestade (por exemplo, uma torre de televisão ou um poste de linha de energia), o líder emergente se moverá em direção ao solo pelo caminho mais curto, ou seja, em direção ao líder, que se estende para cima da estrutura do solo.

Com base na experiência prática, pode-se concluir que, na maioria das vezes, os raios atingem as instalações de energia que possuem aterramento eficiente e conduzem bem a eletricidade. Com igual altura, o raio atinge o objeto que possui melhor aterramento e alta condutividade elétrica. Em alturas diferentes de instalações de energia e se o solo próximo a elas também tiver resistividade diferente, o raio pode atingir uma instalação mais baixa localizada no solo com melhor condutividade (Fig. 23).

Arroz. 23. Suscetibilidade seletiva de descargas atmosféricas: solo com alta condutividade elétrica (a); solo com condutividade reduzida (b).

Este fato pode ser explicado pelo fato de que durante o desenvolvimento do estágio líder, as correntes de condução fluem por um caminho com maior condutividade, portanto, em algumas áreas, há uma concentração de cargas relacionadas ao líder. Como resultado, a influência do campo elétrico de cargas na superfície da Terra no campo elétrico do líder emergente aumenta. Isso explica a seletividade do raio. Como regra, áreas de solo e estruturas artificiais com alta condutividade são as mais afetadas. Na prática, foi estabelecido que nas linhas de alta tensão, os raios atingem não mais do que um terço dos suportes localizados em locais estritamente definidos.

A teoria do dano seletivo por descargas atmosféricas de objetos terrestres encontrou confirmação prática no arranjo de proteção contra raios e aterramento de instalações de energia de subestações elétricas. As áreas caracterizadas por baixa condutividade eram muito menos propensas a serem atingidas por raios. Na fig. 24 mostra o campo elétrico entre o solo e uma nuvem de tempestade antes de cair um raio.

Com uma mudança gradual na intensidade do campo elétrico de uma nuvem de tempestade, a condutividade do solo fornece um equilíbrio no número de cargas quando o campo elétrico da nuvem muda. Durante uma descarga atmosférica, a intensidade do campo muda tão rapidamente que, devido à baixa condutividade do solo, não há tempo para redistribuir as cargas. A concentração de cargas em locais separados leva a um aumento na intensidade do campo elétrico entre os locais característicos e a nuvem de tempestade (Fig. 25), de modo que a descarga atmosférica atinge seletivamente esses locais.

Isso confirma claramente a teoria da seletividade da descarga atmosférica, segundo a qual, em condições semelhantes, o raio sempre cai nos locais onde há aumento da condutividade elétrica do solo.

Os principais parâmetros do raio

Os seguintes parâmetros são usados ​​para caracterizar as correntes do raio:

• O valor máximo do impulso de corrente do raio.
• O grau de inclinação da frente da corrente do raio.
• A duração da frente do pulso atual.
• Duração total do pulso.

A duração do pulso da corrente do raio é o tempo necessário para que a descarga reversa percorra a distância entre a terra e a nuvem de trovoada (20...100 µs). A frente do pulso da corrente do raio neste caso está na faixa de 1,5 a 10 µs.

A duração média do pulso de corrente de descarga atmosférica tem um valor igual a 50 μs. Este valor é o valor padrão para o impulso de corrente do raio ao testar a rigidez dielétrica de cabos blindados: eles devem suportar descargas atmosféricas diretas e manter a integridade do isolamento. Para testar a resistência do isolamento quando exposto a impulsos de tensão de raio (os testes são regulados pelo GOST 1516.2-76), é adotado um impulso de tensão de raio padrão, mostrado na Fig. 26 (para conveniência dos cálculos, a frente real é reduzida a uma frente oblíqua equivalente).

No eixo vertical da varredura de sobretensão de surto em um nível igual a 0,3 Umax e 0,9 Umax, pontos de controle são marcados, conectados por uma linha reta. A interseção desta reta com o eixo do tempo e com a reta horizontal tangente a Umax permite determinar a duração do pulso Tf. O impulso padrão do raio tem um valor de 1,2/50: onde Tf=1,2 µs, Ti=50 µs (duração total do pulso).

Outra característica importante de um impulso de raio é a taxa de aumento da corrente de tensão na frente do pulso (inclinação frontal, A * μs). A Tabela 1 mostra os principais parâmetros das descargas atmosféricas para terrenos planos. Nas montanhas, há uma diminuição da amplitude das oscilações das correntes dos raios (quase duas vezes) em comparação com os valores das planícies. Isso se explica pelo fato de as montanhas estarem mais próximas das nuvens, portanto, em áreas montanhosas, os raios ocorrem com uma densidade muito menor de partículas carregadas nas nuvens de tempestade, o que leva a uma diminuição nos valores de amplitude das correntes dos raios.

De acordo com a tabela, quando um raio atinge torres de transmissão de energia de alta tensão, são geradas enormes correntes - mais de 200 kA. No entanto, tais descargas atmosféricas, que causam correntes significativas, são extremamente raras: correntes acima de 100 kA ocorrem em não mais que 2% do número total de descargas atmosféricas, e correntes acima de 150 kA ocorrem em menos de 0,5% dos casos. A distribuição probabilística dos valores de amplitude das correntes do raio dependendo dos valores de amplitude das correntes é mostrada na Fig. 27. Cerca de 40% de todas as descargas atmosféricas têm correntes que não excedem 20 kA.

Arroz. 28. Curvas de distribuição de probabilidade (em %) da inclinação da frente do pulso de corrente do raio. Curva 1 - para áreas planas; a curva 2 é para condições de montanha.

O nível de ruído de impulso e sobretensões que aparecem nas instalações de energia dependem da inclinação real da frente da corrente pulsada de uma descarga atmosférica. O grau de inclinação varia em uma ampla faixa e tem uma correlação fraca com os valores de amplitude das correntes do raio. Na fig. 28 mostra uma imagem da distribuição de probabilidade do nível de inclinação do impulso frontal da corrente do raio na planície (curva 1) e nas montanhas (curva 2).

Impacto das correntes do raio

Durante a passagem das correntes do raio através de vários objetos, estes estão sujeitos a influências mecânicas, eletromagnéticas e térmicas.
A geração significativa de calor pode destruir condutores metálicos de pequenas seções transversais (por exemplo, elos de fusíveis ou fios de telégrafo). Para determinar o valor crítico da corrente do raio Im (kA), na qual o condutor derrete ou mesmo evapora, a seguinte fórmula é usada

k - coeficiente específico dependendo do material do condutor (cobre 300...330, alumínio 200...230, aço 115...440).
Q é a seção transversal do condutor, mm2;
tm é a duração do pulso de corrente do raio, µs.

A menor seção do condutor (pára-raios), que garante sua segurança durante uma descarga atmosférica em uma instalação elétrica, é de 28 mm2. Em valores máximos de corrente, um condutor de aço da mesma seção transversal aquece até centenas de graus em questão de microssegundos, mas mantém sua integridade. Quando expostas a um canal de raios em peças de metal, elas podem derreter a uma profundidade de 3-4 mm. Quebras de fios individuais em cabos de proteção contra raios em linhas de energia geralmente ocorrem devido à queima excessiva por uma descarga de raio nos pontos de contato entre o canal de raios e o cabo.

Por esta razão, os pára-raios de aço têm seções significativas: os cabos de proteção contra raios devem ter pelo menos 35 mm2 de seção transversal e os pára-raios de haste devem ter pelo menos 100 mm2. Explosões e incêndios podem ocorrer quando um canal de raios atinge materiais combustíveis e inflamáveis ​​(madeira, palha, combustíveis e lubrificantes, combustíveis gasosos, etc.). O efeito mecânico da corrente de descargas atmosféricas se manifesta na destruição de estruturas de madeira, tijolo e pedra, nas quais não há proteção contra raios e aterramento completo.

A rachadura dos postes de transmissão de energia de madeira é explicada pelo fato de que a corrente do raio, passando pela estrutura interna da madeira, gera uma liberação abundante de vapor d'água, que rompe as fibras da madeira com sua pressão. Em tempo chuvoso, a rachadura da madeira é menor do que em tempo seco. Como a madeira úmida é caracterizada por uma melhor condutividade, portanto, a corrente do raio passa principalmente pela superfície da madeira, sem causar danos significativos às estruturas de madeira.

Durante uma descarga atmosférica, pedaços de madeira com até três centímetros de espessura e até cinco centímetros de largura geralmente se soltam de postes de madeira e, em alguns casos, um raio divide racks e travessias de postes que não estão equipados com aterramento ao meio. Nesse caso, os elementos metálicos dos isoladores (parafusos e ganchos) saem de seus lugares e caem no chão. Certa vez, um raio foi tão forte que um enorme choupo de cerca de 30 m de altura se transformou em uma pilha de pequenas lascas.

Passando por fendas estreitas e pequenas aberturas, as descargas atmosféricas produzem danos significativos. Por exemplo, as correntes do raio deformam facilmente os pára-raios tubulares instalados nas linhas de energia. Mesmo os dielétricos clássicos (pedra e tijolo) estão sujeitos aos efeitos prejudiciais de descargas poderosas. As forças eletrostáticas da natureza do impacto que as cargas restantes destroem facilmente edifícios de tijolos e pedras de paredes espessas.

Durante o estágio da descarga do raio principal próximo ao local de sua queda nos condutores e estruturas metálicas das instalações de energia, ocorrem captadores de impulso e sobretensões que, passando pelo aterramento das instalações de energia, criam ruído de impulso de alta frequência e uma tensão significativa queda atingindo 1.000 kV ou mais. As descargas atmosféricas podem ocorrer não apenas entre nuvens de tempestade e o solo, mas também entre nuvens individuais. Esse raio é totalmente seguro para o pessoal e equipamentos das instalações de energia. Ao mesmo tempo, descargas atmosféricas atingindo o solo representam um sério perigo para pessoas e dispositivos técnicos.

Atividade de tempestade no território da Federação Russa

Em diferentes partes do nosso país, a intensidade da atividade das trovoadas tem diferenças significativas. Nas regiões do norte, a atividade de tempestade mais fraca é observada. Ao deslocar-se para sul, verifica-se um aumento da atividade das trovoadas, que se caracteriza pelo número de dias do ano em que houve trovoadas. A duração média das tempestades para um dia de tempestade no território da Federação Russa é de 1,5 a 2 horas. A atividade de tempestade para qualquer ponto da Federação Russa é estabelecida de acordo com mapas meteorológicos especiais de atividade de tempestade, que são compilados com base em dados de observações de longo prazo de estações meteorológicas (Fig. 29).

Curiosidades sobre raios:

• Nas áreas onde a atividade do raio é de 30 horas por ano, em média, ocorre 1 raio por quilômetro quadrado da superfície da Terra em dois anos.
• A cada segundo, a superfície do nosso planeta sofre mais de cem relâmpagos.

Tempestade - o que é isso? De onde vêm os relâmpagos que cortam todo o céu e os trovões ameaçadores? A tempestade é um fenômeno natural. Os raios, chamados relâmpagos, podem se formar dentro das nuvens (cumulonimbus), ou entre nuvens e nuvens. Eles geralmente são acompanhados por trovões. Os raios estão associados a chuvas fortes, ventos fortes e, muitas vezes, a granizo.

Atividade

Uma tempestade é uma das mais perigosas, as pessoas atingidas por um raio sobrevivem apenas em casos isolados.

Ao mesmo tempo, aproximadamente 1.500 tempestades operam no planeta. A intensidade das descargas é estimada em cem raios por segundo.

A distribuição de tempestades na Terra é desigual. Por exemplo, existem 10 vezes mais deles nos continentes do que no oceano. A maioria (78%) das descargas atmosféricas está concentrada nas zonas equatorial e tropical. As trovoadas são especialmente frequentes na África Central. Mas as regiões polares (Antártica, Ártico) e os postes de raios são praticamente invisíveis. Acontece que a intensidade de uma tempestade está associada a um corpo celeste. Nas latitudes médias, seu pico ocorre nas horas da tarde (dia), no verão. Mas o mínimo foi registrado antes do nascer do sol. As características geográficas também são importantes. Os centros de tempestades mais poderosos estão na Cordilheira e no Himalaia (regiões montanhosas). O número anual de "dias de tempestade" também é diferente na Rússia. Em Murmansk, por exemplo, existem apenas quatro, em Arkhangelsk - quinze, Kaliningrado - dezoito, São Petersburgo - 16, em Moscou - 24, Bryansk - 28, Voronezh - 26, Rostov - 31, Sochi - 50, Samara - 25 , Kazan e Yekaterinburg - 28, Ufa - 31, Novosibirsk - 20, Barnaul - 32, Chita - 27, Irkutsk e Yakutsk - 12, Blagoveshchensk - 28, Vladivostok - 13, Khabarovsk - 25, Yuzhno-Sakhalinsk - 7, Petropavlovsk-Kamchatsky - 1.

Desenvolvimento de trovoada

Como está indo? formada apenas sob certas condições. A presença de fluxos ascendentes de umidade é obrigatória, enquanto deve haver uma estrutura onde uma fração das partículas esteja em estado gelado e a outra em estado líquido. A convecção, que levará ao desenvolvimento de uma tempestade, ocorrerá em vários casos.

Aquecimento desigual das camadas superficiais. Por exemplo, sobre a água com uma diferença significativa de temperatura. Nas grandes cidades, a intensidade das trovoadas será um pouco mais forte do que nas áreas circundantes.

Quando o ar frio desloca o ar quente. A convenção frontal freqüentemente se desenvolve simultaneamente com nuvens oblíquas e nimbostratus (nuvens).

Quando o ar sobe em cordilheiras. Mesmo pequenas elevações podem levar ao aumento das formações de nuvens. Isso é convecção forçada.

Qualquer nuvem de tempestade, independentemente do seu tipo, passa necessariamente por três estágios: cúmulo, maturidade e decadência.

Classificação

As trovoadas foram classificadas por algum tempo apenas no local de observação. Eles foram divididos, por exemplo, em grafia, local, frontal. As tempestades agora são classificadas de acordo com características que dependem do ambiente meteorológico em que se desenvolvem. devido à instabilidade da atmosfera. Para a criação de nuvens de tempestade, esta é a condição principal. As características de tais fluxos são muito importantes. Dependendo de seu poder e tamanho, vários tipos de nuvens de tempestade são formados, respectivamente. Como eles são divididos?

1. Cumulonimbus unicelular, (local ou intramassa). Tem atividade de granizo ou trovoada. Dimensões transversais de 5 a 20 km, verticais - de 8 a 12 km. Essa nuvem "vive" até uma hora. Depois de uma tempestade, o tempo praticamente não muda.

2. Agrupamento multicelular. Aqui a escala é mais impressionante - até 1000 km. Um cluster multicelular abrange um grupo de células de tempestade que estão em diferentes estágios de formação e desenvolvimento e, ao mesmo tempo, formam um único todo. Como eles estão dispostos? Células de tempestade maduras estão localizadas no centro, enquanto as em decomposição podem ter até 40 km de diâmetro. Tempestades multicelulares de cluster “dão” rajadas de vento (pesadas, mas não fortes), chuva torrencial, granizo. A existência de uma célula madura é limitada a meia hora, mas o próprio aglomerado pode “viver” por várias horas.

3. Linhas de rajadas. Estas também são tempestades multicelulares. Eles também são chamados lineares. Eles podem ser sólidos ou com lacunas. As rajadas de vento são mais longas aqui (na frente principal). A linha multicelular aparece como uma parede escura de nuvens quando se aproxima. O número de fluxos (upstream e downstream) é bastante grande aqui. É por isso que esse complexo de tempestades é classificado como multicelular, embora a estrutura da tempestade seja diferente. A linha de instabilidade é capaz de produzir chuva intensa e granizo grande, mas é mais frequentemente “limitada” por fortes correntes descendentes. Muitas vezes passa à frente de uma frente fria. Nas fotos, tal sistema tem a forma de um arco curvo.

4. Tempestades supercélulas. Essas tempestades são raras. Eles são especialmente perigosos para a propriedade e a vida humana. A nuvem deste sistema é semelhante à nuvem unicelular, pois ambas diferem em uma zona upstream. Mas eles têm tamanhos diferentes. Nuvem supercélula - enorme - perto de 50 km de raio, altura - até 15 km. Seus limites podem estar na estratosfera. A forma se assemelha a uma única bigorna semicircular. A velocidade dos fluxos ascendentes é muito maior (até 60 m/s). Uma característica é a presença de rotação. É isso que cria fenômenos extremos e perigosos (grande granizo (mais de 5 cm), tornados destrutivos). O principal fator para a formação de tal nuvem são as condições ambientais. Estamos falando de uma convenção muito forte com temperatura de +27 e vento de direção variável. Tais condições surgem durante o cisalhamento do vento na troposfera. Formada nas correntes ascendentes, a precipitação é transferida para a zona descendente, o que garante uma vida longa para a nuvem. A precipitação é distribuída de forma desigual. Os chuveiros estão perto da corrente ascendente e o granizo está mais perto do nordeste. A parte traseira da tempestade pode mudar. Então a zona mais perigosa estará perto da corrente ascendente principal.

Existe também o conceito de "tempestade seca". Este fenómeno é bastante raro, característico das monções. Com tal tempestade, não há precipitação (elas simplesmente não atingem, evaporando como resultado da exposição a altas temperaturas).

Velocidade de movimento

Numa trovoada isolada, é cerca de 20 km/h, por vezes mais rápido. Se as frentes frias estiverem ativas, a velocidade pode chegar a 80 km/h. Em muitas tempestades, as velhas células de tempestade são substituídas por novas. Cada um deles percorre uma distância relativamente curta (cerca de dois quilômetros), mas no conjunto a distância aumenta.

mecanismo de eletrificação

De onde vêm os raios? em torno das nuvens e dentro delas estão em constante movimento. Este processo é bastante complicado. É mais fácil imaginar como as cargas elétricas funcionam em nuvens maduras. A estrutura positiva dipolo domina neles. Como é distribuído? A carga positiva é colocada no topo e a carga negativa é colocada abaixo dela, dentro da nuvem. Segundo a hipótese principal (essa área da ciência ainda pode ser considerada pouco explorada), as partículas mais pesadas e maiores têm carga negativa, enquanto as pequenas e leves têm carga positiva. Os primeiros caem mais rápido que os últimos. Isso se torna a razão para a separação espacial das cargas espaciais. Este mecanismo é confirmado por experimentos de laboratório. Partículas de pelotas de gelo ou granizo podem ter uma forte transferência de carga. A magnitude e o sinal dependerão do teor de água da nuvem, da temperatura do ar (ambiente) e da velocidade de colisão (os principais fatores). A influência de outros mecanismos não pode ser excluída. As descargas ocorrem entre a terra e a nuvem (ou a atmosfera neutra ou a ionosfera). É neste momento que observamos flashes dissecando o céu. Ou relâmpago. Este processo é acompanhado por estrondos altos (trovão).

A tempestade é um processo complexo. Pode levar muitas décadas, e talvez até séculos, para estudá-lo.