Severe Weather 101
Często zadawane pytania na temat wyładowań atmosferycznych
Co to jest błyskawica? Błyskawica to gigantyczna iskra elektryczności w atmosferze między chmurami, powietrzem lub ziemią. We wczesnych stadiach rozwoju powietrze działa jako izolator między dodatnimi i ujemnymi ładunkami w chmurze oraz między chmurą a ziemią. Kiedy przeciwne ładunki wystarczająco się nagromadzą, izolacyjność powietrza spada i następuje gwałtowne wyładowanie elektryczne, które znamy jako błyskawica. (Faktyczny proces rozpadu jest nadal słabo poznany.) Rozpad powietrza powoduje powstawanie jonów i wolnych elektronów, które przemieszczają się w kanale przewodzącym. Ten przepływ prądu tymczasowo wyrównuje naładowane obszary atmosfery, aż do ponownego nagromadzenia się przeciwnych ładunków.
Błyskawica z burz zaczyna się w silnym polu elektrycznym między przeciwnymi ładunkami w chmurze burzowej i może pozostać całkowicie w chmurze (błyskawica wewnątrz chmury), gdy obszary ładowania mają podobną siłę (zrównoważone) lub mogą dotrzeć do ziemi (chmura do ziemi), gdy jeden z regionów jest znacznie silniejszy od drugiego (niezrównoważony).
Piorun jest jednym z najstarszych obserwowanych zjawisk naturalnych na Ziemi. Można go zobaczyć podczas erupcji wulkanów, niezwykle intensywnych pożarów lasów (chmury pyrocumulonimbus), powierzchniowych detonacji jądrowych, silnych śnieżyc, dużych huraganów i oczywiście burz. Co to są błyski chmur? Błysk chmury to błyskawica, która pojawia się wewnątrz chmury, przemieszcza się z jednej części chmury do drugiej, a niektóre kanały mogą rozciągać się w czyste powietrze. Co to jest „stopniowy przywódca”? Stopniowym liderem jest rozwój skierowanego w dół kanału wyładowań atmosferycznych. W szczególności ujemnie naładowane kanały piorunów nie rozprzestrzeniają się w sposób ciągły, ale w stosunkowo krótkich „krokach”, w których powietrze z przodu jest jonizowane w postaci wielu „strumieni” o niskim przewodnictwie. Streamer, który rozwija bardziej aktualne i lepsze przewodnictwo, może stać się kolejnym krokiem łączącym się z kanałem „lidera”. Czy można mieć grzmot bez błyskawicy? Nie, nie można mieć grzmotu bez błyskawicy. Grzmot zaczyna się jako fala uderzeniowa z gwałtownie rozszerzającego się kanału pioruna, gdy duży prąd powoduje szybkie nagrzewanie. Jest jednak możliwe, że zobaczysz błyskawicę i nie usłyszysz grzmotu, ponieważ było zbyt daleko. Czasami nazywa się to „błyskawicą cieplną”, ponieważ występuje najczęściej latem. Czy burza zawsze jest wytwarzana przez burzę? Burze zawsze mają błyskawice (burze są powodowane przez pioruny, a burzy nie można mieć bez piorunów!), Ale możesz mieć błyskawice bez burzy. Błyskawice można również zobaczyć podczas erupcji wulkanów, wybuchów jądrowych na powierzchni oraz podczas ulewnych burz śnieżnych („piorunujący śnieg”). Co powoduje grzmot? Grzmot jest wywoływany przez piorun. Jasne światło pioruna wywołanego uderzeniem powrotnym wspomnianym powyżej przedstawia wielkie energii. Energia ta ogrzewa powietrze w kanale do temperatury powyżej 50 000 ° F w zaledwie kilka milionowych części sekundy! Powietrze, które jest teraz ogrzane do tak wysokiej temperatury, nie miało czasu na rozprężenie, więc jest teraz bardzo wysokie ciśnienie. Powietrze o wysokim ciśnieniu rozszerza się następnie na zewnątrz do otaczającego powietrza, ściskając je i powodując zakłócenia, które rozchodzą się we wszystkich kierunkach od uderzenia. Zakłócenie to fala uderzeniowa przez pierwsze 10 metrów, po czym staje się zwykłą falą dźwiękową lub grzmot.
Co to jest sucha błyskawica? Piorun suchy to błyskawica, która występuje w pobliżu bez deszczu. Centrum Prognozowania Burzy NOAA rutynowo publikuje prognozy dotyczące suchych wyładowań atmosferycznych, ponieważ ten rodzaj najprawdopodobniej spowoduje pożary lasów. Co to jest „piorun z błękitu”? „Piorun z błękitu” to błysk z chmury do ziemi, który zazwyczaj wychodzi z boku chmury burzowej, przemieszcza się na stosunkowo dużą odległość w czystym powietrzu z dala od chmury burzowej , a następnie pochyla się i uderza w ziemię. Udokumentowano, że te błyskawice podróżują kilka mil od chmury burzowej. Mogą być szczególnie niebezpieczne, ponieważ wydają się pochodzić z czystego, błękitnego nieba.
Rowerzysta w kasku doświadczył uderzenia pioruna w głowę przy dobrej pogodzie na bezchmurnym niebie. Ustalono, że pocisk prawdopodobnie powstał podczas burzy, która była oddalona o około 16 km (około dziesięciu mil) i zasłonięta górami. Czy piorun zawsze uderza w najwyższy obiekt? Nigdy nie mów zawsze! Piorun uderza zwykle w najwyższy obiekt. Ma sens, że najwyższy obiekt najprawdopodobniej wytworzy skierowane w górę serpentyny, które połączą się z skierowanym w dół liderem błyskawic.Jakim rodzajem elektryczności jest błyskawica? Piorun to wyładowanie elektrostatyczne, któremu towarzyszy emisja światła widzialnego i innych form promieniowania elektromagnetycznego. Ile woltów i watów jest w piorunach? Błyskawica może mieć od 100 milionów do 1 miliarda woltów i zawiera miliardy watów. Dlaczego dodatnie pioruny są uważane za bardziej niebezpieczne niż bardziej powszechne ujemnie naładowane pioruny? Nie chcesz napotkać żadnego z nich, ale dodatnia błyskawica może być uważana za bardziej niebezpieczną, ponieważ jej szczytowy prąd elektryczny jest często silniejszy, czas trwania błysku (ciągły) jest zwykle dłuższy, a jego szczytowy ładunek może być znacznie większy niż uderzenie ujemne. Uważa się, że prąd o dłuższym czasie trwania zwiększa również prawdopodobieństwo wywołania pożarów. Czy piorun uderza z nieba, czy z ziemi? Odpowiedź brzmi: jedno i drugie. Błyskawica z chmury do ziemi pochodzi z nieba, ale część, którą widzisz, pochodzi z ziemi. Typowy błysk z chmury do ziemi obniża ścieżkę ujemnej elektryczności (której nie widzimy) w kierunku ziemi w serii wyrzutów. Obiekty na ziemi mają zazwyczaj ładunek dodatni podczas typowej burzy. (Ładunek, który gromadzi się na małym obszarze powierzchni Ziemi i znajdujących się na niej obiektów jest określony przez ładunek netto nad nim, ponieważ powierzchnia Ziemi jest względnie przewodząca i może poruszać ładunek w odpowiedzi na burzę). Ponieważ przeciwieństwa się przyciągają, z obiektu, który ma zostać uderzony, wysyłany jest strumień w górę. Kiedy te dwie ścieżki się spotykają, suwak powrotny zsuwa się z powrotem do nieba. To uderzenie powrotne powoduje powstanie widocznego błysku, ale wszystko dzieje się tak szybko – w ciągu kilku tysięcznych sekundy – tak że ludzkie oko nie widzi rzeczywistej formacji udaru. Naturalne błyskawice mogą również wywoływać wyładowania w górę z wysokich wieże, takie jak anteny rozgłoszeniowe. Więcej informacji na temat chmury do ziemi (i innych rodzajów wyładowań atmosferycznych) można znaleźć na stronie Severe Weather 101: Lightning Types. Jak gorące mogą powodować błyskawice w powietrzu? Energia wyładowań atmosferycznych ogrzewa otaczające powietrze od 18 000 stopni Fahrenheita do 60 000 stopni Fahrenheita. Co powoduje, że błyskawica jest zabarwiona, a nie zwykła biała lub niebieska? Błyskawica może mieć wiele różnych kolorów w zależności od tego, przez jaki sposób światło dociera do Twoich oczu. W przypadku burz śnieżnych nieco rzadkie, różowe i zielone są często opisywane jako kolory błyskawic. Zamglenie, kurz, wilgoć, krople deszczu i wszelkie inne cząsteczki w atmosferze wpływają na kolor, pochłaniając lub rozpraszając część bieli błyskawica. W jaki sposób Ziemia korzysta z piorunów? Ziemia korzysta z piorunów na kilka sposobów. Po pierwsze, burze i błyskawice są częścią globalnego obwodu elektrycznego Ziemi. Burze z piorunami i naelektryzowane chmury są jak baterie, które powodują, że Ziemia ma ładunek ujemny, a atmosfera dodatni. Dzięki temu pole elektryczne przy dobrej pogodzie utrzymuje się na poziomie około 100 V / m w pobliżu powierzchni. Zawsze istnieje stały prąd ujemnie naładowanych jonów płynących w górę z całej powierzchni Ziemi (i dodatnich jonów w dół z atmosfery). Burze pomagają przenieść ujemne ładunki z powrotem na Ziemię (błyskawica jest zwykle naładowana ujemnie). Bez burz i wyładowań atmosferycznych równowaga elektryczna między ziemią a atmosferą zniknęłaby w ciągu 5 minut. Piorun powoduje również wytwarzanie substancji chemicznych wytwarzających ozon. Co dzieje się z ziemią, gdy uderza w nią piorun? Gdy piorun uderza w ziemię, zazwyczaj dochodzi do stopienia brudu i gliny w krzemionce. Rezultatem jest często szklista skała (zwana fulgurytem) w kształcie zawiniętej rury. Fulguryt występuje na całym świecie, ale występuje stosunkowo rzadko. Kolor zależy od minerałów w piasku, który został uderzony. Kształt w ziemi to kształt ścieżki, po której prąd piorunowy podąża w ziemi. Na tej ścieżce często dochodzi również do uszkodzeń traw.
Piorun wędrujący po pniu drzewa zamienia wodę w parę. Jeśli dostanie się pod korę do powierzchniowej wilgoci drewna, szybko rozprężająca się para może wyrzucić kawałki kory i gałęzi z drzewa, a drewno na ścieżce jest często zabijane, a ładunek przenoszony przez błyskawicę jest następnie rozpraszany wzdłuż powierzchni Ziemi. Jeśli jesteś blisko czegoś, w co uderzył piorun, takiego jak drzewo lub płot, ten proces może być bardzo niebezpieczny, ponieważ cały ten prąd nie rozprasza się natychmiast. Piorun może uderzyć w drzewo, a następnie rozgałęzić się i uderzyć w coś innego, lub gdy prąd przepłynie przez pień drzewa, może również przejść przez obszar bezpośrednio otaczający i do czegokolwiek lub kogokolwiek w pobliżu. Ten proces jest jednak dość szybki, więc ziemia lub cokolwiek, co zostało uderzone, nie pozostaje później niebezpieczne.
Prąd piorunowy może przemieszczać się jeszcze dalej przez wodę, metalowe ogrodzenia, linie energetyczne lub kanalizację. Prąd piorunowy może dostać się do budynku i przejść przez przewody lub instalację wodociągową i uszkodzić wszystko na swojej drodze.Podobnie w obszarach miejskich może uderzyć w słup lub drzewo, a następnie prąd przepływa do kilku pobliskich domów i innych konstrukcji i dociera do nich przez okablowanie lub kanalizację. Czy piorun może uderzyć dwa razy w to samo miejsce? Wbrew ludowej mądrości piorun uderza w to samo miejsce (lub prawie to samo miejsce) więcej niż raz. Może to być po prostu statystyczny przypadek (tj. Przy wszystkich występujących piorunach ostatecznie piorun uderzy gdzieś w pobliżu poprzedniego uderzenia pioruna w krótkim czasie). Może się również zdarzyć, że coś w witrynie zwiększa prawdopodobieństwo trafienia. Zazwyczaj, gdy piorun uderza w coś na ziemi, uderzony obiekt wysyła w górę słaby kanał, który łączy się z rozwijającym się w dół błyskiem i tworzy połączenie z ziemią. Wyższe obiekty z większym prawdopodobieństwem będą wytwarzać kanał skierowany w górę. Ale możliwe jest również, że coś, co lokalnie wpływa na zdolność gruntu do przewodzenia energii elektrycznej (np. Zawartość soli lub wilgoci w gruncie w danym momencie, obecność lub brak skały, stojącej wody, rur lub innych metalowych przedmiotów w ziemia), kształt terenu, kształt liści lub gałązek lub coś innego może sprawić, że dane miejsce zostanie uderzone bardziej niż inne pobliskie miejsce. Kiedy i gdzie piorun uderza najczęściej? Błyskawica pochodzi z macierzystej chmury cumulonimbus. Te chmury burzowe powstają wszędzie tam, gdzie jest wystarczająco dużo ruchu powietrza w górę, niestabilności konwekcyjnej i wilgoci, aby wytworzyć głęboką chmurę, która osiąga poziom zimniejszy niż temperatura zamarzania.
Warunki te najczęściej występują w ciepłych porach roku (wiosna, lato, wczesna jesień). Ogólnie rzecz biorąc, kontynentalna część Stanów Zjednoczonych ma coraz mniejszą ilość wyładowań atmosferycznych w kierunku północno-zachodnim. W ciągu całego roku największa częstotliwość wyładowań z chmury na ziemię występuje na Florydzie między Tampą a Orlando. Wynika to z obecności przez wiele dni w roku dużej zawartości wilgoci w atmosferze na niskich poziomach (poniżej 5000 stóp), a także wysokich temperatur powierzchniowych, które powodują silne bryzy morskie wzdłuż wybrzeży Florydy. Zachodnie góry w USA również wytwarzają silne ruchy w górę i przyczyniają się do częstych wyładowań atmosferycznych z chmury do ziemi. Wysokie częstotliwości występują również wzdłuż wybrzeża Zatoki Meksykańskiej, wybrzeża Atlantyku w południowo-wschodniej części Stanów Zjednoczonych oraz w głębi lądu od Zatoki. Regiony wzdłuż zachodniego wybrzeża Pacyfiku mają najmniej wyładowań atmosferycznych. W jaki sposób burze się elektryzują? Chmury elektryzują się, gdy silne prądy wznoszące (napędzane niestabilnością konwekcyjną i wilgocią) wytwarzają mieszaninę większych cząstek lodu (graupel), małych kryształków lodu oraz przechłodzonych kropli wody w stanie ciekłym i kryształków lodu w temperaturach poniżej zera (0 st. C). W tym środowisku odbijające się zderzenia między kryształkami lodu graupel powodują przenoszenie ładunku między cząstkami. Nazywa się to procesem nieindukcyjnym, ponieważ nie wymaga wcześniej istniejącego pola elektrycznego do polaryzacji cząstek. Dokładne mechanizmy fizyczne nie są w pełni zrozumiałe, ale wiąże się to z przenoszeniem masy z jednej cząsteczki na drugą, a znak ładunku zależy od temperatury i szybkości wzrostu cząstek. Graupel i kryształy zyskują przeciwne znaki ładunku, a następnie tworzą oddzielne obszary ładunku, ponieważ graupel spada szybciej w prądzie wstępującym.
Proces wtórny może wystąpić, gdy pole elektryczne wzrośnie i spowoduje polaryzację kropli (jony w kropelkach napędzane pole elektryczne po przeciwnych stronach kropli). Jeśli część kropli zamarznie na cząstce lodu, a reszta oderwie się, pewien ładunek jonów z kropli może zostać przechwycony przez lód. Jest to proces indukcyjny, ponieważ wymaga znacznego pola elektrycznego. Czy piorun zdarza się zimą? Piorun zdarza się rzadziej zimą, ponieważ w atmosferze nie ma tak dużej niestabilności i wilgoci, jak latem. Te dwa składniki współdziałają ze sobą, tworząc burze konwekcyjne, które mogą wywoływać błyskawice. Bez niestabilności i wilgoci silne burze są mało prawdopodobne.
Zimą powierzchnia lądu jest chłodniejsza, ponieważ słońce nie nagrzewa się tak bardzo, aby go ogrzać. Bez ciepłych temperatur powierzchniowych powietrze przypowierzchniowe nie unosi się zbyt daleko w atmosferze. W związku z tym rodzaje głębokich burz (o głębokości 8–15 km), które rozwijają się latem, nie mogłyby się rozwinąć.
Ciepłe powietrze utrzymuje się więcej pary wodnej. A kiedy para wodna skrapla się, tworząc ciekłą chmurę wody, uwalnia się utajone ciepło, które napędza burzę. Tak więc ciepłe, wilgotne powietrze w pobliżu powierzchni (i odpowiednie warunki na górze, które zapewniają dużą niestabilność) może powodować głęboką konwekcję, która może powodować wyładowania atmosferyczne. Co to jest Thundersnow? Chociaż burze są mniej powszechne zimą, czasami podczas burz śnieżnych mogą wystąpić błyskawice.Nazywana burzą śnieżną, stosunkowo silna niestabilność i obfita wilgoć mogą występować nad powierzchnią, na przykład nad ciepłym frontem, a nie na powierzchni, na której może być poniżej zera. Thundersnow jest czasami obserwowany poniżej Wielkiego Jeziora Słonego i Wielkich Jezior również podczas burz śnieżnych z efektem jeziora. Ile jest błysków rocznie? W sąsiednich 48 stanach wykryto średnio 20 000 000 błysków z chmury do ziemi, odkąd sieć wykrywania wyładowań atmosferycznych (NLDN) objęła całą kontynentalną część Stanów Zjednoczonych w 1989 r. Ponadto około połowa wszystkich błysków ma więcej niż jedną punkt uderzenia w ziemię, więc średnio każdego roku w USA co najmniej 30 milionów punktów jest uderzanych w ziemię. Oprócz błysków chmury do ziemi, jest około 5 do 10 razy więcej błysków chmur niż błysków ziemi. Jak mogę uchronić się przed piorunami? National Weather Service NOAA jest doskonałym źródłem informacji na temat bezpieczeństwa piorunów w pomieszczeniach i na zewnątrz oraz zagrożeń związanych z wyładowaniami atmosferycznymi. Jakie są szanse na porażenie piorunem? Według NWS, prawdopodobieństwo, że osoba w USA zostanie uderzona rok to jeden na 1,2 miliona. Szanse na bycie trafionym w życiu (szacowane na 80 lat) wynoszą 1 do 15 300. Więcej informacji o tym, skąd pochodzą te liczby, można znaleźć na stronie internetowej National Weather Service. Możesz jednak zmniejszyć ryzyko porażenia piorunem, udając się do dobrego schronienia, takiego jak zamknięty budynek (patrz link powyżej), jeśli w pobliżu jest burza! Najniebezpieczniejszym okresem burzy może być początek i koniec wyładowań atmosferycznych. Jeśli pierwszy błysk to CG, nastąpi to bez żadnego ostrzeżenia od poprzedniego grzmotu. Ostatni błysk burzy może nastąpić wiele minut po przedostatnim błysku, dlatego ważne jest, aby poczekać wystarczająco długo, aż warunki bezpieczeństwa jeszcze raz. Gdzie mogę uzyskać informacje o uderzeniach piorunów w mojej okolicy? Istnieje kilka firm, które gromadzą i archiwizują te dane, w tym Vaisala i Earth Networks, które obsługują sieci w Stanach Zjednoczonych. W rzeczywistości sami kupujemy dane o wyładowaniach (nie mamy środków na utrzymanie własnej sieci) i mamy ścisłe zasady dotyczące tego, jak możemy z nich korzystać.