Модель грозы, развивающейся в кучево-дождевых облаках смешанной структуры, должна быть значительно сложнее, чем модель теплой грозы. Это усложнение в первую очередь вызвано весьма большим числом механизмов электризации, в том числе и индукционных, которые могут действовать в таких облаках. Необходимо ожидать значительно большую грозовую активность в смешанных облаках как из-за большей вертикальной протяженности, так и вследствие развития в них весьма сильных восходящих токов. Вышеупомянутое может привести к заметному разнообразию в структуре и электрической активности отдельных гроз. В результате этого чрезвычайно усложняются условия построения общей модели грозы.[ ...]
В кучево-дождевых облаках, кроме процессов электризации капель, которые имеют место в теплых грозовых облаках, возможны процессы электризации при замерзании переохлажденных капель и таянии ледяных частиц, при разрушении ледяных частиц и при соударении ледяных и жидких частиц.[ ...]
При построении модели грозы необходимо определить последовательность и интенсивность различных механизмов электризации для того, чтобы оценить их значение и выяснить, какие из них и на какой стадии развития грозовых облаков являются основными. По-видимому, выполнить такую задачу можно только на основании представлений о развитии самих кучево-дождевых облаков. Поэтому будем рассматривать последовательные стадии развития кучево-дождевых облаков, начиная с момента преобразования мощных кучевых облаков в кучево-дождевые, и механизмы электризации, которые могут проявляться на этих стадиях развития.[ ...]
Вообще роль турбулентности в кучево-дождевых облаках проявляется двояким образом. С одной стороны, усиление турбулентности приводит к увеличению частоты соударений мелких частиц, которые при этом электризуются, и, следовательно, к увеличению зарядов в облаке. Но, с другой стороны, усиление турбулентности при наличии частиц с зарядами разных знаков должно приводить к более быстрой их нейтрализации. Поэтому чем больше турбулентность, тем быстрее будет наступать равновесное состояние в той части грозовых облаков, в которой в основном имеются частицы малых размеров. Такое состояние наблюдается в начальной стадии преобразования мощных кучевых облаков в кучеводождевые и в вершинах развитых кучево-дождевых облаков. Необходимо предположить, что свободный заряд в вершинах кучево-дождевых облаков образуется за счет зарядов, которые приносятся из центральных частей облака, а не в результате процессов электризации облачных элементов — капелек и ледяных кристаллов. Поэтому в дальнейшем мы будем считать несущественным для построения модели грозы рассмотрение процессов электризации облачных элементов самих по себе.[ ...]
Для градовой модели максимальный заряд крупы, по Мейсону, равен 3,7- 10 10 Кл, а средний 7- 10 и Кл. В такой модели проводимость воздуха может, по-видимому, достигать 10-12 См/м, так что время релаксации (100—200 с) значительно меньше времени накопления заряда на крупе. Для столь проводящей среды механизм электризации Мейсона—Лезема малоинтенсивен. Если принять, что интенсивность осадков (града и дождя) в градовой модели составляет 300 мм/ч, то средняя концентрация ледяных частиц в облаке сухого роста равна приблизительно 2 м 3. Тогда на границе сферы радиусом 500 м напряженность поля не будет превышать 2,5 X X Ю3 В/м.[ ...]
Роль зарядов крупы должна, вообще говоря, ограничиваться созданием поля вблизи границы области сухого роста, так как ниже этой границы механизмы электризации проявляются иным образом. Вследствие большой проводимости облачного воздуха эти заряды не могут длительно сохраняться на крупе и должны нейтрализоваться несколько ниже границы области сухого роста.[ ...]
В области мокрого роста может действовать механизм заряжения, заключающийся в контакте облачных капель с поверхностью смоченных градин, т. е. контакт вода—лед. Поэтому расчеты заряжения могут быть выполнены по формуле (126) с константами, принятыми выше, и Ук = 0,1 В. Результаты этих расчетов для грозовой и градовой моделей приведены на рис. 74. Согласно рисунку, для грозовой модели максимальный заряд градин на уровне изотермы 0°С равен 4- 10-и Кл, а для градовой 1,5 10-9 Кл. Средние заряды градин в сферах радиусом 1000 м, расположенных над уровнем изотермы 0°С, равны примерно 2-10-11 и 1,1 • 10-9 Кл соответственно. Для принятых выше значений интенсивности осадков для грозовой и градовой моделей средние концентрации градин в сферах составляют около 5 и 0,2 м 3 соответственно. Следовательно, на границе сферы напряженность поля для грозовой модели примерно 4-103 В/м, а для градовой — около 1,2 104 В/м.[ ...]
В области мокрого роста и в области таяния возможны процессы электризации при соударении градин с дождевыми каплями, при срывании капель с градин и при спонтанном разрушении крупных капель в электрическом поле. Как в восходящих, так и в нисходящих токах лишь первый из механизмов электризации будет приводить к усилению поля, тогда как остальные два — к ослаблению. Как следует из экспериментов [128], вероятность срывания капель с зарядами противоположных знаков примерно одинаковая.[ ...]
Поэтому механизм электризации, увеличивая число заряженных капель в облаке, не будет значительно влиять на скорость роста напряженности поля.[ ...]
Существуют два вида спонтанного разрушения капель — ган-теле- и грибообразное. Заряд, образующийся при гантелеобразном разрушении, мал по сравнению с зарядом, образующимся при грибообразном разрушении. Насколько можно судить по данным разных авторов, частота грибообразного разрушения капель мала по сравнению с частотой гантелеобразного разрушения. Поэтому общий заряд, который может образоваться в результате этого механизма электризации, будет небольшим по сравнению с зарядом, образующимся благодаря механизму электризации при соударении градин с каплями в электрическом поле. Необходимо еще учесть, что скорость разделения зарядов при спонтанном разрушении капель в несколько раз меньше, чем при соударении градин с каплями. Поэтому можно полагать, что скорость генерации зарядов незначительно изменится за счет механизма электризации при спонтанном разрушении капель в электрическом поле.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Зависимость от высоты заряда гидрометеора, образующегося в результате контактной электризации в области мокрого роста, в грозовой (/) и градовой (2) моделях. |
 |