ZJAWISKA ATMOSFERYCZNE BURZA Patryk Dziuba Klasa III B

Co to jest burza? Jak powstaje burza? Rodzaje burz Zjawiska towarzyszące burzy

BURZA to zjawisko zaburzenia równowagi atmosferycznej, przejawiające się obfitymi opadami, silnym wiatrem oraz często połączone z wyładowaniami elektrycznymi w postaci błyskawic i grzmotów.

JAK POWSTAJE BURZA? Każda burza, czy raczej chmura burzowa jest na początku małą chmurką typu cumulus. Aby zmienił się on w ogromną i groźnie wyglądającą chmurę burzową cumulonimbus musi być spełniony podstawowy warunek, mianowicie prądy wstępujące, tworzące chmurę muszą być odpowiednio silne, a powietrze odpowiednio wilgotne i zawierające odpowiednie stężenie jąder kondensacji.

Rozwój chmur burzowych można podzielić na trzy fazy: faza wzrostu faza dojrzała faza zaniku

FAZA WZROSTU Początkowo chmura Cumulus rozbudowuje się ku górze wskutek unoszenia kolejnych bąbli ciepłego powietrza. Przeważają w niej prądy wstępujące. Rosną cząstki chmurowe - kropelki wody i kryształki lodu. Znaczna część bąbli osiąga wymiary do 1500 m średnicy. Unoszone ku górze zwiększają jeszcze bardziej swoją objętość. Każdy nowy bąbel przemieszcza się tą samą drogą, co jego poprzednik, dlatego ponosi mniejsze straty ciepła na rzecz powietrza otaczającego i wyprzedza swojego poprzednika. W ten sposób chmura rozbudowuje się do góry i powstaje Cumulonimbus.

FAZA WZROSTU c.d. Sama chmura jest cieplejsza od otaczającego powietrza o ok. 2 stopnie, jednak na brzegach chmury parowanie kropelek wody zmniejsza temperaturę powietrza unoszącego się do góry, dlatego powietrze na brzegach zwalnia, zatrzymuje się i w końcu zaczyna opadać. Powstaje wówczas tzw. prąd zstępujący. Mimo to chmura nadal się rozbudowuje, a gdy jej górna część dojdzie do granicy troposfery na wysokość ok. 11km, wówczas rozwój chmury nie przebiega już w kierunku pionowym, lecz poziomym - górna część chmury rozpływa się na boki tworząc charakterystyczne kowadło. I tak właśnie wygląda ukształtowana chmura burzowa cumulonimbus.

Ukształtowana chmura burzowa cumulonimbus ( wygląd wewnętrzny). Faza wzrostu trwa zwykle ok 10-15 minut i obejmuje narodziny, początek i rozwój burzy. Chmura burzowa może zawierać nawet 250 kilometrów sześciennych powietrza, z czego większość pochodzi z dolnych warstw troposfery. Ukształtowana chmura burzowa cumulonimbus ( wygląd wewnętrzny).

Powstawanie komórek burzowych - zdjęcia

FAZA DOJRZAŁA Z mieszaniny przechłodzonych kropelek wody i kryształków lodu w środkowych warstwach chmury mogą tworzyć się krople deszczu i z chmury zaczyna padać deszcz lub grad. Jeśli nawet nie osiągnie powierzchni gruntu, to wewnątrz chmury i pod nią wystąpi silny prąd zstępujący, będący częściowo wynikiem działania siły tarcia między spadającymi kroplami i otaczającym powietrzem, a częściowo efektem tego, że spadające krople parują, obniżając temperaturę w otaczającym powietrzu i powodują ruch zimniejszego, cięższego powietrza w dół. Prędkość prądu zstępującego przy podstawie chmury dochodzi do 8 mxs-1. Powoduje on wewnątrz chmury, szczególnie w jej najniższych partiach, poziome różnice temperatury sięgające 4-5oC, co zwiększa prędkość prądu wstępującego, która może przekroczyć nawet 25 mxs-1.

FAZA DOJRZAŁA c.d. Chmura rośnie w górę następne 3000 m lub więcej i równocześnie zwiększa się jej objętość. Bąbel chmurowy objętości 250 km3 osiąga 420 km3, a jednocześnie w jego górnych warstwach leżących na wysokości powyżej 10 km, w temperaturze poniżej -50oC, następuje zlodzenie kropelek wody. W strefie pod chmurą chłodny prąd zstępujący tuż przy powierzchni Ziemi tworzy lokalny front chłodny kształtem przypominającym but. Jego przód zaznacza się silnymi porywami wiatru i poprzedza najczęściej chmurę burzową, dostarczając do góry ciepłe powietrze z dołu. Prędkość szkwału burzowego może przekraczać wówczas 25 mxs-1. Chmura burzowa rozwija się tak długo, jak długo unosi się ciepłe powietrze. Ta faza trwa 15-30 minut i odznacza się mocno zróżnicowanymi warunkami w chmurze oraz typowymi zjawiskami elektrycznymi.

Chmury burzowe w dojrzałej fazie - zdjęcia Charakterystyczne "kowadło" na szczycie dojrzałej chmury burzowej. Cumulonimbus

Faza zaniku obejmuje etapy rozpadu i rozproszenia chmur burzowych.    Kiedy bilans energetyczny chmury zbliży się do zera, (jej temperatura praktycznie zrówna się z temperaturą otaczającego powietrza) ustają wstępujące ruchy powietrza, które były dla dojrzałej chmury "źródłem życia". W górnej części chmury przechłodzone kropelki wodne zamieniają się częściowo w kryształki lodu - w miejsc "kowadła" chmury burzowej  powstają wysokie chmury altostratus. Duże krople spadają jeszcze z dolnej części chmury, podtrzymując opad, ale nie trwa on juz dłużej niż ok. pół godziny. Rozkład temperatury w ginącej chmurze upodabnia się do rozkładu w otaczającym powietrzu i chmura burzowa w końcu rozpada się. Faza zaniku obejmuje etapy rozpadu i rozproszenia chmur burzowych.

Chmury burzowe w fazie zaniku - zdjęcia Rozpadająca się chmura Cumulonimbus. Chmura Altostratus Chmura burzowa w fazie rozpadu

. RODZAJE BURZ: wewnątrz masowe frontowe - - wewnątrz masowe - występują w okresie zwiększonej temperatury powietrza nad danym obszarem powierzchni ziemi, czego następstwem jest wzrost chwiejności w atmosferze. - wewnątrz masowe - występują w okresie zwiększonej temperatury powietrza nad danym obszarem powierzchni ziemi, czego następstwem jest wzrost chwiejności w atmosferze. P. - frontowe - występują wraz z frontami chłodnym lub ciepłym. W przypadku frontów chłodnych, powietrze zimniejsze w pobliżu powierzchni ziemi wypycha w górę. . RODZAJE BURZ: wewnątrz masowe frontowe

BURZE WEWNĄTRZMASOWE występują w okresie zwiększonej temperatury powietrza nad danym obszarem powierzchni ziemi, czego następstwem jest wzrost chwiejności w atmosferze. Pojawiają się w pogodne dni nad lądem, lub w nocy nad powierzchnią cieplejszych wtedy od powietrza wód. Zasadniczo dzieli się je na dwa rodzaje: burze konwekcyjne ( termiczne), burze adwekcyjne

BURZE KONWEKCYJNE zwane też lokalnymi, termicznymi bądź cieplnymi, stanowiące większość wszystkich burz wewnątrz masowych i rozwijające się na skutek istnienia konwekcji cieplnej, prowadzącej do rozwoju potężnych kominów termicznych, w chwiejnej masie powietrza, a w efekcie do tworzenia się chmur konwekcyjnych, stopniowo się rozrastających w pionie i poziomie. Rozwijają się podczas słonecznej i upalnej pogody, posiadając wybitnie lokalny charakter.

Rozwój burzy konwekcyjnej , okolice Belska, 10 lipca 2011, godzina 11

Burza konwekcyjna - zdjęcia

BURZE ADWEKCYJNE zwane też wędrownymi, powstają na skutek napływu za chłodnym frontem atmosferycznym chłodniejszego powietrza nad silnie nagrzaną powierzchnię ziemi, co z kolei powoduje przyjęcie przez powietrze równowagi chwiejnej oraz rozwój pionowych prądów wstępujących, w całej masie powietrza. Burze tego rodzaju mogą powstawać nawet przy stosunkowo niskich temperaturach oraz cechują się dużo szybszymi prędkościami przemieszczania się.

Burza adwekcyjna - zdjęcia

frontowe - występują wraz z frontami chłodnym lub ciepłym frontowe - występują wraz z frontami chłodnym lub ciepłym. W przypadku frontów chłodnych, powietrze zimniejsze w pobliżu powierzchni ziemi wypycha w górę powietrze cieplejsze i zarazem wilgotne. Pojawiają się o każdej porze dnia i nocy. BURZE FRONTOWE występują wraz z frontami chłodnym lub ciepłym. W przypadku frontów chłodnych, powietrze zimniejsze w pobliżu powierzchni ziemi wypycha w górę powietrze cieplejsze i zarazem wilgotne. Pojawiają się o każdej porze dnia i nocy.

Burza frontowa - zdjęcia

ZJAWISKA TOWARZYSZĄCE BURZY Błyskawica Grzmot Piorun

Naładowaną elektrycznie warstwą atmosfery jest jonosfera, w której powietrze jest w znacznym stopniu zjonizowane. Krople deszczu i krupy gradowe są transportowane wewnątrz chmury przez prądy zarówno wstępujące jak i zstępujące. Podczas tego procesu uderzają o siebie, rozbijają się na mniejsze elementy i elektryzują. Dodatkowo ładunek dodatni ziemi jest unoszony przez ruchy wstępujące powietrza "zasilając" dodatkowo ładunek elektryczny chmury burzowej.

W górnej części chmury mamy dodatnie kryształki lodu, środkowa i niższa część chmury jest naładowana ujemnie, natomiast okolice podstawy chmury mają ładunek dodatni, jednak tylko w strefie, w której wieją prądy wznoszące. Różnica w rodzaju ładunków występujących w sąsiadujących ze sobą częściach chmury powoduje powstanie napięcia elektrycznego pomiędzy tymi obszarami . Wartością krytyczna tego napięcia jest wartość około 1 miliona woltów na metr - wówczas powstaje wyładowanie - obserwujemy błyskawicę.

BŁYSKAWICA efekt świetlny towarzyszący wyładowaniu atmosferycznemu. Powstaje na skutek pobudzenia, wysoką temperaturą, atomów gazu w sąsiedztwie kanału wyładowania atmosferycznego.

W kierunku ziemi zaczyna pędzić strumień elektronów, który torując sobie drogę w nieprzewodzącym powietrzu tworzy „kanał”, w którym powietrze jest silnie zjonizowane, a więc jest przewodnikiem prądu elektrycznego. Elektrony z chmury biegną owym kanałem aż do ziemi z prędkością 100km/s. Jest to wstępne wyładowanie zwane liderem. Tym samym kanałem biegną następnie od ziemi do chmury ładunki dodatnie, są to tzw. ładunki powrotne. Teraz jest to już wyładowanie główne, po którym następują kolejne - poprzez ten sam kanał, aż do momentu gdy ładunki elektryczne na obu końcach kanału (w chmurze i na ziemi) będą odpowiednio małe.

Po wyładowaniu kanał zanika - rozprasza się Po wyładowaniu kanał zanika - rozprasza się. Podczas wyładowania średni prąd płynący w kanale błyskawicy wynosi 20 tysięcy amperów. Tak duży prąd powoduje rozgrzanie zjonizowanego powietrza wewnątrz kanału do temperatury 30 tysięcy stopni, a więc pięciokrotnie większej niż temperatura powierzchni Słońca. Tak duże i szybkie nagrzanie się gazu skutkuje jego "eksplozją" czyli gwałtownym rozszerzaniem się (wszak z fizyki wiadomo, że im gaz gorętszy tym większą chce zająć objętość). Powstaje wtedy akustyczna fala uderzeniowa - grzmot.

GRZMOT efekt akustyczny towarzyszący wyładowaniu atmosferycznemu. Powstaje na skutek: gwałtownego rozprężania sie powietrza w sąsiedztwie kanału wyładowania atmosferycznego i przekształcania energii pola elektrostatycznego chmury burzowej w energię akustyczną. Wyładowania zachodzą między poszczególnymi częściami jednej chmury, pomiędzy chmurami lub między chmurą a ziemią. Te ostatnie nazywamy piorunami.

PIORUN wyładowanie elektryczne w atmosferze ziemskiej, zachodzące w chmurze burzowej, pomiędzy chmurami burzowymi lub pomiędzy chmurą burzową i powierzchnią Ziemi. Wyładowaniu atmosferycznemu towarzyszą: efekt świetlny – błyskawica oraz efekt dźwiękowy – grzmot.

RODZAJE BŁYSKAWIC liniowe płaskie wstęgowe kuliste

BŁYSKAWICA LINIOWA    Inaczej "iskrowa", to najbardziej znany rodzaj błyskawic. Jest to iskra wyładowcza z licznymi nieraz odgałęzieniami. Iskra główna zwykle uderza w ziemię i praktycznie zawsze wznieca pożar.

Kombinacja błyskawicy płaskiej i liniowej BŁYSKAWICA PŁASKA    Jest to błysk, który rozświetla całą powierzchnię chmury. Wyładowanie zachodzi w postaci bardzo szybko następujących po sobie iskrzeń. Błyskawica taka powstaje gdy potencjał elektryczny w chmurze jest już na tyle duży aby powstało wyładowanie, ale jeszcze za mały, aby pojawiła się błyskawica liniowa. Burze z takimi błyskawicami są zazwyczaj słabe. Kombinacja błyskawicy płaskiej i liniowej

BŁYSKAWICA WSTĘGOWA    To kilka wyładowań naraz, równoległych do siebie. Powstaje, gdy elektrony z chmury "znajdą" sobie kilka kanałów w obszarze powietrza o dość dobrych własnościach elektrycznych. Błyskawica taka może wzniecić kilka pożarów naraz.

odśrodkową wynikającą z obrotu. BŁYSKAWICA KULISTA    Świecąca jasno kula o rozmiarach od piłki tenisowej do futbolowej. Porusza się w nieprzewidywalny sposób, często zmieniając kierunek. Do pomieszczeń dostaje się przez otwarte okno lub przewód kominowy. Zwykle znika bezgłośnie, lecz czasem potrafi eksplodować pozostawiając w pomieszczeniu zapach dwutlenku azotu. Najczęściej przyjmuje się, że piorun kulisty to kula gorącego powietrza, powstała na skutek "minięcia się" w bliskiej odległości dwóch błyskawic, i obracająca się z ogromną prędkością. Stabilność jej zapewnia równowaga między ciśnieniem zewnętrznym a siłą odśrodkową wynikającą z obrotu.

BIBLIOGRAFIA: P. Bodzak „ Detekcja i lokalizacja wyładowań atmosferycznych” Warszawa 2006 Stachowski, M. Stachowski „Ilustrowana Encyklopedia dla całej rodziny” Kraków 2006 http://meteorologiaonline.republika.pl/burze.htm http://pl.wikipedia.org/wiki/burza http://pl.wikipedia.org/wiki/Chmura http://pl.wikipedia.org/wiki/Piorun http://www.malopolskatv.pl/burza-nad-malopolska http://www.twojapogoda.pl/wiadomosci/108822,tak-sie-tworza-chmury-burzowe

KONIEC