Метеословарь — глоссарий метеорологических терминов

	Ш

Шаровая молния — светящийся сгусток горячего газа, изредка появляющийся в грозовых погодных условиях.

Несмотря на то, что это явление пока ещё до конца не понято физикой, не стоит относиться к нему как к чему-то крайне необычному, тем более как к сверхъестественному. Это явление до конца не изучено, но активно изучается.

На сегодняшний день ясно, что шаровая молния — просто красочное атмосферное явление, проявление атмосферного электричества, и для его объяснения не потребуется привлечение каких-либо кардинально новых физических концепций.

Основной камень преткновения в этих исследованиях — отсутствие надёжной методики воспроизводимого получения шаровой молнии в управляемых, лабораторных условиях. Если бы это было достигнуто, задача была бы практически решена. Поныне в экспериментах удавалось получить нечто, лишь отдалённо схожее с шаровой молнией. И, изучая это «нечто», экспериментаторы пока не могут сказать, изучают ли они саму шаровую молнию или какое-то другое явление. Такое состояние дел в эксперименте и позволяет теоретикам выдвигать совершенно разные (а иногда и самые фантастические) предположения и гипотезы о сущности шаровой молнии.

Появление
Шаровая молния всегда появляется в грозовую, штормовую погоду; зачастую, но не обязательно, наряду с обычными молниями. Чаще всего она как бы «выходит» из проводников или порождается обычными молниями, иногда спускается из облаков, в редких случаях — неожиданно появляется в воздухе или, как сообщают очевидцы, может выйти и из какого-либо предмета (дерево, столб).

Поведение
Чаще всего шаровая молния движется горизонтально, приблизительно в метре над землёй, довольно хаотично. Имеет тенденцию «заходить» в помещения, протискиваясь при этом сквозь маленькие отверстия. Часто шаровая молния сопровождается звуковыми эффектами — треском, писком, шумами. Наводит радиопомехи. Нередки случаи, когда наблюдаемая шаровая молния аккуратно облетает находящиеся на пути предметы, так как по одной из теорий шаровая молния свободно перемещается по эквипотенциальным поверхностям.

Исчезновение
Шаровая молния живёт от 10 до 100 секунд, после чего обычно взрывается. Изредка она медленно гаснет или распадается на отдельные части. Если в спокойном состоянии от шаровой молнии исходит необычно мало тепла, то во время взрыва высвободившаяся энергия иногда разрушает или оплавляет предметы, испаряет воду.

Размер и форма
Размер (диаметр) шаровых молний варьируется от нескольких сантиметров до метра. Форма в подавляющем большинстве случаев сферическая, однако были сообщения о наблюдении вытянутых, дискообразных, грушевидных шаровых молний.

Свечение и цвет
Типичная суммарная мощность излучения — порядка 100 Вт; свечение иногда тусклее, иногда ярче. Цвет — начиная от белого и жёлтого, заканчивая зелёным. Часто отмечалась пятнистость свечения.

Адрес статьи: [Шаровая молния] на «Википедии»

Дополнительно.

Условия зарождения шаровой молнии

Подавляющее большинство наблюдателей показывают, шаровая молния образуется во время грозы после разряда линейной молнии. Лишь в сравнительно небольшом числе сообщений описываются случаи наблюдения шаровой молнии в ясную погоду. Поскольку молния может образоваться в произвольном участке канала линейной молнии, при разряде между тучей и землей или между тучами, наблюдатель далеко не всегда его видит, то вероятность наблюдения места возникновения шаровой молнии невелика. Сам процесс образования скоротечен и наблюдатель может видеть только результат этого процесса, когда канал линейной молнии исчезнет, спустя некоторое время после разряда.

Согласно данным опроса лишь 10% наблюдателей из 1500 опрошенных утверждают в своих сообщениях, что они видели момент зарождения шаровой молнии. Из них в 45 случаях она зародилась вблизи канала молнии, а в остальных 105 случаях — из различных металлических предметов (розеток, радиоприемников, металлических батарей и других предметов). В целом это находится в неплохом соответствии с выводом о невозможности наблюдения процесса образования шаровой молнии.

Согласие значительно лучше, если учесть, что в большинстве сообщений с положительным ответом, не описывается процесс образования шаровой молнии и строго их нужно отнести к разряду наблюдения шаровой молнии с момента ее образования. Кроме того имеется большое количество сообщений о том, что шаровая молния притягивается к незаземленным металлическим предметам, вызывает короткие замыкания в электро и радиоаппаратуре, которые сопровождаются звуковыми и световыми эффектами, привлекая внимание наблюдателя. По этой причине наблюдатель часто обнаруживает шаровую молнию в непосредственной близости от этих предметов, либо когда она находится в контакте с ними.

Важным фактором, играющим существенную роль при образовании шаровой молнии, является насыщение воздуха парами воды, которое обычно во время грозы достаточно велико. Пары воды необходимы не только для образования термоизолирующей оболочки шаровой молнии, но для придания ей соответствующего веса. Плотность вещества шаровой молнии из-за высокой температуры значительно ниже плотности воздуха и ее вес полностью определяется весом водяной оболочки. Только в случае заметного веса пленки шаровая молния под действием силы тяжести может опускаться на землю. Как правило, шаровая молния имеет достаточно четкую поверхность, отделяющую ее от окружающего воздуха, т.е. имеется типичная граница разделения двух различных веществ.

Форма шаровой молнии близка к сферической, что подтверждают сообщениями от 80% до 90% в двух опросах наблюдателей. Остальная группа наблюдателей утверждает, что ее форма совпадает с эллипсоидальной или грушевидной. Лишь незначительное число наблюдателей (порядка долей процента) указывают на тороидальную и другие формы. Очевидно, что форма шаровой молнии стремится стать сферической, поскольку этой форме соответствует состояние с минимумом энергии.
На форму молнии может оказывать воздействие электрическое поле и сила тяжести.

Электрические и магнитные явления, вызываемые шаровой молнией

Согласно многочисленным сообщенниям наблюдателей шаровая молния часто исчезает около металлических предметов, иногда оставляя на них заметные следы оплавления. Способна вызвать значительные импульсы тока в проводниках. Однако в ряде случаев контакт шаровой молнии не приводит к каким-либо последствиям.

Подобные эффекты будут наблюдатся при медленном увеличении теплообмена в области контакта. В этом случае в результате охлаждения электронов плазмы внешней оболочки интенсивность излчения в видимом спектре возрастает. Поскольку давление элетронов при этом уменьшается шаровая молния должна расширятся, чтобы сохранить равновесие. С увеличением объема, действующая на нее сила Архимеда также увеличивается и она может оторватся от предмета. При разрушении пленки поверхность проводника в месте контакта заменяет ее собой. Он заряжается до высокого потенциала электронами и затем подвергается бомбардировке ускоренными в слое ионами. При отсутствии доступа воды в эту область тяжелые комплексные ионы не образуются и вследствие этого поток ионов увеличивается. Вещество проводника распыляется и плавится в результате местного нагрева. Наиболее драматические последствия возникают, если проводник касается бессиловой области плазмоида. Это поле может вызвать в проводнике значительный импульс тока.

Очевидно, что во время взрыва шаровой молнии из-за кратковременности этого процесса индуцируется мощный электромагнитный импульс. Имеется достаточно много сообщений о перегоревщих предохранителях в приемниках, о появлении во время взрыва искр между антеннами и другими металлическими предметами.
Некоторые наблюдатели сообщают о появлении искровых пробоев на значительно расстоянии от места взрыва. При соприкосновении с телом человека она может вызвать такие же болезненные ощущения, как и при поражении электрическим током.

Движение молнии

Движение шаровой молнии часто подобно движению обособленного тела с плотностью вещества близкой к плотности воздуха. Оно имеет много общего с движением мыльных пузырей. Однако иногда она падает с высоты как тело с заметной массой. Может отскакивать от земли подобно мячику и перемещаться в направлении противоположном направлению ветра.

Вес собственного вещества шаровой молнии пренебрежительно мал и он полностью определяется весом водяной пленки. При перемещении молнии над сырым или сухим местом толщина ее пленки изменяется вследствие конденсации или испарения воды с ее поверхности. Соответственно, изменяется действующая на нее сила тяжести. Как и на мыльный пузырь действует выталкивающая сила Архимеда.

В отличие от мыльного пузыря она обладает зарядом и электрическим и магнитным моментами.

Подробнее:

Иногда на ограниченных территориях наблюдаются резкие кратковременные усиления ветра, называемые шквалами. Скорость ветра при шквале внезапно, порывом, усиливается до 20 м/сек и более.

Шквалы в большинстве случаев связаны с кучево-дождевыми (грозовыми) облаками либо местной конвекции, либо холодного фронта. В первом случае они называются внутримассовыми, во втором — фронтальными.

Внутримассовый шквал обусловлен тем, что в передней части кучево-дождевого облака возникает сильное восходящее движение воздуха, а в центральной и тыловой частях — нисходящее, в частности создаваемое ливневыми осадками, увлекающими с собой воздух. В облаке и под ним возникает, таким образом, вихревое движение воздуха с горизонтальной осью, в которое вовлекается воздух из смежных районов. При приближении большого облака конвекции ощущается усиление ветра и поворот его направления к облаку; в резко выраженных случаях это явление принимает форму шквала.

Сходные условия будут и в случае фронтальных шквалов. Здесь также играет роль восходящее движение теплого воздуха перед продвигающимся холодным фронтом и нисходящее движение в голове холодного воздуха за фронтом, принимающее форму резкого «обрушивания». Фронтальные шквалы наблюдаются вдоль фронта одновременно в ряде мест. Шквал обычно связан с ливневыми осадками и грозой, иногда с градом. Лишь в условиях большой сухости воздуха возможны шквалы без образования кучевых облаков.

Атмосферное давление при шквале резко повышается в связи с бурным выпадением осадков, а затем снова падает (грозовой нос).

Регулярные суточные вариации магнитного поля создаются, в основном, изменениями токов в ионосфере Земли из-за изменения освещенности ионосферы Солнцем в течение суток. Нерегулярные вариации магнитного поля создаются вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, изменениями внутри магнитосферы, и взаимодействия магнитосферы и ионосферы.

Cолнечный ветер — поток ионизированных частиц истекающий из солнечной короны со скоростью 300–1200 км/с (скорость солнечного ветра у Земли около 400 км/c) в окружающее космическое пространство. Солнечный ветер деформирует магнитосферы планет, порождает полярные сияния и радиационные пояса планет. Усиление солнечного ветра происходит во время вспышек на Солнце.

Мощная солнечная вспышка сопровождается испусканием большого количества ускоренных частиц — солнечных космических лучей. Самые энергичные из них (108-109 эВ) начинают приходить к Земле спустя 10 минут после максимума вспышки.

Повышенный поток солнечных космических лучей у Земли может наблюдаться несколько десятков часов. Вторжение солнечных космических лучей в ионосферу полярных широт вызывают дополнительную её ионизацию и соответственно ухудшение радиосвязи на коротких волнах.

Вспышка генерирует мощную ударную волну и выбрасывает в межпланетное пространство облако плазмы. Двигаясь со скоростью свыше 100 км/с, ударная волна и облако плазмы за 1,5-2 сутки достигают Земли, вызывая при этом резкие изменения магнитного поля, т.е. магнитную бурю, усиление полярных сияний, возмущения ионосферы.

Имеются данные о том, что через 2-4 сут после магнитной бури происходит заметная перестройка барического поля тропосферы. Это приводит к увеличению неустойчивости атмосферы, нарушению характера циркуляции воздуха (в частности, усиливается циклоногенез).

Индексы геомагнитной активности

Индексы геомагнитной активности предназначены для описания вариаций магнитного поля Земли, вызванных нерегулярными причинами.

K индексы

K индекс — трехчасовой квазилогарифмический индекс. K — это отклонение магнитного поля Земли от нормы в течение трехчасового интервала. Индекс был введен Дж. Бартельсом в 1938 г. и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трехчасового интервала (0-3, 3-6, 6-9 и т.д.) мирового времени. K-индекс увеличивается на единицу при увеличении возмущенности приблизительно в два раза.

Kp индекс — это трехчасовой планетарный индекс, введенный в Германии основан на K индексе. Kp вычисляется как среднее значение К индексов, определенных на 16 геомагнитых обсерваториях, расположенных между 44 и 60 градусами северной и южной геомагнитных широт. Его диапазон также от 0 до 9.

А индексы

A индекс — ежедневный индекс геомагнитной активности, полученной как среднее число из восьми трехчасовых значений, измеряется в единицах напряженности магнитного поля нТл — нанотеслах и характеризует вариабельность магнитного поля Земли в данной точке пространства.

В последнее время вместо Kp индекса часто употребляется Ap индекс. Ap индекс измеряется нанотеслах.

Ap — планетарный индекс получаемый на основании усредненных данных по A индексам получаемых со станций расположенных по всему миру. Поскольку магнитные возмущения проявляются по разному в различных местах на Земном шаре, то для каждой обсерватории существует своя таблица отношений и расчетов индексов, построенная так, чтобы различные обсерватории в среднем за большой интервал времени давали одинаковые индексы.

 

Качественно состояние магнитного поля в зависимости от Кp индекса
Kp <= 2 — спокойное;
Kp = 2, 3 — слабовозмущенное;
Kp = 4 — возмущенное;
Kp = 5, 6 — магнитная буря;
Kp >= 7 — сильная магнитная буря.

Для обсерватории Москвы:

Вариации магнитного поля [нТ]	<5	5-10	10-20	20-40	40-70	70-120	120-200	200-330	330-500	>550
K-индекс	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9

Информация о геомагнитных возмущениях (прогноз Кp индекса) на сайте ежедневно публикуется здесь: фактическая геомагнитная обстановка и прогноз на 3 дня.

G-индекс

Организация NOAA в штормовых предупреждениях [Geophysical Alert Message] применяет G-индекс, который характеризует интенсивность геомагнитного шторма по воздействию вариаций магнитного поля Земли на людей, животных, электротехнику, связь, навигацию и т.д. Градации G-индекса — от G1 до G5, т.е. от слабого возмущения магнитного поля Земли до экстремального (очень очень сильного).

G0 — K_p<5 — без шторма (геомагнитная обстановка от спокойной до возмущенной; наблюдаются полярные сияния в высоких > 65° широтах);

G1 — K_p=5 — слабый (незначительные сбои в работе энергосистем; обычные пути миграций животных могут быть изменены; могут наблюдаться полярные сияния на географической широте С.Петербурга [Corrected Magnetic Latitude=56.1°]);

G2 — K_p=6 — средний (в энергосистемах, расположенных в высоких широтах, могут происходить сбои напряжения, длительный геомагнитный шторм может вызвать неполадки на трансформаторных подстанциях; северное сияние наблюдается на географической широте г.Пскова [Corrected Magnetic Latitude=53.5°]);

G3 — K_p=7 — сильный (возникновение перенапряжений в промышленной электросети; ложные срабатывания автоматики; кратковременные сбои GPS-навигации и низкочастотной радионавигации, перебои коротковолновой связи; полярное сияние может наблюдаться на широте Риги [Corrected Magnetic Latitude=52.5°], Москвы [Corrected Magnetic Latitude=51.8°]);

G4 — K_p=8 — очень сильный (широкомасштабное возникновение перенапряжений в промышленной электросети, повсеместное ложное срабатывание АЗС; коротковолновая связь неустойчива, GPS-навигация ухудшается на несколько часов, средневолновая радионавигация отсутствует, северное сияние наблюдается на широте Минска [Corrected Magnetic Latitude=49.5°]);

G5 — K_p=9 — экстремальный (могут возникнуть повсеместные проблемы с регулировкой напряжения промышленной электросети и проблемы в работе защитных систем (АЗС), энергосистемы могут полностью выйти из строя или отключиться; трансформаторные подстанции могут быть выведены из строя; наведенные токи могут достигать сотен ампер, КВ-связь может отсутствовать повсеместно в течение одного-двух дней, GPS-навигация может отсутствовать несколько дней, средневолновая радионавигация может отсутствовать часами, полярное сияние наблюдается на широтах Варшавы [Corrected Magnetic Latitude=47.8°], Бреста [Corrected Magnetic Latitude=47.8°], Гомеля [Corrected Magnetic Latitude=48.0°]).

Пересчет географических координат в геомагнитные: Calculate Correct Magnetic Coords and Kp.

Шкала цветовых уровней опасности.