Короткая причинная формула. В мощном грозовом облаке ледяной зародыш попадает в область переохлаждённых жидких капель → капли сталкиваются с ним и замерзают на нём → восходящий поток поддерживает частицу, пока она растёт → выросшая градина выходит из потока и падает. Многократные путешествия вверх-вниз возможны в отдельных условиях, но не обязательны для образования града.
Как это происходит: пять шагов
- Развивается высокое конвективное облако. В тёплом влажном воздухе восходящее движение может сформировать кучево-дождевое облако. В его холодной части есть и ледяные частицы, и переохлаждённые капли — жидкая вода при температуре ниже точки замерзания. Именно сочетание холодной области, доступной жидкой воды и достаточно сильного движения воздуха делает возможным рост градин. Обычное слоистое зимнее облако со снежными кристаллами не тождественно такой системе.
- Появляется ледяное ядро. Небольшая капля может замёрзнуть; зародышем может стать и иная ледяная частица. Не нужно представлять готовую большую ледышку, поднятую с земли. Начальная частица мала, и сама по себе она ещё не объясняет, почему у поверхности упадёт заметная градина: нужен дальнейший рост внутри облака.
- Лёд нарастает при столкновениях с каплями. Когда ледяное ядро встречает переохлаждённую каплю, та может замёрзнуть на его поверхности. Много таких столкновений увеличивает массу. Условия замерзания влияют на строение слоёв льда; слоистость среза не является простой записью числа полных «кругов» через облако. Пар тоже может участвовать в микрофизике облака, но в понятном объяснении града главным показан захват переохлаждённых капель, что отделяет его от основного пути роста снежного кристалла.
- Восходящий поток даёт время для роста. Пока движение воздуха достаточно сильно и частица остаётся в подходящей зоне, она может продолжать встречать капли. Реальная траектория бывает сложной: частица смещается в облаке, может выйти из восходящего потока или оказаться в другом участке. Не требуется рисовать одну и ту же градину, которая обязательно много раз падает к основанию облака и снова поднимается наверх. Такой рисунок создаёт ложное правило там, где важны время пребывания и путь через область жидкой воды.
- Градина выпадает. По мере роста масса частицы увеличивается. Она может упасть, когда восходящий поток уже не поддерживает её, ослабевает или когда частица выходит из него. По дороге вниз часть льда может растаять; дойдёт ли град до земли и какого он будет размера, зависит от исходной градины и воздуха ниже облака. Поэтому «в облаке возник град» и «крупные градины наблюдали на земле» — разные утверждения.
Рост не требует, чтобы градина неподвижно висела на одной высоте. Ей нужно достаточно долго оставаться там, где есть переохлаждённая вода: направление и скорость частицы могут меняться, пока её обтекает воздух. Сильный поток увеличивает возможное время роста, но не гарантирует крупную градину: значение имеет и запас капель. Именно поэтому по одной силе ветра у земли нельзя сделать вывод о размере льда внутри облака.
Не всякая гроза даёт град у наблюдателя. Для крупного града нужны особенно благоприятные условия роста и сохранения льда на пути вниз. Эта статья объясняет физическую цепочку, но не оценивает силу конкретной грозы. Если идёт гроза, решение о безопасности принимают по актуальным сообщениям официальных служб, а не по рисунку из статьи.
Схема роста градины
## С чем часто путают
- Со снегом. Снежный кристалл возникает и растёт в холодной части облака, особенно при присоединении водяного пара; кристаллы могут соединяться в хлопья. Градина увеличивается прежде всего за счёт замерзания захваченных переохлаждённых капель при поддержке сильного восходящего потока. Оба осадка содержат лёд, но одинаковое вещество не означает одинаковую историю роста.
- С ледяным дождём (ледяными гранулами). В разборе ТОИ ДВО РАН так названы небольшие твёрдые частицы: снег частично или полностью тает в тёплом слое, а затем капли или частицы вновь замерзают в холодном воздухе до достижения земли. Градина растёт иначе — внутри грозового облака, когда ледяной зародыш захватывает переохлаждённые капли. Поэтому твёрдый лёд у земли сам по себе не доказывает, что выпал град.
- С крупой. Мягкие округлые снежные частицы могут покрываться замёрзшими каплями. В быту их порой тоже называют «градом», но в метеорологическом описании снежная крупа и градины различаются. Здесь речь именно о градинах, растущих в конвективном облаке; полный классификатор твёрдых осадков в эту статью не входит.
- С замерзающим дождём. Это жидкие переохлаждённые капли: они долетают до земли и замерзают при контакте с поверхностью, образуя ледяную корку. В быту «ледяной» и «замерзающий» дождь часто называют одинаково; здесь различие дано по ТОИ ДВО РАН и NWS, а не как универсальное правило для всякого употребления слов. Ни тот ни другой путь не равен росту градины в восходящем потоке грозы.
Границы ответа и связи
Размер, частоту и место выпадения града нельзя вычислить по пяти шагам. Даже при наличии грозового облака требуются наблюдения за его внутренним устройством и нижними слоями атмосферы. Слоистая градина может рассказать о переменах условий роста, но не даёт права по числу видимых слоёв однозначно считать число её подъёмов. Статья не содержит локального прогноза, предупреждения или совета по распознаванию опасности по фотографии. Для текущей грозы смотрят сообщения официальной службы.
План внутренних связей, без URL: будущая статья «Как образуется снег» раскрывает рост кристаллов из пара; «Почему идёт дождь» — путь жидких осадков. Ссылки добавлять только после фактической публикации и проверки адресов.