Зона мелкого и крупного града, зона осадков и направление воздушных потоков в кучево-дождевом облаке (Cumulonimbus, Cb)

Поднимающийся от земной поверхности в жаркий летний день теплый воздух охлаждается с высотой, а содержащаяся в нем влага конденсируется, образуется облако. Минуя на некоторой высоте нулевую изотерму, мельчайшие капли воды становятся переохлажденными. Переохлажденные капли в облаках встречаются даже при температуре минус 40° (высота примерно 8 - 10 км). Но эти капли очень нестабильны. Поднятые с земной поверхности мельчайшие частицы песка, соли, продукты сгорания и даже бактерии при столкновении с переохлажденными каплями нарушают хрупкий баланс. Переохлажденные капли, вступившие в контакт с твердыми ядрами конденсации, превращаются в ледяной зародыш градины.

Мелкие градины существуют в верхней половине почти каждого кучево-дождевого облака, но чаще всего такие градины при падении к земной поверхности тают. Так, если скорость восходящих потоков в кучево-дождевом облаке достигает 40 км/час, то они не в силах удержать зародившиеся градины, поэтому, проходя сквозь теплый слой воздуха между нулевой изотермой (в среднем высота от 2,4 до 3,6 км) и земной поверхностью, они выпадают из облака в виде мелкого "мягкого" града, либо и вовсе в виде дождя. В противном случае восходящие потоки воздуха поднимают мелкие градины до слоев воздуха с температурой от -10 до -40 градусов (высота между 3 и 9 км), диаметр градин начинает расти, достигая порой диаметра нескольких сантиметров. Стоит отметить, что в исключительных случаях скорость восходящих и нисходящих потоков в облаке может достигать 300 км/час! А чем выше скорость восходящих потоков в кучево-дождевом облаке, тем крупнее град. Для образования градины размером с шар для гольфа потребуются более 10 миллиардов переохлажденных капель воды, а сама градина должна оставаться в облаке как минимум 5 - 10 минут, чтобы достичь столь крупного размера. Стоит заметить, что на формирование одной капли дождя необходим примерно миллион таких мелких переохлажденных капель. Градины диаметром более 5 см встречаются в супер-ячейковых кучево-дождевых облаках, в которых наблюдаются очень мощные восходящие воздушные потоки. Именно супер-ячейковые грозы порождают смерчи (торнадо), сильные ливни и интенсивные шквалы. В Москве и Подмосковье такие грозы наблюдаются редко. Последний раз супер-ячейковые кучево-дождевые облака отмечались в ночь с 20 на 21 июня 1998 года, а также минувшим летом - 30 июля 2004 года, когда из-за обильного ливня отмечались значительные подтопления на западе Москвы - в Филях.

Когда градина достигает такой массы, что восходящий поток не в силах ее удержать, она устремляется к поверхности земли, и мы наблюдаем выпадение крупного града. Так, скорость падения градины диаметров 4 см может достигать 100, а более крупные градины устремляются к земле со скоростью 160 км/час. Нетрудно догадаться, какие разрушения могут причинять градобития. Но и не каждая крупная градина достигнет земли: падая в облаке, градины сталкиваются друг с другом, при этом разрушаясь и превращаясь в более мелкие градины, тающие в теплом воздухе. В среднем 40 - 70% образовавшихся градин так и не достигают поверхности земли, тая в теплом воздухе.

Площадь зоны градобитий может меняться от одного гектара до нескольких десятков километров. В последнем случае зоны градобитий соответствуют линии шквала. Для Подмосковья и соседних областей характерны узкие зоны градобитий, поэтому очень часто приходится слышать о том, что град наблюдался в одном пункте, когда всего в километре от него явление не отмечалось.

При наблюдении града, аккуратно разрезав градину, вы заметите, что матовые слои льда будут чередоваться в виде колец со слоями прозрачного льда. Таким образом, по количеству таких колец можно определить сколько раз градина была поднята восходящими потоками воздуха в облаке.