Гроза є комплексним атмосферним явищем з багатократними електричними розрядами у вигляді блискавок, які супроводжуються громом. Гроза пов'язана з розвитком потужних купчасто-дощових хмар. При грозах спостерігаються інтенсивні зливові опади у вигляді дощу, граду, а іноді і снігу. Сухі грози, що не супроводжуються осіданнями, зустрічаються рідко.
Гроза — найбільш небезпечне метеорологічне явище. Розвиток нестійкості атмосфери, результатом якого є бурхливе утворення купчасто-дощових хмар з великими електричними зарядами, залежить від місцевих умов і характеру підстильної поверхні. Внаслідок складності і великої кількості чинників, що визначають умови розвитку грозової діяльності, її важко прогнозувати для конкретного пункту. Щоб уникнути несподіваної появи грози в районі аеропорту, організовується штормове сповіщення і попередження.
Над Україною грози найчастіше спостерігаються в районі Прикарпаття та Подільської височини (в середньому 35-40 днів з грозою у рік, і до 45 днів у високогірних районах) та на північному сході України, в Донбасі і на Приазовській височини.
По території СНД найбільше число гроз спостерігається на Кавказі, де на північ від Сухумі, на південний схід від Грозного і на північний захід від Єревану спостерігається в середньому за рік до 50 днів з грозою.
Польоти в грозу небезпечні з наступних основних причин:
1. Із-за інтенсивної турбулентності в хмарах, що здатна викликати сильну бовтанку і перевантаження літака, які перевищують гранично допустимі.
2. Внаслідок сильного обледеніння на висотах, де температура нижче 0 °С.
3. Із-за можливості поразки літака блискавками.
Грозові хмари характеризуються максимальною вертикальною протяжністю 7…9 км, а іноді і більше. Наприклад, під час сильних гроз та шквалів зі швидкістю 25…32 м∙с-1, що спостерігалися у західних областях України 23 липня 1997 р., висота верхньої межі купчасто-дощової хмари, за даними радіозондування, складала майже 13 км. Над Флоридою (США) найбільша вертикальна протяжність хмар при грозі, що визначена з літака, дорівнювала приблизно 20 км.
Найнебезпечніше при попаданні в грозову хмару — втрата керування літаком, безладне його падіння і перевантаження катастрофічного характеру, що здатні зруйнувати літак. Спеціальні дослідницькі польоти, проведені в СРСР і США, показують, що потужні неврегульовані рухи в грозових хмарах створюють перевантаження літака до ± 2g. Вони хоч і менше експлуатаційних, але надзвичайно небезпечні тим, що накладаються на маневрені перевантаження і можуть створити сумарне перевантаження, що перевищує гранично допустиме, внаслідок чого літак може руйнуватися.
Крім того, потрібно мати на увазі, що в грозових хмарах можливі дуже високі швидкості вертикальних рухів повітря. За непрямими даними, наприклад по вазі градин, що випадають, вони можуть досягати 60 м×с-1.
Найбільшу небезпеку представляє попадання літака в зону сильних вертикальних рухів у верхній частині грозової хмари, де різниця між максимальною і мінімальною швидкостями польоту і допустимі перевантаження менші, ніж в нижній тропосфері. Поблизу стелі літака допустиме перевантаження значно менше. Тому при сильній бовтанці виникає небезпека виходу літака на закритичний кут атаки, внаслідок чого можуть зупинитися двигуни, і керування літаком може бути втрачено.
При сильних невпорядкованих вертикальних рухах повітря незалежно від керування літаком різко змінюються кути атаки, а звідси підйомна сила і лобовий опір. В результаті літак невпорядковано кидає вгору і вниз. Відмічені випадки, коли швидкість вертикальних поривів в хмарах досягала 34 м×с-1, літак кидало на 1700 м, а його вимушений крен при бовтанці складав 60°.
Внаслідок великої водності купчасто-дощових хмар і їх змішаної структури при негативних температурах повітря дуже вірогідне обледеніння.
Значну небезпеку для польотів представляють електричні розряди. Вони відбуваються між хмарами і землею, між хмарами та між різними частинами хмари, і літак може опинитися на шляху блискавки.
Блискавка — це гігантський іскровий електричний розряд між різнойменними об'ємними зарядами. Довжина лінійної блискавки зазвичай складає декілька кілометрів, але може досягати 20 км. і більше. Основний канал блискавки має декілька відгалужень завдовжки 2…3 км, що підвищує вірогідність удару блискавки в літак.
Середня швидкість руху блискавки 150 км×с-1. Сила струму всередині каналу блискавки доходить до 200 000 А. Температура плазми в блискавці перевищує 10 000 °С.
Вірогідність поразки блискавкою гвинтомоторних літаків невелика, оскільки маса таких літаків відносно мала і, як правило, не може викликати на себе електричний розряд. Можливість поразки блискавкою сучасних багатомісних реактивних лайнерів більш велика.
Згідно матеріалам, опублікованим ще у 60-ті рр. в США, вірогідність поразки блискавкою різних частин і приладів літака наступна: радіоантен - 27, крил - 22, площин хвоста - 21, фюзеляжу - 15, гвинтів - 7, контрольних отворів 6 та компаса 2 %, відповідно.
Поразка літака блискавкою може призвести до тяжкої льотної події.
Аналіз авіаційних катастроф і спеціальні дослідження показують, що фактична імовірність Рф поразки літаків блискавками в активних в грозовому відношенні хмарах дорівнює приблизно 10-2, тобто блискавка потрапляє в літак в середньому один раз за 100 проходів через грозову хмару. Іншими словами, якщо за час знаходження літака в хмарі в останній спалахне 100 блискавок, то лише одна з них ударить в літак.
Розрахункова ж імовірність Рр зустрічі літака з блискавкою в активній грозовій хмарі, якщо поява літака не позначається на траєкторії блискавки, значно менше: Рр ≤ 10-4. Інакше кажучи, на 10 000 прольотів літака через грозові хмари блискавка може ударити в літак тільки один раз.
Розбіжність між Рр і Рф обумовлена тим, що сам літак, будучи своєрідним провідником, як би «викликає» на себе блискавку, що близько проходить. Якщо характерна довжина літака ℓс, то блискавка, що проходить від нього на відстані, рівній або меншій 2ℓс, в 90 % випадків ударить в літак. Літак, що знаходиться в електричному полі, поляризується. Коли блискавка проходить від літака на відстані не більш 2ℓс, напруженість поля в його крайніх точках різко посилюється. Назустріч рухомій блискавці викидається «стрімер» — електрична іскра, що з'єднується з блискавкою і направляє її до літака.
Згідно І.М. Імянітову, відстань ℓсQ, на якій заряджений літак може перехопити блискавку, пов'язано з відстанню 2ℓс, на якій незаряджений літак захоплює блискавку. Таким чином:
(5.22)
де 
— напруженість поля в атмосфері, при якій виникає стрімер з відповідної точки i на літаку; 
— коефіцієнт, що показує, в скільки разів напруженість поля в i-й крапцібільше напруженості поля в атмосфері 
; Qc — електричний заряд літака; pi— коефіцієнт, що зв'язує напруженість поля від заряду літака в i-й крапцііз зарядом літака.
У реальних умовах ℓсQ може, в 5-6 разів перевищувати ℓс. У цих випадках розрахункова Рр і фактична Рф імовірності виявляються приблизно рівними. Дія заряду літака на збільшення ℓсQ зростає із збільшенням висоти польоту.
Якщо хмари в грозовому відношенні малоактивні, але літак летить в них протягом часу, за який на нім накопичується чималий заряд, і потенціал літака по відношенню до навколишнього середовища перевищує 1000000 В, то може відбутися електричний розряд. Таким чином, за певними умовами, літак може бути уражений блискавкою і в шарувато-дощових хмарах, якщо вони володіють електричним полем, достатнім для підтримки розряду, а літак несе електричний заряд, необхідний для початку розряду. Блискавка, викликана появою літака в таких хмарах, неминуче ударить в літак.
Безпеку польотів в зоні грозової діяльності допомагають підвищити наземні і бортові радіолокатори. За їх допомогою екіпаж може виявити грозові осередки за інтенсивністю засвітлення, визначити напрям і швидкість руху грозових хмар, та обійти небезпечні для польоту зони.
Щоб успішно подолати зону грозової діяльності, екіпаж зобов'язаний прийняти всі залежні від нього заходи безпеки. Ще до польоту він повинен отримати в метеорологічному підрозділі консультацію про метеорологічну обстановку. Знаходячись у польоті, потрібно уважно стежити за погодою, щоб не зустріти грозу несподівано. Якщо на літаку є радіолокатор, необхідно використовувати його для виявлення грози, визначення відстані до неї і швидкості переміщення купчасто-дощових хмар.
При польотах на літаках, що не мають радіолокаторів, потужні купчасті і купчасто-дощові хмари, що примикають до грозових осередків, дозволяється обходити тільки візуально на відстані не меншого 10 км. Якщо обхід таких хмар на заданій висоті неможливий, в рівнинній або пагористій місцевості дозволяється летіти під ними тільки вдень, візуально, обминаючи зону зливових опадів. Висота польоту над місцевістю і висота нижньої межі хмар над літаком повинні бути при цьому не менше 200 м.
На літаках, що мають бортовий радіолокатор, дозволяється обходити грозові (зливові) осередки, що видимі на індикаторі, на відстані не менше 15 км. Перетин фронтальної хмарності з окремими грозовими осередками можна проводити в тому місці, де відстань між ними на індикаторі радіолокатора не менше 50 км. Якщо грозові (зливові) осередки обійти на заданій висоті неможливо, вирішується політ зперевищенням не менше 500 м над верхньою межею хмар. Підходити до грозових (зливовим) вогнищ на відстані менше встановлених забороняється. Категорично забороняється навмисно заходити в потужні купчасті і купчасто-дощові хмари.
При ненавмисному попаданні в купчасто-дощову хмару екіпажу необхідно:
1) вимкнути радіообладнання і прибрати випускні антени;
2) включити освітлення кабіни і обігрів приймача повітряного тиску, а також привести до готовності інші засоби проти обледеніння;
3) політ проводити вище або нижче за нульової ізотерми в цілях зменшення імовірності удару блискавки в літак;
4) уникати польоту поблизу області, де найчастіше спостерігаються блискавки і де посилюється тріск і шум в навушниках;
5) зменшити швидкість до меж, безпечних для даного типу літака;
6) строго виконувати інші вимоги, передбачені вказівками по техніці пілотування даного типу літака в зоні грозової діяльності.
Донайбільш небезпечних для авіації метеорологічних явищ, пов'язаних з купчасто-дощовими хмарами і грозовою діяльністю, відносяться смерчі і шквали.
Смерч — це сильний вихор з приблизно вертикальною, часто зігнутою віссю. Діаметр смерчів, що мають чіткі контури, складає декілька десятків метрів, з розмитими контурами — декілька сотень метрів. Швидкість вітру в смерчі, за розрахунковими даними, близько 100 м×с-1, але може перевищувати навіть 330 м×с-1. Прямі вимірювання швидкості вітру у воронці смерчу дотепер неможливі. Жоден з існуючих приладів для вимірювання швидкості вітру не витримує величезного тиску.
Смерчі утворюються при інтенсивному розвитку купчасто-дощових хмар, що супроводжуються, як правило, грозами. Вони обумовлені особливо сильною нестійкістю атмосфери в спекотні дні року. З однієї грозової хмари одночасно може опускатися декілька смерчів. Смерчі виникають як над сушею, так і над водяною поверхнею. Смерчі над сушею в Європі називаються тромбами, в США - торнадо.
Небезпека смерчів для авіації полягає в їх руйнівній силі, яка може бути величезною. Смерч здатний зруйнувати не тільки літаки на стоянках і в ангарах, але й аеродромні будівлі. Особливо небезпечні смерчі для літаків у польоті. Руйнівна дія смерчів обумовлюється переважно величезною швидкістю вітру і сильним перепадом атмосферного тиску. У внутрішній порожнині смерчу тиск знижений. Тому, як тільки вона стосується іншої більш менш замкнутої порожнини, остання вибухає повітрям, що спрямовується з неї до вихору. Вибухають консервні банки, автомобільні шини, закриті кімнати і навіть будинки.
Шквал —різке короткочасне посилення вітру, що супроводжується зміною його напряму. Швидкість вітру при шквалі часто перевищує 20…30 м×с-1. Шквали пов'язані з інтенсивним розвитком купчасто-дощових хмар, що часто супроводжуються грозами і зливами.
Таким чином, при польоті в зоні грозової діяльності екіпаж повинен уважно стежити за атмосферними явищами. Вертикальні вихори, смерчі, шквалові лінії, що виявляються візуально, потрібно обов'язково обходити стороною.
