Ismeri a szupercella meghatározását? Számomra úgy tűnt, hogy ez valami a matematika vagy a nukleáris fizika területéről. Talán van egy ilyen dolog, de most a természeti jelenségekről fogunk beszélni.
Az olyan jelenségek, mint a zivatar, a heves esőzések és a szél erősödésének oka az egysejtű és a többsejtű gomolyfelhők, amelyek a nyári szezonban gyakran felhalmozódnak az égbolton. A monocella egyetlen cumulonimbus felhő, amely a többitől függetlenül létezik. A többsejtű már egy monoszlop csoportja (halmozódása), amelyeket egyetlen üllő egyesít. Vagyis amikor egy sejt lebomlik, akkor egy másik sejtmag közelében van, vagy a nukleáció egyidejűleg történik. Ezek a komplexek több tíztől több száz ezer km2-ig terjedhetnek.
Ez utóbbiakat mesoscale konvektív klasztereknek (MCC) hívják. Képesek erős lövéseket, erős jégesőt és heves esőzéseket okozni. Ezek azonban semmi különlegesek - csak a hatalmas cumulonimbus felhők halmozódása. Van azonban olyan légköri képződmény, amely még súlyosabb időjárási viszonyokat okoz, beleértve a tornádót, és szupercellának hívják. Alakulásuk körülményei és felépítése alapvetően különbözik a szokásos cumulonimbus felhőktől. És ez a cikk éppen a légkör csodálatos, ritka és izgalmas tárgyairól szól.
Egysejtű és többsejtű
Először mérlegeljük a hagyományos monocellák képződésének folyamatait. Tiszta nyári napon a nap felmelegíti a mögöttes felületet. Ennek eredményeként hőkonvekció lép fel, amely a jövőbeni zivatar „embrióinak” - sima gömbfelhők (Cu hum.) - kialakulásához vezet, amelyeknek a magassága nem haladja meg az 1 km-t. Általában a melegített levegőtermékek kaotikusan növekvő mennyiségeiből állnak elő buborékok formájában. Ebben az esetben a képződött felhő egy ideig (tíz percig) tartósul, és végül feloldódik anélkül, hogy egy másik fejlettségi szakaszba kerülne. Más a helyzet, ha a kialakuló hő nem buborék, hanem folyamatos levegőáram formájában valósul meg. Ugyanakkor azokon a helyeken, ahonnan a levegő felkelt, ritka fázis alakul ki. Oldalától levegővel tele van. Fent, éppen ellenkezőleg, a felesleges levegő hajlamos az oldalra terjedni. Bizonyos távolságra a légi forgalom bezárul. Ennek eredményeként konvektív cella képződik.
Sőt, Cu hum. gomolyfelhő közepes vagy gomolyfelhőes felhőkbe (Cu med., Cu kong.) kerül át, amelyek magassága már 4 km-ig is meghaladja. A gomolyfelhő lapos felhő átjut egy közepes felhőbe, majd egy hatalmas felhőbe, vagy pedig az első szakaszban megmaradó evolúciója befejeződik, csak attól függ, hogy a légkör milyen állapotban van egy adott helyen és egy adott időben. A konvektív felhők növekedését elősegítő fő tényezők a hőmérséklet hirtelen csökkenése a háttér-légkör magasságával, valamint a hőkibocsátás a nedvesség fázisátmenetei során (kondenzáció, fagyasztás, szublimáció), ami megköveteli a levegőben elég magas vízgőz-tartalmat. Korlátozó tényező az olyan rétegek jelenléte a légkörben, amelyekben a hőmérséklet magassággal kissé csökken, izotermig (hőmérséklet nem változik a magassággal) vagy inverzióig (melegedés a magassággal). Kedvező feltételek mellett a Cu kong.cumulonimbus Cb felhővé válik, amely záporokat, zivatarokat és jégesőt okoz. Mindenesetre a cumulonimbus felhő kezdetben Cu hum-ként jelenik meg, nem spontán módon.
Promóciós videó:
Ennek a felhőnek a jellegzetes jellemzője a jeges csúcstalálkozó, amely elérte az inverziós réteget (a Cb magasságot a kondenzáció szintje és a konvekciós szint határozza meg, a felhő alsó és felső határait. Trópusi szélességekben ezeknek a felhőknek a magassága elérheti a 20 km-t, és áthatolhat a tropopauzon). Üllõnek nevezik, és a vízszintes síkban kialakult sûrû cirrusfelületek rétege. Ebben az időben a felhő elérte maximális fejlődését. Ugyanakkor a felhőben növekvő patakokkal a csapadék eredményeként csökkenő lefolyások alakulnak ki. Az eső csapadék lehűti a környező levegőt, sűrűbbé válik, és a felszínre kezd leereszkedni (ezt a folyamatot a földön gömbként figyeltük meg) egyre inkább blokkolja a felhők fennmaradásához szükséges felfutásokat. És bármilyen hátrányos helyzet káros hatással van a felhőképződésre.
Így egy olyan felhő, amely a Cb színpadra nőtt, azonnal aláírja saját halálos végzését. A tanulmányok azt mutatják, hogy az alsó részén és az al-felhő rétegében alkalmazott kocsikulcsoknak különösen erős hatása van - a felhő alól ábrázoltan az alapot kiütik. Ennek eredményeként kezdődik a Cb létezésének utolsó szakasza - eloszlása. Ebben a szakaszban csak a felhő alatti downdrafteket figyelnek meg, teljesen felváltva a felmenőket; a csapadék fokozatosan gyengül és megáll, a felhő kevésbé sűrűvé válik, fokozatosan sűrű cirrusfelhőré válik. Itt ér véget a létezése. Így a felhő körülbelül egy óra alatt megy keresztül az evolúció minden szakaszában: a felhő 10 perc alatt nő, az érési szakasz körülbelül 20-25 percig tart, és a kiszáradás körülbelül 30 perc alatt megtörténik.
A monocell egy felhő, amely egy konvektív sejtből áll, de leggyakrabban (az esetek kb. 80% -ában) többsejteket figyelnek meg - a fejlődés különböző szakaszaiban lévő konvektív sejtek egy csoportját, amelyet egyetlen üllő egyesít. A többsejtű zivatarok során a "szülő" felhő hideg levegőjének csökkenő hullámai növekvő folyamokat képeznek, amelyek "lánya" mennydörgésből állnak. Emlékeztetni kell azonban arra, hogy az összes sejt soha nem lehet egyszerre ugyanabban a fejlõdési szakaszban! A többsejtű élettartama sokkal hosszabb - több órás sorrendben.
Supercell. Alapfogalmak
A szupercella egy nagyon erős konvektív monocella. A képződés folyamata és felépítése nagyon különbözik a szokásos cumulonimbus felhőktől. Ezért ez a jelenség rendkívül érdekes a tudósok számára. Az érdeklődés abban rejlik, hogy egy közönséges monocella bizonyos körülmények között egyfajta "szörnyré" válik, amely körülbelül 4-5 órán keresztül létezhet gyakorlatilag változatlanul, kvázi-álló helyzetben van, és minden veszélyes időjárási jelenséget generál. A szupercella átmérője elérheti legalább 50 km-t, magassága gyakran meghaladja a 10 km-t. A növekvő sebesség a szupercellán belül eléri az 50 m / s-ot, és még ennél is nagyobb. Ennek eredményeként a jég gyakran 10 cm vagy annál nagyobb átmérőjű. Az alábbiakban megvizsgáljuk a szupercella képződési feltételeit, dinamikáját és felépítését.
A szupercella kialakulásához szükséges fő tényezők a szél nyírása (a szél sebességének és irányának változása a réteg magasságával 0–6 km), a sugárfolyam jelenléte alacsony szinten és a légkör erős instabilitása „robbanásveszélyes konvekció” megfigyelésekor. A felhő kezdetben a monocell tulajdonságaival rendelkezik, közvetlen meleg és párás levegő emelkedő áramlással, de egy bizonyos magasságban megfigyelhető a szélirány és (vagy) sugárhajtás, amely a növekvő áramlást spirálba kezdi, és kissé megdönti a függőleges tengelytől. Az első ábrán egy piros, vékony nyíl egy szélnyírást (sugárhajtást), széles nyíl - egy felfelé mutat.
A sugárhajtóművel való érintkezés eredményeként a vízszintes síkban spirálba kezd. Ezután a spirálisan forgó emelkedő áramlás fokozatosan átalakul vízszintesről függőlegesre. Ez a második ábrán látható. Végül a felemelkedés majdnem függőleges tengelyre kerül. Ugyanakkor a forgatás folytatódik, és olyan hatalmas, hogy végül áttör az üllőn, fölötte egy kupolát képezve - egy toronymagas koronát képezve. Ennek a kupolanak a megjelenése erőteljes felfutásokra utal, amelyek képesek áttörni az inverziós réteget. Ez a forgó oszlop a szupercella "szíve", és mezociklonnak nevezzük. Átmérője 2-10 km lehet. A magasodó korona csak egy mezociklon jelenlétét jelzi.
A szupercella hosszú élettartama és stabilitása a következőkhöz kapcsolódik. A mezociklon miatt a csapadék kissé távol esik a felszívástól, ezért a downdrafts-okat oldalra is megfigyeljük (főleg a mezociklon mindkét oldalán). Ebben az esetben mindkét áram (csökkenő és növekvő) egymással párhuzamosan létezik - barátok: lefelé haladva az előbbi meleg levegőt mozgat felfelé, és nem akadályozza meg a cellához való hozzáférést, ezáltal tovább fokozva a növekvő áramlást. És minél erősebb a felemelkedés, annál erősebb a csapadék, ami még nagyobb esőáramokat okoz, amelyek egyre inkább felfelé hajtják a felszíni levegőt. És ha a cellát egy kerékhez hasonlítják, akkor kiderül, hogy egy ilyen helyzetben a csapadék forog ezzel a kerékkel. Ennek eredményeként a szupercell sok órán keresztül képes létezni,ez alatt az idő alatt tíz kilométer szélességben és hosszban terjeszkedik, nagy jégesőt, heves esőzéseket és gyakran tornádókat generálva. Ebben az időben 3 minifront jelenik meg a föld felszínén: 2 hideg a lefelé irányuló áramlások területén, és egy meleg a felmenő területeken (lásd 1. ábra). Vagyis egy miniatűr ciklon jelenik meg, amelynek "embriója" pontosan ugyanaz a mezociklon.
Mint fentebb említettük, a tornádók nemcsak a szupercellákban, hanem a szokásos mono- és multi-sejtekben is előfordulnak. Ugyanakkor nagy különbség van: egy szupercellában a csapadékot és a tornádót egyidejűleg, a mono- és a többsejtű cellákban először egy tornádót, majd a csapadékot figyelik meg, és a tornádó megfigyelésének területén. Ennek oka az, hogy a felhő felső „kristályogén” része és az alsó része, amelybe a meleg levegő áramlik, téren nem mutat nyilvánvaló eltolódást. Ezenkívül a szupercellákban általában egy sugárhajtómű áramlik a csúcs felett, amely az elmozdult levegőt a felhőtől elviszi, amelynek eredményeként egy nagyon hosszúkás üllőt figyelnek meg (lásd az 1. ábrát), míg egy normál cellában a hideg levegőt meleg meleg áthelyezi. emellett blokkolja a "hatalmat". Ezért az ilyen sejtekben a tornádók rövid életűek, gyengék,és ritkán vannak egy csatornafelhőnél nagyobb szakaszban.
Meg kell jegyezni, hogy a szupercellák nagyok és kicsik, alacsony vagy magas toronymagasságú koronával, és bárhol kialakulhatnak, de főleg az Egyesült Államok központi államaiban - az Alföldön. Európában és Oroszországban rendkívül ritkák, és csak egy típus létezik - HP szupercellák. Az osztályozást az alábbiakban tárgyaljuk. A szupercellák mindig jelentős szélnyírással és magas CAPE-értékekkel társulnak - ez az instabilitás mutatója. A szupercellák esetében a függőleges nyírási határ 20 m / s-nál kezdődik a 0-6 km-es rétegben.
Minden szupercellának szélsőséges időjárási körülményei vannak (jégeső, zsúfoltság, esővihar), ám ezeknek csak 30% -a generál tornádót, ezért meg kell próbálnunk megkülönböztetni a tornádót generáló szupercellákat a nyugodtabboktól.
A 0–6 km-es réteg erőteljes eltolására (hosszú hodográf) és elegendő úszóképességre van szükség egy erős mezociklon kialakulásához. A 0–2 km-es rétegben a hodográf jelentős görbülése mellett szupercella kialakulása elősegíti a tornádó kialakulását. A tornádó kialakulása azonban a vihar dinamikus szerkezetétől függ. Az erős mezociklon és a tornádó fejlődéséhez erős felfelé és függőlegesen kell forogni. A függőleges nyírás okozta vízszintes örvény döntő szerepet játszik a mezociklon kialakulásában.
A szupercellákat általában 3 típusba sorolják. De nem minden szupersejt egyértelműen megfelel egy adott fajnak, és evolúciójuk során gyakran átjut az egyik fajról a másikra. Minden típusú sejt kemény időjárási körülményeket generál.
Klasszikus szupercella - vagyis ideális szupercella, amely szinte az összes fenti elemet tartalmazza, mind a radarban, mind a látványban. E típus instabilitási mutatói: CAPE: 1500 - 3500 J / kg, Li -4 és -10 között. De a természetben az ilyen sejtek meglehetősen ritkák, a másik két fajtát gyakrabban figyelik meg.
LP (alacsony csapadék) típusú supercell. A szupercellák ezen osztályának kicsi a csapadék (eső, jégeső) területe, elválasztva a felfeléktől. Ez a típus könnyen felismerhető a felfúvás alján lévő faragott felhőhornyokkal, és néha úgy néz ki, hogy "éhes" a klasszikus szupercellához képest. Ennek oka az, hogy az ún. száraz vonalak (amikor a felület közelében meleg és párás levegő figyelhető meg, amely a hideg elülső oldalához hasonlóan a forró és a szárazabb levegő alatt ékszik be, mivel ez utóbbi kevésbé sűrű), fejlődésének kevés rendelkezésre álló nedvessége van az erős szélnyírás ellenére … Az ilyen sejtek általában gyorsan összeomlanak anélkül, hogy más típusokká válnának. Jellemzően gyenge tornádót generálnak, és jégeső kevesebb, mint 1 hüvelyk. A heves esőzések hiánya miattaz ilyen típusú cellák gyenge radarvisszaverődést mutatnak, tiszta horog visszhang nélkül, annak ellenére, hogy egy tornádót figyeltek meg abban az időben. Egy ilyen sejt zivataraktivitása szignifikánsan alacsonyabb, mint más típusú sejteknél, és a villám túlnyomórészt intracudud (IC), nem pedig felhő és talaj között (CG). Ezeket a szupersejteket úgy állítják elő, hogy a CAPE-érték 500 - 3500 J / kg és Li: -2 - (-8). Az ilyen sejtek elsősorban az Egyesült Államok központi államaiban találhatók tavaszi és nyári hónapokban. Ausztráliában is megfigyelték őket. Az ilyen sejtek elsősorban az Egyesült Államok központi államaiban találhatók tavaszi és nyári hónapokban. Ausztráliában is megfigyelték őket. Az ilyen sejtek elsősorban az Egyesült Államok központi államaiban találhatók tavaszi és nyári hónapokban. Ausztráliában is megfigyelték őket.
Supercell típusú HP (magas csapadék). Az ilyen típusú szupercellákban sokkal nagyobb csapadék van, mint más típusoknál, amelyek teljes mértékben körülveszik a mezociklont. Az ilyen cella különösen veszélyes, mivel tartalmazhat egy erős tornádót, amelyet vizuálisan elrejt a csapadékfal mögött. A HP szupercellák gyakran áradásokat és súlyos alsó sérüléseket okoznak, de kevésbé valószínű, hogy nagy jégeső alakulnak ki, mint más típusú. Megfigyelték, hogy ezek a szupercellák több IC- és CG-kibocsátást generálnak, mint más típusok. Ezeknek a szupercelláknak a CAPE indexe legalább 2000 - 7000 J / kg, és Li -6-nak kell lennie. Az ilyen sejtek viszonylag lassan mozognak.
Négy év sikertelen keresések után Mike Olbinski fotós megtalálta, amit keresett. Június 3-án, a texasi Booker közelében látta ezt a nagyon ritka forgó szupercellát.
Nézze meg a teljes képernyőt HD minőségben:
Itt egy másik videó: