Er du kjent med definisjonen av en supercell? Det så ut for meg at dette er noe fra feltet matematikk eller kjernefysikk. Kanskje er det noe slikt, men vi skal nå snakke om naturfenomener.
Årsaken til slike fenomener som tordenvær, kraftig regn og sterk vindstyrking er monocellular og multicellular cumulonimbus skyer, som ganske ofte hoper seg opp på himmelen i sommersesongen. En monocell er en enkelt cumulonimbus-sky som eksisterer uavhengig av de andre. En multicelle er allerede en klynge (akkumulering) av monoceller, som er samlet av en ambolt. Det vil si at når en celle forfaller, så oppstår en annen kjerne i nærheten av den, eller kjernefysning samtidig. Disse kompleksene kan okkupere et område fra flere titalls til flere hundre tusen km2.
De siste kalles Mesoscale Convective Clusters (MCC). De er i stand til å forårsake kraftige skvaller, kraftig hagl og kraftig nedbør. De er imidlertid ikke noe spesielt - bare en ansamling av kraftige cumulonimbusskyer. Men det er en atmosfærisk formasjon som gir enda mer alvorlige værforhold, inkludert en tornado, og det kalles en supercell. Deres formasjonsforhold og struktur er i grunn forskjellig fra vanlige cumulonimbusskyer. Og denne artikkelen handler omtrent om disse fantastiske, sjeldne og spennende gjenstandene i atmosfæren.
Monoceller og multiceller
Til å begynne med, bør du vurdere prosessene for dannelse av konvensjonelle monoceller. På en klar sommerdag varmer solen den underliggende overflaten. Som et resultat oppstår termisk konveksjon, noe som fører til fremveksten av "embryoer" av et fremtidig tordenvær - flate kumuluskyer (Cu hum.), Hvis høyde ikke overstiger 1 km. De genereres vanligvis av kaotisk økende volum av oppvarmet luft - termaler i form av bobler. I dette tilfellet vil den resulterende skyen vare i noen tid (titalls minutter) og til slutt oppløses uten å gå videre til et annet utviklingsstadium. Det er en annen sak når den gryende termiske formen ikke er en boble, men en kontinuerlig strøm av luft. Samtidig, på steder hvor luften har steget, dannes det en sjeldenhet. Den er fylt med luft fra sidene. Overfor, tvert imot, overskytende luft har en tendens til å spre seg til sidene. På et stykke stenger lufttrafikken. Som et resultat dannes en konvektiv celle.
Dessuten Cu hum. passerer i cumulus medium eller cumulus kraftige skyer (Cu med., Cu cong.), hvis høyde allerede er opptil 4 km. En cumulus flat sky vil passere inn i en middels sky, og deretter til en kraftig en, eller den vil avslutte utviklingen, som forblir på det første stadiet, avhenger bare av atmosfærens tilstand på et gitt sted og på et gitt tidspunkt. De viktigste faktorene som bidrar til vekst av konvektive skyer, er et kraftig fall i temperatur med høyde i bakgrunnsatmosfæren, samt frigjøring av varme under faseoverganger av fuktighet (kondens, frysing, sublimering), som krever et tilstrekkelig høyt innhold av vanndamp i luften. En begrensende faktor er tilstedeværelsen av lag i atmosfæren der temperaturen synker litt med høyden, opp til isoterm (temperaturen endres ikke med høyden) eller inversjon (oppvarming med høyden). Under gunstige forhold, Cu cong.blir til en cumulonimbus Cb-sky, som forårsaker byger, tordenvær og hagl. Men i alle fall vises en cumulonimbus-sky opprinnelig som Cu-brum, og ikke spontant.
Salgsfremmende video:
Et særtrekk ved denne skyen er det iskalde toppen, som har nådd inversjonslaget (høyden Cb bestemmes av kondensnivået og konveksjonsnivået - henholdsvis nedre og øvre grenser av skyen. I tropiske breddegrader kan høyden på disse skyene nå 20 km og bryte gjennom tropopausen). Det kalles en ambolt og er et lag med tette cirrusskyer utviklet i det horisontale planet. På dette tidspunktet nådde skyen sin maksimale utvikling. Samtidig, sammen med stigende bekker i skyen, dannes stigende bekker som et resultat av nedbør. Den fallende nedbøren kjøler den omkringliggende luften, den blir tettere og begynner å stige ned til overflaten (vi ser denne prosessen på bakken som et skvett) mer og mer blokkerer oppdateringene, som er veldig nødvendige for at det eksisterer skyen. Og eventuelt tilbaketrekking har en skadelig effekt på skygenes.
Dermed signerer en sky som har vokst til stadium Cb umiddelbart sin egen dødsoffer. Undersøkelser viser at nedtrekk i nedre del og i under-skylaget har en særlig sterk effekt - fra under skyen, figurativt sett, blir fundamentet slått ut. Som et resultat begynner sluttfasen av eksistensen av Cb - dens spredning. På dette stadiet blir det bare observert nedtrekk under skyen, og erstatter de stigende fullstendig; nedbøren gradvis svekkes og stopper, skyen blir mindre tett, gradvis passerer den inn i et lag med tette cirrusskyer. Det er her hans eksistens ender. Dermed går skyen gjennom alle stadier av evolusjon på omtrent en time: skyen vokser på 10 minutter, modningsstadiet varer omtrent 20 - 25 minutter, og dissipasjonen skjer på omtrent 30 minutter.
En monocell er en sky som består av en konvektiv celle, men som oftest (i omtrent 80% av tilfellene) blir det observert multiceller - en gruppe konvektive celler i forskjellige utviklingsstadier, forenet av en ambolt. Under aktivitet med tordenvær i flere celler skaper de synkende kaldstrømmen fra "foreldre" skyen stigende bekker som danner tordenskyer "datter". Det må imidlertid huskes at alle celler aldri kan være samtidig på samme utviklingstrinn! Levetiden til multiceller er mye lengre - i størrelsesorden flere timer.
Super. Enkle konsepter
En supercell er en veldig kraftig konvektiv monocell. Prosessen med dens dannelse og struktur er veldig forskjellig fra vanlige cumulonimbusskyer. Derfor er dette fenomenet av stor interesse for forskere. Interessen ligger i det faktum at en vanlig monocell under visse forhold blir til et slags "monster" som kan eksistere i omtrent 4 - 5 timer praktisk talt uendret, idet den er kvasi-stasjonær og genererer alle farlige værfenomener. Diameteren til en superselle kan nå 50 km eller mer, og høyden er ofte over 10 km. Stigende hastighet inne i supercellen når 50 m / s og enda mer. Som et resultat dannes hagl ofte med en diameter på 10 cm eller mer. Nedenfor vil vi vurdere formasjonsforholdene, dynamikken og strukturen til supersellen.
De viktigste faktorene som er nødvendige for dannelsen av en supercelle er vindskjæring (endring i vindhastighet og retning med høyde i laget 0 - 6 km), tilstedeværelsen av en jetstrøm ved lave nivåer, og sterk ustabilitet i atmosfæren når "eksplosiv konveksjon" observeres. Til å begynne med har skyen egenskapene til en monocell med direkte stigende bekker av varm og fuktig luft, men så i en viss høyde blir vindskjær og / eller en jetstrøm observert, som begynner å spiralere den stigende strømmen og vipper den litt fra den vertikale aksen. I den første figuren viser en rød tynn pil en vindskjæring (jet stream), en bred pil - et updraft.
Som et resultat av kontakten med jetstrømmen begynner den å spiral i et horisontalt plan. Deretter forvandles den stigende strømmen, som roterer i en spiral, gradvis fra horisontal til mer vertikal. Dette kan sees i den andre figuren. Til syvende og sist tar updraft en nesten vertikal akse. Samtidig fortsetter rotasjonen, og den er så kraftig at den til slutt bryter gjennom ambolten, og danner en kuppel over den - en ruvende krone. Utseendet til denne kuppelen indikerer kraftige oppdateringer som er i stand til å bryte gjennom inversjonslaget. Denne roterende kolonnen er "hjertet" til supersellen og kalles en mesocyklon. Diameteren kan variere fra 2 til 10 km. Den ruvende kronen indikerer bare tilstedeværelsen av en mesocyklon.
Den lange levetiden og stabiliteten til supersellen er assosiert med følgende. På grunn av mesocyklonen, skjer nedbør litt borte fra oppdateringen, og derfor blir også nedtrekkene observert til siden (hovedsakelig på begge sider av mesocyklonen). I dette tilfellet eksisterer begge strømmer (synkende og stigende) sammen - de er venner: når de går ned, fortrenger den tidligere luften oppover, og blokkerer ikke tilgangen til cellen, og forbedrer dermed den stigende strømmen. Og jo kraftigere oppdateringen er, jo sterkere er nedbøren, noe som forårsaker enda større nedtrekk, som mer og mer tvinger overflateluften oppover. Og hvis cellen blir sammenlignet med et hjul, viser det seg at nedbør i en slik situasjon, som det var, snurrer dette hjulet. Det er som et resultat av dette at supersellen kan eksistere i mange timer,utvidet i løpet av denne tiden med titalls kilometer i bredde og lengde, og genererte store hagl, kraftig nedbør og ofte tornadoer. På dette tidspunktet dukker det opp 3 mini-fronter på overflaten av jorden: 2 kalde i området med nedtrekk, og en varm i området med stigende (se fig. 1). Det vil si at det vises en miniatyr syklon, hvis "embryo" er nøyaktig den samme mesocyklon.
Som nevnt ovenfor oppstår tornadoer ikke bare i superceller, men også i vanlige mono- og multiceller. Imidlertid er det en stor forskjell: i en supercell observeres nedbør og tornadoer samtidig, og i mono- og multiceller, først en tornado, og deretter nedbør, og i området hvor tornadoen ble observert. Dette skyldes fraværet av en åpenbar forskyvning i rommet til den øvre "krystallogene" delen av skyen, og den nedre delen som varm luft strømmer inn i. I tillegg er det i superceller vanligvis en jetstrøm over spissen, som fører den fortrengte luften bort fra skyen, som et resultat av at en veldig langstrakt ambolt blir observert (se fig. 1), mens i en normal celle, den kalde luften fortrengt av varm, synker ned langs kantene og derved blokkerer i tillegg "strøm". Derfor er tornadoer i slike celler kortvarige, svake,og er sjelden på et stadium større enn en traktsky.
Det skal bemerkes at superceller er både store og små, med en lav eller høy ruvende krone, og kan dannes hvor som helst, men hovedsakelig i sentralstatene i USA - på Great Plains. I Europa og Russland er de ekstremt sjeldne, og det er bare én type - HP-superceller. Klassifiseringen vil bli diskutert nedenfor. Superceller er alltid forbundet med betydelig vindskjæring og høye CAPE-verdier - en indikator på ustabilitet. For superceller starter den vertikale skjærgrensen på 20 m / s i laget 0-6 km.
Alle superceller produserer tøffe værforhold (hagl, skvaller, regnstormer), men bare 30% eller færre av dem genererer tornadoer, så man må prøve å skille tornadegenererende superceller fra mer "rolige".
Et kraftig skifte i 0-6 km-laget (lang hodograf) og tilstrekkelig oppdrift er nødvendig for dannelsen av en kraftig mesocyklon. Dannelsen av en supercell under betingelse av en betydelig krumning av hodografen i 0–2 km laget fremmer utviklingen av en tornado. Utviklingen av en tornado avhenger imidlertid av stormens dynamiske struktur. Det må være sterk oppdatering og vertikal rotasjon for en sterk utvikling av mesocyklon og tornado. Den horisontale virvel forårsaket av vertikal skjær er avgjørende for dannelsen av mesocyklon.
Superceller er generelt klassifisert i 3 typer. Men ikke alle superceller tilsvarer tydelig en spesifikk art og går ofte fra en art til en annen i løpet av deres utvikling. Alle typer celler genererer tøffe værforhold.
Klassisk supercell - Det vil si at det er den ideelle supercellen, som inneholder nesten alle elementene ovenfor, både på radaren og visuelle. Instabilitetsindekser for denne typen er: CAPE: 1500 - 3500 J / kg, Li fra -4 til -10. Men i naturen er slike celler ganske sjeldne; de to andre typene er oftere observert.
Supercell av typen LP (Low Precipitation). Denne klassen av superceller har et lite område med lite nedbør (regn, hagl), atskilt fra oppdateringen. Denne typen kan lett gjenkjennes av de skulpturerte skysporene i bunnen av oppdateringen, og noen ganger ser det ut til å være "sulten" i forhold til den klassiske supersellen. Dette er fordi de dannes langs den såkalte. tørre linjer (når varm og fuktig luft observeres nær overflaten, som kiler, som en kald front, under varmere og tørrere luft, siden sistnevnte er mindre tett), med lite tilgjengelig fuktighet for sin utvikling, til tross for en sterk vindskjæring … Slike celler kollapser vanligvis raskt uten å endre seg til andre typer. De genererer typisk svake tornadoer og hagler mindre enn 1 tomme. På grunn av mangel på kraftig nedbør,denne typen celler har svake radarrefleksjoner uten et tydelig krokekko, selv om en tornado faktisk blir observert den gangen. Tordenværsaktiviteten til en slik celle er betydelig lavere sammenlignet med andre typer, og lynet er hovedsakelig intra-sky (IC), og ikke mellom sky og grunn (CG). Disse supercellene dannes ved CAPE lik 500 - 3500 J / kg og Li: -2 - (-8). Slike celler finnes hovedsakelig i sentralstatene i USA i løpet av våren og sommermånedene. De er også observert i Australia. Slike celler finnes hovedsakelig i sentralstatene i USA i løpet av våren og sommermånedene. De er også observert i Australia. Slike celler finnes hovedsakelig i sentralstatene i USA i løpet av våren og sommermånedene. De er også observert i Australia.
Supercell-type HP (High Precipitation). Denne typen superceller har mye høyere nedbør enn andre typer, som kan omgi mesocyklonen fullstendig. En slik celle er spesielt farlig, siden den kan inneholde en kraftig tornado, som er visuelt skjult bak en vegg av nedbør. HP-superceller forårsaker ofte flom og alvorlige nedtrapper, men det er mindre sannsynlig at de danner store hagl enn andre typer. Det ble bemerket at disse supercellene genererer mer IC- og CG-utslipp enn andre typer. CAPE-indeksen for disse supercellene er 2000 - 7000 J / kg eller mer, og Li bør være under -6. Slike celler beveger seg relativt sakte.
Etter 4 år med mislykkede søk fant fotograf Mike Olbinski det han lette etter. 3. juni, i nærheten av Booker, Texas, så han den svært sjeldne roterende supersellen.
Se fullskjerm i HD-kvalitet:
Her er en annen video:
