Kender du definitionen på en supercelle? Det syntes for mig, at dette er noget fra området matematik eller nukleær fysik. Der er måske en sådan ting, men vi vil nu tale om naturfænomener.
Årsagen til sådanne fænomener som tordenvejr, kraftigt regn og intensiv vindstyrke er monocellulære og multicellulære cumulonimbus-skyer, som ganske ofte hoper sig op i himlen i sommersæsonen. En monocell er en enkelt cumulonimbus-sky, der findes uafhængigt af de andre. En multicelle er allerede en klynge (akkumulering) af monoceller, som er samlet med en ambolt. Det vil sige, at når en celle nedbrydes, sker der en anden kerne i nærheden af den, eller nucleation forekommer samtidig. Disse komplekser kan besætte et område fra flere titusinder til flere hundrede tusind km2.
Sidstnævnte kaldes Mesoscale Convective Clusters (MCC). De er i stand til at forårsage kraftige kløfter, kraftigt hagl og kraftigt regn. De er dog ikke noget specielt - bare en ophobning af kraftige cumulonimbus skyer. Men der er en atmosfærisk dannelse, der producerer endnu sværere vejrforhold, herunder en tornado, og det kaldes en supercell. Deres dannelsesbetingelser og struktur er grundlæggende forskellig fra almindelige cumulonimbus skyer. Og denne artikel handler næsten om disse fantastiske, sjældne og spændende genstande i atmosfæren.
Monoceller og multiceller
Til at begynde med skal du overveje processerne til dannelse af konventionelle monoceller. På en klar sommerdag varmer solen den underliggende overflade. Som et resultat forekommer termisk konvektion, hvilket fører til fremkomsten af "embryoner" af en fremtidig tordenvejr - flade cumuluskyer (Cu hum.), Hvis højde ikke overstiger 1 km. De genereres normalt af kaotisk stigende mængder af opvarmet luft - termaler i form af bobler. I dette tilfælde vil den resulterende sky vare i nogen tid (titalls minutter) og til sidst opløses uden at gå videre til et andet udviklingsstadium. Det er en anden sag, når den nye termiske form tager form af ikke en boble, men en kontinuerlig strøm af luft. Samtidig dannes der en sjælden fraktion på steder, hvorfra luften steg. Det er fyldt med luft fra siderne. Ovenfor tværtimod har overskydende luft en tendens til at sprede sig til siderne. På en afstand lukker lufttrafikken. Som et resultat dannes en konvektiv celle.
Derudover Cu hum. passerer i cumulus medium eller cumulus kraftige skyer (Cu med., Cu cong.), hvis højde allerede er op til 4 km. En kumuleret flad sky vil passere i en medium sky og derefter til en kraftig en, eller den vil afslutte dens udvikling, der forbliver på det første trin, afhænger kun af atmosfærens tilstand på et givet sted og på et givet tidspunkt. De vigtigste faktorer, der bidrager til væksten af konvektive skyer, er et skarpt fald i temperatur med højde i baggrundsatmosfæren samt frigørelse af varme under faseovergange af fugt (kondens, frysning, sublimering), hvilket kræver et tilstrækkeligt højt indhold af vanddamp i luften. Den begrænsende faktor er tilstedeværelsen i atmosfæren af lag, hvor temperaturen falder lidt med højden, op til isoterm (temperaturen ændrer sig ikke med højden) eller inversion (opvarmning med højden). Under gunstige forhold, Cu cong.forvandles til en cumulonimbus Cb-sky, der forårsager brusebade, tordenvejr og hagl. Men under alle omstændigheder vises en cumulonimbus sky oprindeligt som Cu brum, og ikke spontant.
Salgsfremmende video:
Et karakteristisk træk ved denne sky er det iskolde top, der har nået inversionslaget (højden Cb bestemmes af kondensationsniveauet og konvektionsniveauet - henholdsvis skyens nedre og øverste grænser. I tropiske breddegrader kan højden af disse skyer nå 20 km og bryde gennem tropopausen). Det kaldes en ambolt og er et lag med tætte cirrusskyer udviklet i det vandrette plan. På dette tidspunkt nåede skyen sin maksimale udvikling. Samtidig med stigende vandløb i skyen dannes faldende vandløb som et resultat af nedbør. Faldende nedbør afkøler den omgivende luft, den bliver tættere og begynder at falde ned til overfladen (vi observerer denne proces på jorden som et skæl) mere og mere blokerer opdateringerne, som er meget nødvendige for skyens eksistens. Og enhver tilbagetrækning har en skadelig virkning på skygenes.
Således underskriver en sky, der er vokset til fase Cb, straks sin egen dødsfald. Undersøgelser viser, at tilbagetrækninger i dens nedre del og i under-skylaget har en særlig stærk effekt - fra skyen, figurativt set, er fundamentet slået ud. Som et resultat begynder den sidste fase af eksistensen af Cb - dens spredning. På dette tidspunkt observeres kun tilbagetrækninger under skyen, hvilket fuldstændigt erstatter de stigende; nedbør gradvis svækkes og stopper, skyen bliver mindre tæt og passerer gradvist ind i et lag med tætte cirrusskyer. Det er her hans eksistens slutter. Således går skyen gennem alle udviklingsstadier på cirka en time: skyen vokser i løbet af 10 minutter, modenhedsstadiet varer ca. 20 - 25 minutter, og spredning finder sted på cirka 30 minutter.
En monocelle er en sky, der består af en konvektiv celle, men som oftest (i ca. 80% af tilfældene) observeres multiceller - en gruppe konvektive celler i forskellige udviklingsstadier, samlet med en ambolt. Under aktivitet med flertals tordenvejr skaber de faldende strømme af kold luft i "overordnede" skyen stigende vandløb, der danner tordenvejr "datter". Det skal dog huskes, at alle celler aldrig kan være samtidigt på samme udviklingstrin! Levetiden for multiceller er meget længere - i størrelsesordenen flere timer.
Supercell. Basale koncepter
En supercell er en meget kraftig konvektiv monocelle. Processen med dens dannelse og struktur er meget forskellig fra almindelige cumulonimbus skyer. Derfor er dette fænomen af stor interesse for forskere. Interessen ligger i det faktum, at en almindelig monocelle under visse betingelser forvandles til en slags "monster", der kan eksistere i cirka 4 - 5 timer praktisk talt uændret, idet den er kvasi-stationær og genererer alle farlige vejrfænomener. Diameteren på en supercelle kan nå 50 km eller mere, og dens højde overstiger ofte 10 km. Stigende hastighed inden i supercellen når 50 m / s og endnu mere. Som et resultat dannes hagl ofte med en diameter på 10 cm eller mere. Nedenfor vil vi overveje dannelsesbetingelserne, dynamikken og strukturen af supercellen.
De vigtigste faktorer, der er nødvendige for dannelsen af en supercelle, er vindskæring (ændring i vindhastighed og retning med højde i laget 0 - 6 km), tilstedeværelsen af en jetstrøm i lave niveauer og stærk ustabilitet i atmosfæren, når "eksplosiv konvektion" observeres. Oprindeligt har skyen egenskaberne ved en monocelle med direkte stigende strømme af varm og fugtig luft, men derefter i en bestemt højde observeres vindskær og / eller en jetstrøm, der begynder at spiralisere den stigende strøm og vipper den lidt fra den lodrette akse. I den første figur viser en rød tynd pil en vindskær (jet stream), en bred pil - et opdatering.
Som et resultat af dens kontakt med jetstrømmen begynder den at spiral i et vandret plan. Derefter forvandles den stigende strøm, der roterer i en spiral, gradvist fra vandret til mere lodret. Dette kan ses i den anden figur. I sidste ende tager updraft en næsten lodret akse. Samtidig fortsætter rotationen, og den er så kraftig, at den til sidst bryder gennem ambolten og danner en kuppel over den - en ruvende krone. Udseendet på denne kuppel indikerer kraftige opdateringer, der er i stand til at bryde gennem inversionslaget. Denne roterende søjle er "hjertet" af supercellen og kaldes en mesocyclon. Dets diameter kan variere fra 2 til 10 km. Den høje krone indikerer bare tilstedeværelsen af en mesocyklon.
Supercellens lange levetid og stabilitet er forbundet med følgende. På grund af mesocyclonen forekommer nedbør lidt væk fra den opadgående strøm, og derfor observeres nedtrapningerne også til siden (hovedsageligt på begge sider af mesocyclonen). I dette tilfælde eksisterer begge strømme (faldende og stigende) sammen med hinanden - de er venner: når de går ned, fortrænger den førstnævnte varm luft opad og blokerer ikke dens adgang til cellen og forbedrer derved den stigende strøm. Og jo kraftigere opdateringen er, desto stærkere er nedbøren, hvilket medfører endnu større nedtræk, som mere og mere tvinger overfladen til luft opad. Og hvis cellen sammenlignes med et hjul, viser det sig, at nedbør i en sådan situation, som det drejer sig, drejer dette hjul. Det er som et resultat af dette, at supercellen er i stand til at eksistere i mange timer,ekspanderer i løbet af denne tid med titusinder af kilometer i bredde og længde, genererer store hagl, kraftigt regn og ofte tornadoer. På dette tidspunkt vises 3 minifront på jordoverfladen: 2 kolde i området med nedklassificering strømmer, og en varm i området med stigende (se fig. 1). Det vil sige, en miniature cyklon vises, hvis "embryo" er nøjagtigt den samme mesocyclon.
Som nævnt ovenfor opstår tornadoer ikke kun i superceller, men også i almindelige mono- og multiceller. Der er dog en hovedforskel: i en supercell observeres nedbør og tornadoer samtidigt, og i mono- og multiceller - først en tornado, og derefter nedbør i øvrigt i det område, hvor tornado blev observeret. Dette skyldes fraværet af et åbenlyst skift i rummet i den øverste "krystallogene" del af skyen og den nedre del, hvor varm luft strømmer ind. Derudover findes der i superceller normalt en jetstrøm over spidsen, der bærer den fortrængte luft væk fra skyen, hvilket resulterer i, at en meget langstrakt ambolt observeres (se fig. 1), mens den kolde luft i en normal celle forskydes af varm yderligere blokerer "strøm". Derfor er tornadoer i sådanne celler kortvarige, svage,og er sjældent på et stadie større end en tragtsky.
Det skal bemærkes, at superceller er både store og små med en lav eller høj tårnkrone og kan dannes overalt, men hovedsageligt i de centrale stater i De Forenede Stater - på Great Plains. I Europa og Rusland er de ekstremt sjældne, og der er kun én type - HP-superceller. Klassificeringen vil blive diskuteret nedenfor. Superceller er altid forbundet med betydelige vindskær og høje CAPE-værdier - en indikator på ustabilitet. For superceller starter den lodrette forskydningsgrænse 20 m / s i laget 0-6 km.
Alle superceller producerer barske vejrforhold (hagl, skaller, regnvejr), men kun 30% eller færre af dem genererer tornadoer, så man må prøve at skelne tornado-genererende superceller fra mere "rolige".
Et kraftigt skift i 0-6 km laget (lang hodograf) og tilstrækkelig opdrift er nødvendigt for dannelsen af en kraftig mesocyklon. Dannelsen af en supercell under betingelse af en betydelig krumning af hodografen i 0-2 km laget fremmer udviklingen af en tornado. Udviklingen af en tornado afhænger dog af stormens dynamiske struktur. Der skal være stærk opdatering og lodret rotation for en stærk udvikling af mesocyklon og tornado. Den vandrette hvirvel forårsaget af lodret forskydning er afgørende for dannelsen af mesocyclonen.
Superceller klassificeres generelt i 3 typer. Men ikke alle superceller svarer klart til en bestemt art og går ofte fra en art til en anden i løbet af deres udvikling. Alle typer celler genererer barske vejrforhold.
Klassisk supercelle - Det vil sige, det er en ideel supercelle, der indeholder næsten alle ovenstående elementer, både på radaren og det visuelle. Instabilitetsindekser for denne type er: CAPE: 1500 - 3500 J / kg, Li fra -4 til -10. Men i naturen er sådanne celler ganske sjældne; de to andre typer observeres oftere.
Supercell fra LP (lav præcipitation). Denne klasse af superceller har et lille område med lav nedbør (regn, hagl), adskilt fra opdateringen. Denne type kan let identificeres ved hjælp af de skulpturerede skyespor i bunden af opdateringen og har undertiden udseende som "sulten" i forhold til den klassiske supercelle. Dette skyldes, at de dannes langs den såkaldte. tørre linier (når varm og fugtig luft observeres nær overfladen, som kiler som en kold front, under varmere og tørrere luft, da sidstnævnte er mindre tæt), der har lidt tilgængelig fugtighed til dens udvikling på trods af en stærk vindskær … Sådanne celler kollapser normalt hurtigt uden at ændre sig til andre typer. De genererer typisk svage tornadoer og hagler, der er mindre end 1 tomme i størrelse. På grund af manglen på kraftigt regn,denne type celle har svage radarreflektioner uden et klart krogekko, selvom en tornado faktisk observeres på det tidspunkt. Tordenvejrsaktiviteten i en sådan celle er signifikant lavere sammenlignet med andre typer, og lynet er overvejende intra-sky (IC) og ikke mellem sky og jord (CG). Disse superceller dannes ved CAPE svarende til 500 - 3500 J / kg og Li: -2 - (-8). Sådanne celler findes hovedsageligt i de centrale stater i USA i løbet af foråret og sommermånederne. De er også blevet observeret i Australien. Sådanne celler findes hovedsageligt i de centrale stater i USA i løbet af foråret og sommermånederne. De er også blevet observeret i Australien. Sådanne celler findes hovedsageligt i de centrale stater i USA i løbet af foråret og sommermånederne. De er også blevet observeret i Australien.
Supercelletype HP (høj præcipitation). Denne type supercell har meget højere nedbør end andre typer, der kan omgiver mesocyclonen fuldstændigt. En sådan celle er især farlig, da den kan indeholde en kraftig tornado, som er visuelt skjult bag en mur af nedbør. HP-superceller forårsager ofte oversvømmelse og alvorlige nedenunder, men er mindre tilbøjelige til at danne stort hagl end andre typer. Det blev bemærket, at disse superceller genererer flere IC- og CG-udledninger end andre typer. CAPE-indekset for disse superceller er 2000 - 7000 J / kg eller mere, og Li bør være under -6. Sådanne celler bevæger sig relativt langsomt.
Efter 4 års succesrige søgninger fandt fotograf Mike Olbinski, hvad han ledte efter. Den 3. juni i nærheden af Booker, Texas, så han den meget sjældne roterende supercelle.
Se fuld skærm i HD-kvalitet:
Her er en anden video: