Känner du till definitionen av en supercell? Det verkade för mig att detta är något från området matematik eller kärnfysik. Kanske finns det något sådant, men vi kommer nu att prata om naturfenomen.
Orsaken till sådana fenomen som åskväder, kraftigt regn och intensiv vindförstärkning är monocellulära och multicellulära cumulonimbusmoln, som ganska ofta högar upp på himlen under sommarsäsongen. En monocell är ett enda cumulonimbus-moln som finns oberoende av de andra. En multicell är redan ett kluster (ackumulering) av monoceller, som förenas av en städ. Det vill säga, när en cell sönderfaller, inträffar en annan kärna i närheten av den eller kärnbildning samtidigt. Dessa komplex kan uppta ett område från flera tiotals till flera hundra tusen km2.
De senare kallas Mesoscale Convective Clusters (MCC). De kan orsaka kraftfulla kvadrar, tungt hagel och kraftigt regn. Men de är inget speciellt - bara en ansamling av kraftfulla cumulonimbus moln. Men det finns en atmosfärisk bildning som ger ännu svårare väderförhållanden, inklusive en tornado och det kallas en supercell. Deras formningsförhållanden och struktur skiljer sig grundläggande från vanliga cumulonimbusmoln. Och den här artikeln handlar bara om dessa fantastiska, sällsynta och spännande föremål i atmosfären.
Monoceller och multiceller
Till att börja med beakta processerna för bildning av konventionella monoceller. På en klar sommardag värms solen upp den underliggande ytan. Som ett resultat inträffar termisk konvektion, vilket leder till uppkomsten av "embryon" av en framtida åskväder - platta cumulusmoln (Cu hum.), Vars höjd inte överstiger 1 km. De genereras vanligtvis av kaotiskt stigande volymer uppvärmd luft - termaler i form av bubblor. I detta fall kommer det resulterande molnet att pågå under en tid (tiotals minuter) och så småningom upplösas utan att gå vidare till ett annat utvecklingsstadium. Det är en annorlunda fråga när den växande termiska formen inte är en bubbla utan en kontinuerlig luftström. Samtidigt, på platser från vilka luften steg upp, bildas en sällsynthet. Den är fylld med luft från sidorna. Tvärtom tenderar överskottsluften att spridas till sidorna. På lite avstånd stänger flygtrafiken. Som ett resultat bildas en konvektiv cell.
Dessutom Cu hum. passerar in i cumulus medium eller cumulus kraftfulla moln (Cu med., Cu cong.), vars höjd redan är upp till 4 km. Ett kumulat platt moln kommer att passera in i ett medium moln, och sedan till ett kraftfullt, eller så kommer det att avsluta dess utveckling, kvar i det första steget, beror bara på atmosfärens tillstånd på en given plats och vid en given tidpunkt. De viktigaste faktorerna som bidrar till tillväxten av konvektiva moln är ett kraftigt temperaturfall med höjd i bakgrundsatmosfären, såväl som frisläppande av värme vid fasövergångar av fukt (kondens, frysning, sublimering), vilket kräver ett tillräckligt högt vattenånga i luften. En begränsande faktor är förekomsten av skikt i atmosfären där temperaturen sjunker något med höjden, upp till isoterm (temperaturen ändras inte med höjden) eller inversion (värmer med höjden). Under gynnsamma förhållanden, Cu cong.förvandlas till ett cumulonimbus Cb-moln, som orsakar duschar, åskväder och hagel. Men i alla fall visas ett cumulonimbusmoln initialt som Cu-brum, och inte spontant.
Kampanjvideo:
Ett särdrag hos detta moln är den iskalla toppen, som har nått inversionsskiktet (höjden Cb bestäms av kondensnivån och konvektionsnivån - molnens nedre och övre gränser. I tropiska breddegrader kan höjden på dessa moln nå 20 km och bryta igenom tropopausen). Det kallas en städ och är ett lager av täta cirrusmoln som utvecklats i det horisontella planet. För närvarande nådde molnet sin maximala utveckling. Samtidigt, tillsammans med stigande bäckar i molnet, bildas fallande bäckar som ett resultat av nederbörd. Den fallande nederbörden kyler den omgivande luften, den blir tätare och börjar sjunka ner till ytan (vi ser denna process på jorden som en kväll) mer och mer blockerar uppdateringarna, som är mycket nödvändiga för molnens existens. Och varje neddragning har en skadlig effekt på molngenesis.
Således undertecknar ett moln som har vuxit till stadium Cb omedelbart sin egen dödsorder. Studier visar att neddragningar i dess nedre del och i undermolnskiktet har en särskilt stark effekt - från under molnet, bildligt sett, slås grunden ut. Som ett resultat börjar det sista stadiet av existensen av Cb - dess spridning. I detta skede observeras endast neddragningar under molnet, vilket helt ersätter de stigande; nederbörden försvagas gradvis och stannar, molnet blir mindre tätt och passerar gradvis in i ett lager av täta cirrusmoln. Det är här hans existens slutar. Således går molnet igenom alla utvecklingsstadier på ungefär en timme: molnet växer på 10 minuter, mognadsstadiet varar cirka 20 - 25 minuter och spridning sker på cirka 30 minuter.
En monocell är ett moln som består av en konvektiv cell, men oftast (i cirka 80% av fallen) observeras flera celler - en grupp konvektiva celler i olika utvecklingsstadier, förenade av en städ. Under aktiva åskväder med flera celler skapar de fallande strömmarna av kall luft i "föräldrar" molnet stigande strömmar som bildar "dotter" åskmoln. Det måste dock komma ihåg att alla celler aldrig kan vara samtidigt på samma utvecklingsstadium! Multicells livslängd är mycket längre - i storleksordningen flera timmar.
Supercell. Grundläggande koncept
En supercell är en mycket kraftfull konvektiv monocell. Processen för dess bildning och struktur skiljer sig mycket från vanliga cumulonimbusmoln. Därför är detta fenomen av stort intresse för forskare. Intresset ligger i det faktum att en vanlig monocell under vissa förhållanden förvandlas till ett slags "monster" som kan existera i ungefär 4 - 5 timmar praktiskt taget oförändrat, är kvasi-stationärt och genererar alla farliga väderfenomen. En supercells diameter kan nå 50 km eller mer och dess höjd överstiger ofta 10 km. Den stigande hastigheten inuti supercellen når 50 m / s och ännu mer. Som ett resultat bildas hagel ofta med en diameter på 10 cm eller mer. Nedan kommer vi att överväga bildningsförhållandena, dynamiken och strukturen för supercellen.
De viktigaste faktorerna som är nödvändiga för bildandet av en supercell är vindskjuvning (förändring i vindhastighet och riktning med höjd i skiktet 0 - 6 km), närvaron av en jetström vid låga nivåer och stark instabilitet i atmosfären när "explosiv konvektion" observeras. Ursprungligen har molnet egenskaperna hos en monocell med direkta stigande strömmar av varm och fuktig luft, men sedan i en viss höjd observeras vindskjuvning och / eller en jetström, som börjar spiralera den stigande strömmen och lutar den något från den vertikala axeln. I den första figuren visar en röd tunn pil en vindskjuvning (jetström), en bred pil - en uppdatering.
Som ett resultat av dess kontakt med jetströmmen börjar den spiralera i ett horisontellt plan. Sedan förvandlas den stigande strömmen, som roterar i en spiral, gradvis från horisontellt till mer vertikalt. Detta kan ses i den andra figuren. I slutändan tar uppdateringen en nästan vertikal axel. Samtidigt fortsätter rotationen, och den är så kraftfull att den så småningom bryter igenom städet och bildar en kupol ovanför - en tornkrona. Utseendet på denna kupol indikerar kraftfulla uppdateringar som kan bryta igenom inversionsskiktet. Denna roterande kolumn är "hjärtat" av supercellen och kallas en mesocyklon. Dess diameter kan variera från 2 till 10 km. Den högsta kronan indikerar bara närvaron av en mesocyklon.
Supercellens långa livslängd och stabilitet är förknippad med följande. På grund av mesocyklonen sker nederbörden något bort från uppdateringen, och därför observeras neddragningarna också till sidan (främst på båda sidorna av mesocyklonen). I det här fallet existerar båda strömmarna (fallande och stigande) med varandra - de är vänner: när de går ner förflyttar den förra varm luft uppåt och blockerar inte dess åtkomst till cellen och förbättrar därmed det stigande flödet ytterligare. Och desto kraftigare uppdateringen, desto starkare nederbörd, vilket orsakar ännu större neddragningar, som mer och mer tvingar ytluften uppåt. Och om cellen liknar ett hjul, visar det sig att nederbörden i en sådan situation snurrar detta hjul. Det är som ett resultat av detta att supercellen kan existera i många timmar,expanderar under denna tid med tiotals kilometer i bredd och längd, genererar stora haglar, kraftiga nederbörd och ofta tornadon. För närvarande visas 3 minifronter på jordens yta: 2 kalla i området för neddragningar och en varm i området för stigande (se fig. 1). Det vill säga en miniatyrcyklon visas, vars "embryo" är exakt samma mesocyklon.
Som nämnts ovan uppstår tornadon inte bara i superceller utan också i vanliga mono- och multiceller. Det finns emellertid en stor skillnad: i en supercell observeras nederbörd och tornado samtidigt, och i mono- och multiceller - först en tornado och sedan nederbörd och i området där tornadomen observerades. Detta beror på frånvaron av en uppenbar förskjutning i utrymmet för den övre "kristallogena" delen av molnet och den nedre delen in i vilken varm luft flyter. Dessutom finns det i superceller vanligtvis en jetström ovanför spetsen, som transporterar den förskjutna luften bort från molnet, vilket resulterar i att en mycket långsträckt städ observeras (se fig. 1), medan den kalla luften förflyttas av varm i en normal cell blockerar dessutom "ström". Därför är tornadon i sådana celler kortlivade, svaga,och är sällan i ett steg större än ett trattmoln.
Det bör noteras att superceller är både stora och små, med en låg eller hög tornkrona, och kan bildas var som helst, men främst i centralstaterna i USA - på Great Plains. I Europa och Ryssland är de extremt sällsynta och det finns bara en typ - HP-superceller. Klassificeringen kommer att diskuteras nedan. Superceller är alltid förknippade med betydande vindskjuvning och höga CAPE-värden - en indikator på instabilitet. För superceller börjar den vertikala skjuvgränsen vid 20 m / s i skiktet 0-6 km.
Alla superceller producerar hårda väderförhållanden (hagel, squalls, regnstormar), men endast 30% eller färre av dem genererar tornadon, så du måste försöka särskilja tornado-genererande superceller från mer "lugna".
En kraftfull växling i 0-6 km-skiktet (lång hodograf) och tillräcklig flytkraft är nödvändig för bildandet av en kraftfull mesocyklon. Bildningen av en supercell under förutsättning av en betydande krökning av hodografen i 0–2 km-skiktet främjar utvecklingen av en tornado. Emellertid beror utvecklingen av en tornado på stormens dynamiska struktur. Det måste finnas stark uppdatering och vertikal rotation för en stark utveckling av mesocyklon och tornado. Den horisontella virvel som orsakas av vertikal skjuvning är avgörande för bildandet av mesocyklon.
Superceller klassificeras vanligtvis i tre typer. Men inte alla superceller motsvarar klart en specifik art och passerar ofta från en art till en annan under utvecklingen. Alla typer av celler genererar hårda väderförhållanden.
Klassisk supercell - Det vill säga det är en idealisk supercell som innehåller nästan alla ovanstående element, både på radaren och visuella. Instabilitetsindex för denna typ är: CAPE: 1500 - 3500 J / kg, Li från -4 till -10. Men i naturen är sådana celler ganska sällsynta; de andra två typerna observeras oftare.
Supercell av LP (Low Precipitation). Denna klass av superceller har ett litet område med låg nederbörd (regn, hagel), åtskild från uppdateringen. Denna typ kan lätt identifieras av de skulpturerade molnspåren vid basen av uppdateringen och har ibland utseendet att vara "hungriga" i jämförelse med den klassiska supercellen. Detta beror på att de bildas längs den så kallade. torra linjer (när varm och fuktig luft observeras nära ytan, som kilar, som en kall front, under varmare och torrare luft, eftersom den senare är mindre tät), med lite tillgängligt fukt för dess utveckling, trots en stark vindskjuvning … Sådana celler kollapsar vanligtvis snabbt utan att ändras till andra typer. De genererar vanligtvis svaga tornadon och haglar mindre än 1 tum i storlek. På grund av bristen på kraftigt regn,denna typ av celler har svaga radarreflektioner utan ett tydligt krokeko, även om en tornado faktiskt observeras vid den tiden. Åskväderaktiviteten för en sådan cell är betydligt lägre jämfört med andra typer, och blixt är övervägande intracloud (IC) och inte mellan moln och mark (CG). Dessa superceller bildas vid CAPE lika med 500 - 3500 J / kg och Li: -2 - (-8). Sådana celler finns främst i centralstaterna i USA under vår- och sommarmånaderna. De har också observerats i Australien. Sådana celler finns främst i centralstaterna i USA under vår- och sommarmånaderna. De har också observerats i Australien. Sådana celler finns främst i centralstaterna i USA under vår- och sommarmånaderna. De har också observerats i Australien.
Supercell HP (High Precipitation). Denna typ av supercell har mycket högre nederbörd än andra typer, som helt kan omge mesocyklonen. En sådan cell är särskilt farlig, eftersom den kan innehålla en kraftfull tornado, som är visuellt dold bakom en mur av nederbörd. HP-superceller orsakar ofta översvämningar och allvarliga nedsänkning, men de är mindre benägna att bilda stora haglar än andra typer. Det noterades att dessa superceller genererar mer IC- och CG-urladdningar än andra typer. CAPE-indexet för dessa superceller är 2000 - 7000 J / kg eller mer, och Li bör vara under -6. Sådana celler rör sig relativt långsamt.
Efter fyra års misslyckade sökningar fann fotografen Mike Olbinski vad han letade efter. Den 3 juni, nära Booker, Texas, såg han den mycket sällsynta roterande supercellen.
Se helskärm i HD-kvalitet:
Här är en annan video: