Jste obeznámeni s definicí superbunky? Zdálo se mi, že je to něco z oblasti matematiky nebo jaderné fyziky. Možná existuje něco takového, ale teď budeme hovořit o přírodních jevech.
Příčinou takových jevů, jako jsou bouřky, silný déšť a zesílení větru, jsou monobuněčné a mnohobuněčné mraky kumulonimbus, které se v létě často hromadí na obloze. Monocell je jeden oblak kumulonimbus, který existuje nezávisle na ostatních. Mnohobunka je již shluk (akumulace) monobuněk, které jsou spojeny jedním kovadlinou. To znamená, že když se jedna buňka rozpadne, pak se v blízkosti nachází další jádro nebo dochází k nukleace současně. Tyto komplexy mohou zabírat plochu od několika desítek do několika stovek tisíc km2.
Posledně jmenované se nazývají Mesoscale Convective Clusters (MCC). Jsou schopni způsobovat silné pády, silné krupobití a silné srážky. Nejedná se však o nic zvláštního - pouze o akumulaci silných mraků kumulonimbus. Ale existuje atmosférická formace, která produkuje ještě přísnější povětrnostní podmínky, včetně tornáda a nazývá se supercell. Jejich formační podmínky a struktura se zásadně liší od obyčejných kupovitých mraků. A tento článek je jen o těchto úžasných, vzácných a vzrušujících objektech atmosféry.
Monobuňky a multibuňky
Nejprve se podívejme na procesy tvorby konvenčních monocytů. Za jasného letního dne zahřívá slunce podkladovou plochu. V důsledku toho dochází k tepelné konvekci, která vede ke vzniku „embryí“budoucí bouřky - ploché kupovité mraky (Cu hum.), Jejichž výška nepřesahuje 1 km. Obvykle jsou vytvářeny chaoticky rostoucími objemy ohřátého vzduchu - termálů ve formě bublin. V tomto případě bude výsledný mrak trvat nějakou dobu (desítky minut) a nakonec se rozpustí bez přechodu do další fáze vývoje. Je to jiná záležitost, když vznikající teplo má podobu ne bubliny, ale nepřetržitého proudu vzduchu. Současně se v místech, ze kterých vzrostl vzduch, tvoří vzácná frakce. Je naplněn vzduchem ze stran. Nadměrný vzduch má naopak tendenci se šířit do stran. V určité vzdálenosti se letecký provoz uzavře. Výsledkem je vytvoření konvekční buňky.
Navíc Cu hum. přechází do kupovitých středních nebo kupovitých mraků (Cu med., Cu cong.), jejichž výška je již do 4 km. Kumulový plochý mrak přejde do středního cloudu a poté do výkonného, nebo ukončí svůj vývoj, který zůstane v první fázi, závisí pouze na stavu atmosféry na daném místě a v daném čase. Hlavními faktory, které přispívají k růstu konvekčních mraků, jsou prudký pokles teploty s výškou v pozadí atmosféry a také uvolňování tepla během fázových přechodů vlhkosti (kondenzace, mrznutí, sublimace), což vyžaduje dostatečně vysoký obsah vodní páry ve vzduchu. Omezujícím faktorem je přítomnost vrstev, ve kterých teplota mírně klesá s výškou, až do izotermy (teplota se nemění s výškou) nebo inverze (oteplování s výškou) v atmosféře. Za příznivých podmínek Cu cong.se promění v kumulonimbusový oblak Cb, který způsobuje sprchy, bouřky a krupobití. V každém případě se však oblak kumulonimbus objeví zpočátku jako Cu hum, a ne spontánně.
Propagační video:
Charakteristickým rysem tohoto mraku je ledový vrchol, který dosáhl inverzní vrstvy (výška Cb je určena úrovní kondenzace a úrovně proudění - respektive spodní a horní hranice mraku. V tropických šířkách může výška těchto mraků dosáhnout 20 km a prorazit tropopause). Říká se jí kovadlina a je to vrstva hustých cirrusových mraků vyvinutých v horizontální rovině. V této době cloud dosáhl svého maximálního vývoje. Současně se stoupajícími proudy v cloudu se v důsledku srážek vytvoří sestupné proudy. Padající srážení ochlazuje okolní vzduch, stává se hustší a začíná klesat na povrch (tento proces na Zemi pozorujeme jako bouřku) čím dál tím více blokuje aktualizace, které jsou pro existenci cloudu velmi nezbytné. A jakýkoli věnec má škodlivý vliv na genezi cloudu.
Oblak, který se rozrostl do fáze Cb, tedy okamžitě podepíše svůj vlastní příkaz k úmrtí. Studie ukazují, že věno v jeho spodní části a ve vrstvě sub-cloudu má obzvláště silný účinek - z pod mrakem, obrazně řečeno, je základ vyřazen. Výsledkem je, že začíná konečná fáze existence Cb - jeho rozptyl. V této fázi jsou pod mrakem pozorovány pouze věty, které zcela nahrazují vzestupné; Srážky postupně oslabují a zastavují se, mrak se stává méně hustým a postupně přechází do vrstvy hustých cirrusových mraků. Tady končí jeho existence. Mrak tedy prochází všemi vývojovými stádii přibližně za hodinu: mrak roste za 10 minut, stádium zralosti trvá přibližně 20 - 25 minut a rozptyl se objevuje přibližně za 30 minut.
Monocell je oblak, který se skládá z jedné konvektivní buňky, ale nejčastěji (v asi 80% případů) jsou pozorovány vícebuněčné buňky - skupina konvektivních buněk v různých stádiích vývoje, sjednocená jedním kovadlinou. Během bouřkové aktivity s více buňkami sestupné proudy studeného vzduchu „mateřského“mraku vytvářejí vzestupné proudy, které tvoří „dceřiné“hromy. Je však třeba si uvědomit, že všechny buňky nemohou být nikdy ve stejné fázi vývoje! Životnost vícečlánků je mnohem delší - řádově několik hodin.
Supercell. Základní pojmy
Supercell je velmi silný konvekční monocell. Proces jeho formování a struktury se velmi liší od běžných mraků kumulonimbus. Proto je tento jev velmi zajímavý pro vědce. Zájem spočívá v tom, že obyčejný monocell se za určitých podmínek mění v jakýsi „monstrum“, které může existovat po dobu asi 4 - 5 hodin prakticky beze změny, je kvazi stacionární a generuje všechny nebezpečné jevy počasí. Průměr superbunky může dosáhnout 50 km nebo více a její výška často přesahuje 10 km. Vzestupná rychlost uvnitř superbunky dosahuje 50 m / sa ještě více. V důsledku toho se krupobití často tvoří s průměrem 10 cm nebo více. Níže se budeme zabývat formačními podmínkami, dynamikou a strukturou superbunky.
Hlavními faktory nezbytnými pro vytvoření superbunky jsou střih větru (změna rychlosti a směru větru s výškou ve vrstvě 0 - 6 km), přítomnost proudu paprsku při nízkých úrovních a silná nestabilita v atmosféře, když je pozorována „výbušná konvekce“. Zpočátku má cloud charakteristiku monobuňky s přímými stoupajícími proudy teplého a vlhkého vzduchu, ale poté je v určité výšce pozorován střih větru a (nebo) proud paprsku, který začíná spirálovitě stoupat a proud mírně naklánět od svislé osy. Na prvním obrázku je červená tenká šipka znázorněna střihem větru (proud paprsku), široká šipka - aktualizace.
V důsledku svého kontaktu s proudem paprsku se točí ve vodorovné rovině. Potom stoupající proud, rotující ve spirále, se postupně mění z horizontálního na vertikální. To lze vidět na druhém obrázku. Nakonec aktualizace trvá téměř svislou osu. Současně rotace pokračuje a je tak silná, že nakonec prorazí kovadlinu a nad ní vytvoří kopuli - tyčící se korunu. Vzhled této kopule naznačuje silné aktualizace, které jsou schopny prorazit inverzní vrstvu. Tento rotující sloupec je „srdcem“superbunky a nazývá se mezocyklon. Jeho průměr se může pohybovat od 2 do 10 km. Vztyčená koruna jen naznačuje přítomnost mesocyclone.
Dlouhá životnost a stabilita superbunky je spojena s následujícím. Kvůli mesocyclone, srážení nastane mírně pryč od vzestupného toku, a proto jsou pozorována i věno do strany (hlavně na obou stranách mesocyclone). V tomto případě oba proudy (sestupně i vzestupně) spolu existují - jsou to přátelé: sestupují dolů, bývalý vytlačuje teplý vzduch nahoru a neblokuje jeho přístup do buňky, čímž dále zvyšuje vzestupný tok. A čím silnější je aktualizace, tím silnější je srážení, které způsobuje ještě větší větrné vlny, které stále více tlačí povrchový vzduch nahoru. A pokud je buňka přirovnávána k kolu, ukáže se, že srážení v takové situaci, jako by bylo, točí toto kolo. V důsledku toho je superbunka schopna existovat po mnoho hodin,během této doby se rozšiřoval o desítky kilometrů na šířku a délku, vytvářel velké krupobití, silné srážky a často tornáda. V tuto chvíli se na povrchu Země objeví 3 minifront: 2 studené v oblasti downgrading toků a teplá v oblasti vzestupných toků (viz obr. 1). To znamená, že se objeví miniaturní cyklón, jehož „embryo“je přesně stejný mezocyclon.
Jak bylo uvedeno výše, tornáda nevznikají pouze v superbuněcích, ale také v obyčejných mono- a multi-buňkách. Hlavní rozdíl je však v tom, že v superbuněře jsou současně pozorovány srážky a tornáda, v monobuněčných buňkách a v několika buňkách nejprve tornádo a poté srážky a v oblasti, kde bylo tornádo pozorováno. Je to kvůli absenci zjevného posunu v prostoru horní „krystallogenické“části mraku a spodní části, do které proudí teplý vzduch. Kromě toho je v superbunkách obvykle proud proudu nad vrcholem, který odvádí vytlačený vzduch pryč od oblaku, v důsledku čehož je pozorována velmi protáhlá kovadlina (viz obr. 1), zatímco v normální komoře chladný vzduch vytlačený teplem sestupuje podél okrajů a tím i navíc blokuje „sílu“. Proto jsou tornáda v takových buňkách krátkodobá, slabá,a jsou zřídka ve fázi větší než mrak trychtýře.
Je třeba poznamenat, že superbunky jsou velké i malé, s nízkou nebo vysokou tyčící se korunou a mohou se tvořit kdekoli, ale hlavně ve středních státech Spojených států - na Velké nížině. V Evropě a Rusku jsou extrémně vzácné a existuje pouze jeden typ - HP superbunky. Klasifikace bude diskutována níže. Supercells jsou vždy spojeny s významným střihem větru a vysokými hodnotami CAPE - indikátorem nestability. U superbuněk začíná vertikální mez smyku při 20 m / s ve vrstvě 0-6 km.
Všechny superčlánky vytvářejí drsné povětrnostní podmínky (krupobití, bouře, bouřky), ale pouze 30% nebo méně z nich generuje tornáda, takže je třeba se pokusit odlišit superbunky generující tornádo od „klidnějších“.
Silný posun ve vrstvě 0-6 km (dlouhý hodograf) a dostatečný vztlak jsou nezbytné pro vytvoření silného mesocyklonu. K vývoji tornáda přispívá vytvoření superbunky pod podmínkou výrazného zakřivení hodografu ve vrstvě 0–2 km. Vývoj tornáda však závisí na dynamické struktuře bouře. Pro silný vývoj mesocyconu a tornáda musí existovat silná aktualizace a vertikální rotace. Horizontální vír způsobený vertikálním střihem je rozhodující pro tvorbu mezocyklonu.
Supercells jsou obecně rozděleny do 3 typů. Ale ne všechny super buňky jasně odpovídají určitému druhu a během vývoje se často přecházejí z jednoho druhu na druhý. Všechny typy buněk vytvářejí drsné povětrnostní podmínky.
Classic supercell - To je, je to ideální supercell, který obsahuje téměř všechny výše uvedené prvky, jak na radaru, tak vizuálně. Indexy nestability pro tento typ jsou: CAPE: 1500 - 3500 J / kg, Li od -4 do -10. Ale v přírodě jsou takové buňky poměrně vzácné, další dva typy jsou častěji pozorovány.
Supercelinka typu LP (Low Precipitation). Tato třída superbuněk má malou oblast s nízkými srážkami (déšť, krupobití), oddělená od updraft. Tento typ může být snadno rozpoznán vyřezávanými oblačnými drážkami u základny updraft a někdy má vzhled “hladového” ve srovnání s klasickým supercellem. Je to proto, že se tvoří podél tzv. suché linie (když je pozorován teplý a vlhký vzduch v blízkosti povrchu, který klíny, jako studená fronta, pod teplejším a suchším vzduchem, protože ten je méně hustý), má pro svůj vývoj malou dostupnou vlhkost, navzdory silnému střihu větru … Takové buňky se obvykle rychle zhroutí, aniž by se změnily na jiné typy. Obvykle generují slabá tornáda a krupobití o velikosti menší než 1 palec. Kvůli nedostatku silných srážek,tento typ buňky má slabé radarové odrazy bez jasné ozvěny háčku, přestože tornádo je ve skutečnosti pozorováno v té době. Bouřková aktivita takové buňky je výrazně nižší ve srovnání s jinými typy a blesk je převážně uvnitř cloudu (IC), nikoli mezi cloudem a zemí (CG). Tyto superbunky jsou vytvářeny na CAPE rovným 500 - 3500 J / kg a Li: -2 - (-8). Tyto buňky se vyskytují hlavně ve středních státech Spojených států během jarních a letních měsíců. Byly také pozorovány v Austrálii. Tyto buňky se vyskytují hlavně ve středních státech Spojených států během jarních a letních měsíců. Byly také pozorovány v Austrálii. Tyto buňky se vyskytují hlavně ve středních státech Spojených států během jarních a letních měsíců. Byly také pozorovány v Austrálii.
Supercell typu HP (High Precipitation). Tento typ superbunky má mnohem vyšší srážení než jiné typy, které mohou úplně obklopit mesocyklon. Taková buňka je zvláště nebezpečná, protože může obsahovat silné tornádo, které je vizuálně skryto za stěnou srážek. HP supercells často způsobují záplavy a těžké downbarsty, ale je méně pravděpodobné, že vytvoří velké krupobití než jiné typy. Bylo zjištěno, že tyto superbunky generují více výbojů IC a CG než jiné typy. Index CAPE pro tyto superbunky je 2000 - 7000 J / kg nebo více a Li by měl být pod -6. Takové buňky se pohybují relativně pomalu.
Po 4 letech neúspěšných vyhledávání našel fotograf Mike Olbinski, co hledal. 3. června, poblíž Bookeru v Texasu, viděl toto velmi vzácné točivé supercell.
Sledujte celou obrazovku v kvalitě HD:
Zde je další video: