Kent u de definitie van een supercel? Het leek me dat dit iets is uit de wiskunde of kernfysica. Misschien bestaat er zoiets, maar we zullen het nu hebben over natuurlijke verschijnselen.
De oorzaak van verschijnselen als onweersbuien, zware regenval en intensivering van de wind zijn eencellige en meercellige cumulonimbuswolken, die zich in het zomerseizoen vaak opstapelen in de lucht. Een monocell is een enkele cumulonimbuswolk die onafhankelijk van de andere bestaat. Een multicel is al een cluster (accumulatie) van monocellen, die zijn verenigd door één aambeeld. Dat wil zeggen, wanneer een cel vervalt, dan vindt er tegelijkertijd een andere kern plaats, of kiemvorming. Deze complexen kunnen een oppervlakte van enkele tientallen tot enkele honderdduizenden km2 beslaan.
Deze laatste worden Mesoscale Convective Clusters (MCC) genoemd. Ze zijn in staat om krachtige buien, hagel en zware regenval te veroorzaken. Ze zijn echter niets bijzonders - slechts een opeenstapeling van krachtige cumulonimbuswolken. Maar er is een atmosferische formatie die nog zwaardere weersomstandigheden produceert, waaronder een tornado en het wordt een supercel genoemd. Hun vormingscondities en structuur verschillen fundamenteel van gewone cumulonimbuswolken. En dit artikel gaat gewoon over deze verbazingwekkende, zeldzame en opwindende objecten van de atmosfeer.
Monocellen en multicellen
Overweeg om te beginnen de processen van vorming van conventionele monocellen. Op een heldere zomerdag warmt de zon het onderliggende oppervlak op. Als gevolg hiervan treedt thermische convectie op, wat leidt tot het verschijnen van "embryo's" van een toekomstige onweersbui - vlakke cumuluswolken (Cu hum.), Waarvan de hoogte niet meer dan 1 km bedraagt. Ze worden meestal gegenereerd door chaotisch stijgende volumes verwarmde lucht - thermiek in de vorm van bellen. In dit geval zal de resulterende wolk enige tijd (tientallen minuten) aanhouden en uiteindelijk oplossen zonder over te gaan naar een ander ontwikkelingsstadium. Het is een andere zaak wanneer de opkomende warmte de vorm aanneemt van geen luchtbel, maar een continue luchtstroom. Tegelijkertijd wordt op plaatsen waaruit de lucht is opgestegen, een verdunning gevormd. Het is van de zijkanten gevuld met lucht. Daarboven heeft overtollige lucht de neiging zich naar de zijkanten te verspreiden. Op enige afstand sluit het vliegverkeer. Als resultaat wordt een convectieve cel gevormd.
Bovendien bromt Cu. gaat over in cumulus medium of cumulus krachtige wolken (Cu med., Cu cong.), waarvan de hoogte al tot 4 km bedraagt. Een platte cumuluswolk zal overgaan in een middelgrote wolk en dan in een krachtige, of hij beëindigt zijn evolutie, blijft in de eerste fase, hangt alleen af van de toestand van de atmosfeer op een bepaalde plaats en op een bepaald tijdstip. De belangrijkste factoren die bijdragen aan de groei van convectiewolken zijn een sterke temperatuurdaling met de hoogte in de achtergrondatmosfeer, evenals het vrijkomen van warmte tijdens faseovergangen van vocht (condensatie, bevriezing, sublimatie), waarvoor een voldoende hoog gehalte aan waterdamp in de lucht vereist is. Een beperkende factor is de aanwezigheid van lagen in de atmosfeer waarin de temperatuur licht daalt met de hoogte, tot isotherm (temperatuur verandert niet met de hoogte) of inversie (opwarming met hoogte). Onder gunstige omstandigheden kan Cu cong.verandert in een cumulonimbus Cb-wolk, die buien, onweer en hagel veroorzaakt. Maar in ieder geval verschijnt een cumulonimbuswolk aanvankelijk als Cu-brom, en niet spontaan.
Promotie video:
Een onderscheidend kenmerk van deze wolk is de ijzige top, die de inversielaag heeft bereikt (de hoogte Cb wordt bepaald door het condensatieniveau en het niveau van convectie - respectievelijk de onder- en bovengrenzen van de wolk. Op tropische breedtegraden kan de hoogte van deze wolken 20 km bereiken en de tropopauze doorbreken). Het wordt een aambeeld genoemd en is een laag dichte cirruswolken ontwikkeld in het horizontale vlak. Op dit moment bereikte de cloud zijn maximale ontwikkeling. Tegelijkertijd worden, samen met opgaande stromen in de wolk, neergaande stromen gevormd als gevolg van neerslag. Vallende neerslag koelt de omringende lucht af, deze wordt dichter en begint naar de oppervlakte te dalen (we zien dit proces op de grond als een bui) en blokkeert steeds meer de opwaartse luchtstroom, die zeer noodzakelijk is voor het bestaan van de wolk. En elke neerwaartse beweging heeft een nadelig effect op het ontstaan van wolken.
Zo tekent een wolk die is uitgegroeid tot stadium Cb onmiddellijk zijn eigen doodvonnis. Studies tonen aan dat neerwaartse bewegingen in het onderste deel en in de onderwolkenlaag een bijzonder sterk effect hebben - van onder de wolk wordt figuurlijk gesproken de fundering doorgeslagen. Het resultaat is dat de laatste fase van het bestaan van Cb begint - zijn dissipatie. In dit stadium worden alleen neerwaartse bewegingen waargenomen onder de wolk, die de opgaande bewegingen volledig vervangen; neerslag verzwakt geleidelijk en stopt, de wolk wordt minder dicht en gaat geleidelijk over in een laag dichte cirruswolken. Dit is waar zijn bestaan eindigt. De wolk doorloopt dus alle stadia van evolutie in ongeveer een uur: de wolk groeit in 10 minuten, het stadium van volwassenheid duurt ongeveer 20 - 25 minuten, en dissipatie vindt plaats in ongeveer 30 minuten.
Een monocel is een wolk die uit één convectieve cel bestaat, maar meestal (in ongeveer 80% van de gevallen) worden multicellen waargenomen - een groep convectieve cellen in verschillende stadia van ontwikkeling, verenigd door één aambeeld. Tijdens meercellige onweersbuien creëren de neerdalende koude luchtstromen van de "ouderwolk" stijgende stromen die de "dochter" onweerswolken vormen. Houd er echter rekening mee dat alle cellen nooit tegelijkertijd in hetzelfde ontwikkelingsstadium kunnen zijn! De levensduur van multicellen is veel langer - in de orde van enkele uren.
Supercell. Basisconcepten
Een supercel is een zeer krachtige convectieve monocel. Het proces van zijn vorming en structuur is heel anders dan gewone cumulonimbuswolken. Daarom is dit fenomeen van groot belang voor wetenschappers. Het belang ligt in het feit dat een gewone monocel onder bepaalde omstandigheden verandert in een soort "monster" dat ongeveer 4 - 5 uur praktisch onveranderd kan bestaan, quasi-stationair is en alle gevaarlijke weersverschijnselen genereert. De diameter van een supercel kan 50 km of meer bedragen, en de hoogte is vaak groter dan 10 km. De stijgende snelheid in de supercel bereikt 50 m / s en zelfs meer. Als gevolg hiervan vormt zich vaak hagel met een diameter van 10 cm of meer. Hieronder zullen we de formatieomstandigheden, dynamiek en structuur van de supercel beschouwen.
De belangrijkste factoren die nodig zijn voor de vorming van een supercel zijn windschering (verandering in windsnelheid en richting met hoogte in de laag 0 - 6 km), de aanwezigheid van een jetstream op lage niveaus en sterke instabiliteit in de atmosfeer wanneer "explosieve convectie" wordt waargenomen. Aanvankelijk heeft de wolk de kenmerken van een monocel met direct opstijgende stromen van warme en vochtige lucht, maar dan wordt op een bepaalde hoogte windschering en (of) straalstroom waargenomen, die de opstijgende stroom begint te spiraliseren en deze licht kantelt ten opzichte van de verticale as. In de eerste afbeelding toont een rode dunne pijl een windschering (jetstream), een brede pijl - een opwaartse luchtstroom.
Als resultaat van zijn contact met de straalstroom, begint het in een horizontaal vlak te spiraliseren. Dan verandert de stijgende stroom, die in een spiraal draait, geleidelijk van horizontaal naar meer verticaal. Dit is te zien in de tweede figuur. Uiteindelijk krijgt de opwaartse luchtstroom een bijna verticale as. Tegelijkertijd gaat de rotatie door, en het is zo krachtig dat het uiteindelijk door het aambeeld breekt en er een koepel boven vormt - een torenhoge kroon. Het uiterlijk van deze koepel duidt op krachtige opwaartse stromingen die door de inversielaag heen kunnen breken. Deze roterende kolom is het "hart" van de supercel en wordt een mesocyclone genoemd. De diameter kan variëren van 2 tot 10 km. De torenhoge kroon duidt alleen op de aanwezigheid van een mesocycloon.
De lange levensduur en stabiliteit van de supercel hangt samen met het volgende. Door de mesocycloon valt neerslag enigszins weg van de opwaartse stroming, en daarom worden de neerwaartse bewegingen ook aan de zijkant waargenomen (voornamelijk aan beide zijden van de mesocycloon). In dit geval bestaan beide stromen (dalend en stijgend) naast elkaar - ze zijn vrienden: naar beneden verplaatst de eerste de warme lucht naar boven en blokkeert de toegang tot de cel niet, waardoor de stijgende stroom verder wordt versterkt. En hoe krachtiger de opwaartse luchtstroom, hoe sterker de neerslag, waardoor nog grotere neerwaartse windingen ontstaan, die de oppervlaktelucht steeds meer naar boven dwingen. En als de cel wordt vergeleken met een wiel, blijkt dat neerslag in zo'n situatie als het ware aan dit wiel draait. Het is als gevolg hiervan dat de supercel vele uren kan bestaan,zich gedurende deze tijd met tientallen kilometers in breedte en lengte uitbreidend, wat grote hagel, zware regenval en vaak tornado's genereerde. Op dit moment verschijnen er 3 minifronten aan de oppervlakte van de aarde: 2 koude minifronten in het gebied van dalende stromen en een warme in het gebied van stijgende stromen (zie figuur 1). Dat wil zeggen, er verschijnt een miniatuurcycloon, waarvan het "embryo" precies dezelfde mesocycloon is.
Zoals hierboven vermeld, ontstaan tornado's niet alleen in supercellen, maar ook in gewone mono- en multicellen. Er is echter een groot verschil: in een supercel worden neerslag en tornado's gelijktijdig waargenomen, en in mono- en multicellen - eerst een tornado en dan neerslag, en in het gebied waar de tornado werd waargenomen. Dit komt door het ontbreken van een duidelijke verschuiving in de ruimte van het bovenste "kristallogene" deel van de wolk, en het onderste deel waarin warme lucht stroomt. Daarnaast is er bij supercellen meestal een straalstroom boven de apex, die de verplaatste lucht wegvoert van de wolk, waardoor een zeer langwerpig aambeeld wordt waargenomen (zie Fig. 1), terwijl in een normale cel de koude lucht wordt verdrongen door warme blokkeert bovendien "kracht". Daarom zijn tornado's in dergelijke cellen van korte duur, zwak,en bevinden zich zelden in een stadium dat groter is dan een trechterwolk.
Opgemerkt moet worden dat supercellen zowel groot als klein zijn, met een lage of hoge torenhoge kroon, en zich overal kunnen vormen, maar vooral in de centrale staten van de Verenigde Staten - op de Great Plains. In Europa en Rusland zijn ze uiterst zeldzaam en er is maar één type: HP-supercellen. De classificatie wordt hieronder besproken. Supercellen worden altijd geassocieerd met aanzienlijke windschering en hoge CAPE-waarden - een indicator van instabiliteit. Voor supercellen begint de verticale afschuifgrens bij 20 m / s in de laag van 0-6 km.
Alle supercellen produceren barre weersomstandigheden (hagel, buien, regenbuien), maar slechts 30% of minder genereren tornado's, dus je moet proberen om tornado-genererende supercellen te onderscheiden van meer "rustige".
Een krachtige verschuiving in de laag van 0-6 km (lange hodografie) en voldoende drijfvermogen zijn nodig voor de vorming van een krachtige mesocycloon. De vorming van een supercel onder de voorwaarde van een significante kromming van de hodograaf in de 0–2 km-laag bevordert de ontwikkeling van een tornado. De ontwikkeling van een tornado hangt echter af van de dynamische structuur van de storm. Er moet een sterke opwaartse luchtstroom en verticale rotatie zijn voor een sterke ontwikkeling van mesocyclonen en tornado's. De horizontale werveling veroorzaakt door verticale afschuiving is bepalend voor de vorming van de mesocycloon.
Supercellen worden over het algemeen ingedeeld in 3 typen. Maar niet alle supercellen komen duidelijk overeen met een specifieke soort en gaan in de loop van hun evolutie vaak van de ene soort naar de andere over. Alle soorten cellen genereren barre weersomstandigheden.
Klassieke supercel - Dat wil zeggen, het is de ideale supercel, die bijna alle bovenstaande elementen bevat, zowel op de radar als op de visual. Instabiliteitsindexen voor dit type zijn: CAPE: 1500 - 3500 J / kg, Li van -4 tot -10. Maar in de natuur zijn dergelijke cellen vrij zeldzaam; de andere twee typen worden vaker waargenomen.
Supercel van het type LP (Low Precipitation). Deze klasse van supercellen heeft een klein gebied met weinig neerslag (regen, hagel), gescheiden van de opwaartse luchtstroom. Dit type is gemakkelijk te herkennen aan de gebeeldhouwde wolkgroeven aan de basis van de opwaartse luchtstroom, en lijkt soms "hongerig" te zijn in vergelijking met de klassieke supercel. Dit komt omdat ze zich vormen langs de zogenaamde. droge lijnen (wanneer warme en vochtige lucht wordt waargenomen nabij het oppervlak, die zich als een koud front onder de warmere en drogere lucht nestelt, aangezien deze minder dicht is), met weinig beschikbaar vocht voor de ontwikkeling ervan, ondanks een sterke windschering … Dergelijke cellen storten meestal snel in zonder over te schakelen naar andere typen. Ze genereren meestal zwakke tornado's en hagelen minder dan 1 inch groot. Door het ontbreken van hevige regenval,dit type cel heeft zwakke radarreflecties zonder duidelijke haakecho, ook al wordt op dat moment daadwerkelijk een tornado waargenomen. De onweeractiviteit van zo'n cel is aanzienlijk lager in vergelijking met andere typen, en bliksem is voornamelijk intra-cloud (IC), en niet tussen wolk en grond (CG). Deze supercellen worden gevormd bij CAPE gelijk aan 500 - 3500 J / kg en Li: -2 - (-8). Dergelijke cellen komen voornamelijk voor in de centrale staten van de Verenigde Staten tijdens de lente- en zomermaanden. Ze zijn ook waargenomen in Australië. Dergelijke cellen komen voornamelijk voor in de centrale staten van de Verenigde Staten tijdens de lente- en zomermaanden. Ze zijn ook waargenomen in Australië. Dergelijke cellen komen voornamelijk voor in de centrale staten van de Verenigde Staten tijdens de lente- en zomermaanden. Ze zijn ook waargenomen in Australië.
Supercell type HP (High Precipitation). Dit type supercel heeft een veel hogere neerslag dan andere soorten, die de mesocycloon volledig kunnen omringen. Zo'n cel is vooral gevaarlijk, omdat deze een krachtige tornado kan bevatten, die visueel verborgen is achter een muur van neerslag. HP-supercellen veroorzaken vaak overstromingen en ernstige neerstortingen, maar vormen minder kans op grote hagel dan andere typen. Opgemerkt werd dat deze supercellen meer IC- en CG-ontladingen genereren dan andere typen. De CAPE-index voor deze supercellen is 2000-7000 J / kg of meer, en Li moet lager zijn dan -6. Dergelijke cellen bewegen relatief langzaam.
Na 4 jaar van mislukte zoekopdrachten vond fotograaf Mike Olbinski wat hij zocht. Op 3 juni, nabij Booker, Texas, zag hij die zeer zeldzame roterende supercel.
Bekijk volledig scherm in HD-kwaliteit:
Hier is nog een video:
