Вам знайоме визначення суперосередку? Мені здавалося, що це що то зі сфери математики чи або ядерної фізики. Може і там таке є, але ми зараз поговоримо по природних являения.
Причиною таких явищ, як гроза, зливовий дощ, шквалисте посилення вітру, є моноячейковие і мультіячейковие купчасто-дощові хмари, які досить часто нагромаджуються на небосхилі в літню пору року. Моноячейка - це одне єдине купчасто-дощова хмара, що існує незалежно від інших. Мультіячейка - це вже кластер (скупчення) моноячеек, які об'єднані однією ковадлом. Тобто коли одна осередок загасає, то біля неї інша зароджується або ж зародження йде одночасно. Ці комплекси можуть займати по площі від кількох десятків до кількох сотень тисяч км2.
Моноячейкі і мультіячейкі.
Для початку розглянемо процеси утворення звичайних моноячеек. У ясний літній день Сонце сильно нагріває підстилаючої поверхню. В результаті, виникає термічна конвекція, яка призводить до виникнення «зародків» майбутньої грози - плоских купчастих хмар (Cu hum.), Висота яких не перевищує 1 км. Вони зазвичай породжуються хаотично спливаючими обсягами прогрітого повітря - терміки у вигляді бульбашок. В цьому випадку виникло хмарка протримається деякий час (десятки хвилин) і в підсумку розчиниться я не перейду в іншу стадію розвитку. Інша річ полягає, коли спливає термик набуває форми не міхура, а безупинної струменя повітря. При цьому в місцях, звідки піднявся повітря, утворюється розрідження. Воно заповнюється повітрям з боків. Вгорі, навпаки, надлишок повітря прагне поширитися в сторони. На деякій відстані повітряний рух замикається. В результаті утворюється конвективна осередок.
Відмітною ознакою цієї хмари є обледеніла вершина, яка досягла шару інверсії (висота Cb визначається рівнем конденсації і рівнем конвекції - відповідно нижня і верхня межі хмари. В тропічних широтах висота цих хмар може досягати 20 км і пробивати тропопаузу). Вона називається ковадло і являє собою шар щільних перистих хмар, розвинених в горизонтальній площині. В цей час хмара досягла максимального розвитку. При цьому поряд з висхідними потоками в хмарі, утворюються спадні в результаті випадання опадів. Випадають опади охолоджують навколишнє повітря, він стає щільнішим і починає опускатися до поверхні (цей процес на землі ми спостерігає як шквал) все більше і більше блокуючи висхідні потоки, які дуже необхідні для існування хмари. А будь-який спадний потік згубно діє на облакогенезіс.
Таким чином, хмара, що доріс до стадії Cb, відразу ж саме собі підписує смертний вирок. Як показують дослідження, спадні потоки в нижній його частині і в підхмарними шарі викликають особливо сильний ефект - з-під хмари, образно кажучи, вибивається фундамент. В результаті настає фінальна стадія існування Cb - його диссипация. На цій стадії під хмарою спостерігаються тільки низхідні потоки, повністю замінивши висхідні; опади поступово слабшають і припиняються, хмара стає менш щільним, поступово переходячи в шар щільних перистих хмар. На цьому його існування закінчується. Таким чином, всі стадії еволюції хмара проходить приблизно за годину: зростання хмари відбувається за 10 хв, стадія зрілості триває близько 20 - 25 хв, а диссипация відбувається приблизно за 30 хв.
Моноячейкой називають хмара, яке складається з однієї конвективного осередки, але найчастіше (приблизно в 80% випадків) спостерігаються мультіячейкі - група конвективних осередків в різних стадіях розвитку, об'єднані однією ковадлом. При мультіячейковой грозової діяльності низхідні потоки холодного повітря «материнського» хмари створюють висхідні потоки, що формують «дочірні» грозові хмари. Однак потрібно пам'ятати, що всі осередки ніколи не можуть перебувати одночасно на одній стадії розвитку! Час існування мультіячеек набагато більше - близько кількох годин.
Суперосередку. Основні поняття.
Суперосередку - це дуже потужна конвективная моноячейка. Процес її утворення і будова сильно відрізняється від звичайних купчасто-дощових хмар. Тому це явище представляє великий інтерес для вчених. Інтерес полягає в тому, що звичайна моноячейка при певних умовах перетворюється на своєрідного «монстра», який може існувати близько 4 - 5 годин практично не змінюючись, будучи квазістаціонарним і генерувати всі небезпечні явища погоди. Діаметр суперосередку може досягати 50 км і більше, а її висота часто перевищує 10 км. Швидкість висхідних потоків всередині суперосередку досягає 50 м / с і навіть більше. В результаті, часто утворюється град, діаметром 10 см і більше. Нижче будуть розглянуті умови освіти, динаміка і структура суперосередку.
Основними факторами, необхідними для утворення суперосередку є зрушення вітру (зміна швидкості і напряму вітру з висотою в шарі 0 - 6 км), наявність на низьких рівнях струменевої течії і сильна нестабільність в атмосфері, коли спостерігається «вибухова конвекція». Спочатку хмара має характеристики моноячейкі з прямими висхідними потоками теплого і вологого повітря, але за тим на деякій висоті спостерігається зрушення вітру і (або) струйное течія, яка починає закручувати по спіралі висхідний потік і трохи його нахиляє від вертикальної осі. На першому малюнку червоною тонкою стрілкою показаний зсув вітру (струминне протягом), широкої стрілкою - висхідний потік.
В результаті його зіткнення із струменевим плином, він починає закручуватися по спіралі в горизонтальній площині. Потім висхідний потік, обертаючись по спіралі, поступово з горизонтального перетворюється в більш вертикальний. Це можна спостерігати на другому малюнку. В кінцевому підсумку висхідний потік набуває майже вертикальну вісь. При цьому обертання триває, і воно настільки потужне, що в підсумку пробиває ковадло, утворюючи над нею купол - підноситься верхівку. Поява цього купола свідчить про потужні висхідних потоках, які здатні пробити інверсійний шар. Ця обертається колона є «серцем» суперосередку і називається мезоциклон. Його діаметр може складати від 2 до 10 км. Що височіє верхівка якраз свідчить про наявність мезоциклону.
Велика тривалість життя і стабільність суперосередку пов'язана з наступним. Завдяки мезоциклону випадання опадів відбувається трохи в стороні від висхідного потоку, а отже і низхідні потоки також спостерігаються в стороні (в основному по обидва боки від мезоциклону). В такому випадку обидва потоку (спадний і висхідний) співіснують між собою - є друзями: опускаючись вниз, перший витісняє тепле повітря вгору, а не блокує його доступ в клітинку, тим самим ще більше посилюючи висхідний потік. А чим потужніший висхідний потік, тим сильніше і опади, які викликають ще більші низхідні потоки, які все сильніше витісняють приземний повітря вгору. І якщо осередок уподібнити колесу, виходить, що опади в такій ситуації, як би, це колесо розкручують. Саме в результаті цього суперосередку здатна існувати протягом багатьох годин, розростаючись за цей час на десятки км в ширину і довжину, породжуючи великий град, сильні зливи і часто торнадо. В цей час біля поверхні землі з'являється 3 мініфронта: 2 холодних в районі низхідних потоків, і теплий в районі висхідних (див. Рис №1). Тобто з'являється мініатюрний циклон, «зародком» якого якраз і є той самий мезоциклон.
Як було сказано вище, смерчі виникають не тільки в суперосередку, але і в звичайних моно- і мультіячейках. Однак існує головна відмінність: у суперосередку опади і торнадо спостерігаються одночасно, а в моно- і мультіячейках - спочатку смерч, а потім опади, причому в тому районі, де спостерігався смерч. Це пов'язано з відсутністю явного зсуву в просторі верхньої «крісталлогенной» частини хмари, і нижньої в яку втікає тепле повітря. Крім того, в суперосередку зазвичай над вершиною є струминне протягом, яке виносить витіснений повітря геть від хмари, в результаті чого спостерігається дуже витягнута ковадло (див ріс.№1), тоді як у звичайній осередку витіснений теплим холодне повітря опускається по краях і тим самим додатково блокує «харчування». Тому смерчі в таких осередках короткочасні, слабкі, і рідко бувають на стадії більшою ніж воронка (funnel cloud).
Потрібно відзначити, що суперосередку бувають і великі і маленькі, з низькою або високою підноситься верхівкою і можуть утворюватися де завгодно, але в основному в центральних штатах США - на Великих рівнинах. У Європі та Росії вони вкрай рідкісні, і зустрічаються тільки одного виду - суперосередку типу HP. Про класифікацію мова піде нижче. Суперосередку завжди пов'язані зі значним зрушенням вітру і високими значеннями CAPE - показник нестабільності. Для суперячеек межа вертикального зсуву починається з 20 м / с в шарі 0-6 км.
Все суперосередку виробляють суворі погодні умови (град, шквали, зливи), але тільки 30% або менше з них генерують торнадо, тому треба спробувати розрізнити суперосередку, генеруючі торнадо, від більш «спокійних».
Потужний зсув у шарі 0-6 км (довгий годограф) і достатня плавучість необхідні для утворення потужного мезоциклону. Освіта суперосередку в умови істотного викривлення годографа в шарі 0-2 км сприяє розвитку торнадо. Однак розвиток торнадо залежить від динамічної структури шторму. Повинен бути присутнім сильний висхідний потік і вертикальне обертання для сильного мезоциклону і розвитку торнадо. Горизонтальне віхреніе, викликане вертикальним зрушенням є вирішальним у формуванні мезоциклону.
Суперосередку зазвичай класифікують на 3 види. Але не всі суперосередку чітко відповідають конкретному виду і часто переходять з одного виду в інший в процесі своєї еволюції. Всі типи осередків породжують суворі погодні умови.
Класична суперосередку (Classic supercell) - Тобто це ідеальна суперосередку, в якій присутні майже всі перераховані вище елементи як на радарі, так і візуальні. Показники нестійкості для цього типу складають: Сарі: 1500 - 3500 Дж / кг, Li від -4 до -10. Але в природі такі осередки зустрічаються досить рідко, частіше спостерігаються два інших типу.
Суперосередку типу LP (Low Precipitation). Цей клас суперячеек має невелику область зі слабкими опадами (дощ, град), відокремлену від висхідного потоку. Цей тип може бути легко впізнаваним за рахунок «скульптурних» хмарних борозен в підставі висхідного потоку і іноді має вигляд «страждає голодом» в порівнянні з класичною суперосередку. Це відбувається тому, що вони формуються уздовж т.зв. сухих ліній (коли у пов-ти спостерігається теплий і вологий повітря, який вклинюється, подібно холодного фронту, під жаркіший і сухе повітря, тому що останній менш щільний), маючи мало доступної вологи для свого розвитку, незважаючи на сильний зсув вітру . Такі осередки зазвичай швидко руйнуються не переходячи в інші типи. Як правило, вони генерують слабкі торнадо і град, розміром менше 1 дюйма. Через відсутність сильних опадів, цей тип осередків має слабке віддзеркалення на радарі без чіткого hook echo, незважаючи на те, що в цей час насправді спостерігається торнадо. Грозова активність такого осередку значно нижче в порівнянні з іншими типами і блискавки переважно внутріоблачние (IC), а не між хмарою і землею (CG). Ці суперосередку формуються при Сарі, рівному 500 - 3500 Дж / кг і Li: -2 - (-8). Такі осередки зустрічаються переважно в центральних штатах США в весняні та літні місяці. Також вони спостерігалися в Австралії.
Потрібно відзначити, що суперосередку бувають і великі і маленькі, з низькою або високою підноситься верхівкою і можуть утворюватися де завгодно, але в основному в центральних штатах США - на Великих рівнинах. У Європі та Росії вони вкрай рідкісні, і зустрічаються тільки одного виду - суперосередку типу HP. Про класифікацію мова піде нижче. Суперосередку завжди пов'язані зі значним зрушенням вітру і високими значеннями CAPE - показник нестабільності. Для суперячеек межа вертикального зсуву починається з 20 м / с в шарі 0-6 км.
Все суперосередку виробляють суворі погодні умови (град, шквали, зливи), але тільки 30% або менше з них генерують торнадо, тому треба спробувати розрізнити суперосередку, генеруючі торнадо, від більш «спокійних».
Потужний зсув у шарі 0-6 км (довгий годограф) і достатня плавучість необхідні для утворення потужного мезоциклону. Освіта суперосередку в умови істотного викривлення годографа в шарі 0-2 км сприяє розвитку торнадо. Однак розвиток торнадо залежить від динамічної структури шторму. Повинен бути присутнім сильний висхідний потік і вертикальне обертання для сильного мезоциклону і розвитку торнадо. Горизонтальне віхреніе, викликане вертикальним зрушенням є вирішальним у формуванні мезоциклону.
Суперосередку зазвичай класифікують на 3 види. Але не всі суперосередку чітко відповідають конкретному виду і часто переходять з одного виду в інший в процесі своєї еволюції. Всі типи осередків породжують суворі погодні умови.
Класична суперосередку (Classic supercell) - Тобто це ідеальна суперосередку, в якій присутні майже всі перераховані вище елементи як на радарі, так і візуальні. Показники нестійкості для цього типу складають: Сарі: 1500 - 3500 Дж / кг, Li від -4 до -10. Але в природі такі осередки зустрічаються досить рідко, частіше спостерігаються два інших типу.
Суперосередку типу LP (Low Precipitation). Цей клас суперячеек має невелику область зі слабкими опадами (дощ, град), відокремлену від висхідного потоку. Цей тип може бути легко впізнаваним за рахунок «скульптурних» хмарних борозен в підставі висхідного потоку і іноді має вигляд «страждає голодом» в порівнянні з класичною суперосередку. Це відбувається тому, що вони формуються уздовж т.зв. сухих ліній (коли у пов-ти спостерігається теплий і вологий повітря, який вклинюється, подібно холодного фронту, під жаркіший і сухе повітря, тому що останній менш щільний), маючи мало доступної вологи для свого розвитку, незважаючи на сильний зсув вітру . Такі осередки зазвичай швидко руйнуються не переходячи в інші типи. Як правило, вони генерують слабкі торнадо і град, розміром менше 1 дюйма. Через відсутність сильних опадів, цей тип осередків має слабке віддзеркалення на радарі без чіткого hook echo, незважаючи на те, що в цей час насправді спостерігається торнадо. Грозова активність такого осередку значно нижче в порівнянні з іншими типами і блискавки переважно внутріоблачние (IC), а не між хмарою і землею (CG). Ці суперосередку формуються при Сарі, рівному 500 - 3500 Дж / кг і Li: -2 - (-8). Такі осередки зустрічаються переважно в центральних штатах США в весняні та літні місяці. Також вони спостерігалися в Австралії.