Kas olete tuttav superraku määratlusega? Mulle tundus, et see on midagi matemaatika või tuumafüüsika valdkonnast. Võib-olla on selline asi olemas, kuid räägime nüüd loodusnähtustest.
Selliste nähtuste põhjuseks nagu äikesed, tugev vihm ja tuule tugevnemine on monotsellulaarsed ja mitmerakulised kumulonimbuspilved, mis suvehooajal kuhjuvad sageli taevasse. Monotsell on üksik kumbulonimbuspilv, mis eksisteerib teistest sõltumatult. Mitmerakuline on juba monorakkude klaster (kogunemine), mida ühendab üks alasi. See tähendab, et kui üks rakk laguneb, toimub selle lähedal teine tuum või toimub tuuma moodustumine samaaegselt. Need kompleksid võivad hõivata ala mitmekümnest kuni mitmesaja tuhande km2-ni.
Viimaseid nimetatakse mesoscale konvektiivseteks klastriteks (MCC). Need on võimelised põhjustama tugevat rauge, tugevat rahet ja tugevat vihmasadu. Need pole aga midagi erilist - lihtsalt võimsate kumbulonimbuspilvede kuhjumine. Kuid seal on atmosfääri moodustis, mis tekitab veelgi raskemaid ilmastikutingimusi, sealhulgas tornaado ja seda nimetatakse superrakuks. Nende moodustumistingimused ja struktuur erinevad põhimõtteliselt tavalistest cumulonimbus pilvedest. Ja see artikkel räägib just neist hämmastavatest, haruldastest ja põnevatest atmosfääri objektidest.
Mono- ja mitmerakulised
Alustuseks kaaluge tavapäraste monorakkude moodustumise protsesse. Selgel suvepäeval soojendab päike aluspinda. Selle tagajärjel toimub termiline konvektsioon, mis põhjustab tulevase äikese "embrüote" tekkimist - tasaseid kumerpilvi (Cu hum.), Mille kõrgus ei ületa 1 km. Neid tekitavad tavaliselt kaootiliselt kasvavad kuumutatud õhutemperatuuride kogused mullide kujul. Sel juhul püsib tekkinud pilv mõnda aega (kümneid minuteid) ja lõpuks lahustub, ilma et oleksite jõudnud teise arenguetappi. See on teine asi, kui tekkiv termiline reaktsioon toimub mitte mulli, vaid pideva õhuvooluna. Samal ajal, kohtades, kust õhk on tõusnud, moodustub harvaesinev nähtus. See on külgedelt täidetud õhuga. Eespool, vastupidi, kipub liigne õhk külgedele levima. Mingil kaugusel suleb lennuliiklus. Selle tulemusel moodustub konvektiivne element.
Pealegi, Cu hum. läbib keskmiselt kumulaarseid või kumulaarseid tugevaid pilvi (Cu med., Cu kong.), mille kõrgus on juba kuni 4 km. Kummeljas tasane pilv kandub keskmisse pilve ja seejärel võimsasse pilve või lõpetab selle evolutsioon, jäädes esimesse etappi ainult atmosfääri seisundist antud kohas ja konkreetsel ajal. Peamised konvektiivsete pilvede kasvu soodustavad tegurid on temperatuuri järsk langus koos kõrgusega taustaatmosfääris, samuti soojuse eraldumine niiskuse faasisiirete ajal (kondenseerumine, külmumine, sublimatsioon), mis nõuab õhus piisavalt suurt veeauru sisaldust. Piiravaks teguriks on kihtide olemasolu atmosfääris, milles temperatuur langeb kõrgusega pisut, kuni isotermini (temperatuur ei muutu kõrgusega) või inversioonini (soojenemine kõrgusega). Soodsates tingimustes on Cu kong.muutub cumulonimbus Cb pilveks, mis põhjustab hoovihma, äikest ja rahet. Kuid igal juhul ilmub cumulonimbus pilv esialgu kui Cu hum ja mitte spontaanselt.
Reklaamvideo:
Selle pilve eripäraks on inversioonikihini jõudnud jäine tippkohtumine (kõrgus Cb määratakse kondensatsiooni taseme ja konvektsioonitaseme järgi - vastavalt pilve alumine ja ülemine piir. Troopilistel laiuskraadidel võib nende pilvede kõrgus ulatuda 20 km-ni ja murda läbi tropopausi). Seda nimetatakse alaks ja see on horisontaaltasapinnas välja kujunenud tihedate tsirupilvede kiht. Sel ajal saavutas pilv oma maksimaalse arengu. Samal ajal moodustuvad sademete tagajärjel koos pilves tõusvate ojadega ka laskuvad ojad. Langevad sademed jahutavad ümbritsevat õhku, see muutub tihedamaks ja hakkab laskuma pinnale (me jälgime seda protsessi maa peal maapinnana), blokeerides üha enam ülesvoolu, mis on pilve olemasoluks väga vajalik. Ja igal allakäigul on kahjulik mõju pilvede tekkele.
Seega Cb staadiumiks kasvanud pilv annab kohe märku enda surmaotsusest. Uuringud näitavad, et selle alumises osas ja alampilve kihis on eriti tugevad tagajärjed - pilve alt koputatakse piltlikult öeldes vundament välja. Selle tulemusel algab Cb olemasolu viimane etapp - selle hajumine. Selles etapis täheldatakse pilve all ainult allakäike, asendades täielikult tõusvad; sademed nõrgenevad järk-järgult ja lakkavad, pilv muutub vähem tihedaks, kandudes järk-järgult tihedate kiudpilvede kihti. Sellega lõpeb tema eksistents. Seega läbib pilv kõik evolutsiooni etapid umbes tunniga: pilv kasvab 10 minutiga, küpsusaste kestab umbes 20 - 25 minutit ja hajumine toimub umbes 30 minutiga.
Monotselll on pilv, mis koosneb ühest konvektiivsest rakust, kuid kõige sagedamini (umbes 80% juhtudest) täheldatakse mitmerakulisi - erinevatel arenguetappidel asuvate konvektiivrakkude rühma, mida ühendab üks alasi. Mitmerakulise äikese ajal tekitavad "vanema" pilve laskuvad külma õhu voolud tõusvad voolud, mis moodustavad "tütre" äikesepilved. Siiski tuleb meeles pidada, et kõik rakud ei saa kunagi olla samaaegselt ühes arenguetapis! Mitmeelemendi kasutusiga on palju pikem - mitu tundi.
Superrakk. Põhimõisted
Superrakk on väga võimas konvektiivne monokülm. Selle moodustumise protsess ja struktuur on tavalistest cumulonimbuse pilvedest väga erinevad. Seetõttu pakub see nähtus teadlastele suurt huvi. Huvi seisneb selles, et tavaline monokülm muutub teatud tingimustel omamoodi "koletiseks", mis võib eksisteerida umbes 4-5 tundi praktiliselt muutumatuna, olles peaaegu statsionaarne ja tekitades kõik ohtlikud ilmastikunähtused. Superaku läbimõõt võib ulatuda 50 km või rohkem ja selle kõrgus ületab sageli 10 km. Superaku tõusukiirus ulatub 50 m / s ja veelgi enam. Selle tagajärjel moodustub rahe sageli läbimõõduga 10 cm või rohkem. Allpool käsitleme superraku moodustumistingimusi, dünaamikat ja struktuuri.
Peamised superraku moodustamiseks vajalikud tegurid on tuule nihkejõud (tuule kiiruse ja suuna muutus koos kihi kõrgusega 0 - 6 km), joa voolu olemasolu madalatel tasemetel ja tugev ebastabiilsus atmosfääris, kui täheldatakse "plahvatuslikku konvektsiooni". Esialgu on pilvel monotselli omadused, millel on otsesed tõusvad sooja ja niiske õhu voolud, kuid siis täheldatakse teatud kõrgusel tuule nihke ja (või) joa voogu, mis hakkab tõusvat voolu spiraalselt suurendama ja kallutab seda vertikaalteljest pisut. Esimesel joonisel näitab punane õhuke nool tuulenihet (joavool), lai nool - ülesvoolu.
Kontakti tagajärjel reaktiivjoaga hakkab see spiraalselt horisontaaltasapinnas. Seejärel muutub spiraalselt pöörlev tõusuvoog järk-järgult horisontaalselt vertikaalsemaks. Seda võib näha teiselt jooniselt. Lõppkokkuvõttes võtab ülesvool peaaegu vertikaalse telje. Samal ajal pöörlemine jätkub ja see on nii võimas, et lõpuks puruneb alasi kaudu, moodustades selle kohal kupli - kõrguva krooni. Selle kupli välimus näitab võimsaid ülesvoolusid, mis on võimelised läbi murdma ümberpööratud kihi. See pöörlev kolonn on superraku "süda" ja seda nimetatakse mesotsükloniks. Selle läbimõõt võib olla vahemikus 2–10 km. Kõrguv kroon näitab vaid mesotsükloni olemasolu.
Superaku pikk eluiga ja stabiilsus on seotud järgmisega. Mesotsükloni tõttu toimub sadestumine tõusvast voolust pisut eemale ja seetõttu täheldatakse laskuvaid voolusid ka küljele (peamiselt mesotsükloni mõlemale küljele). Sel juhul eksisteerivad mõlemad voolud (laskuvad ja tõusevad) üksteisega koos - nad on sõbrad: laskudes tõrjub endine sooja õhu ülespoole ja ei blokeeri selle juurdepääsu rakule, suurendades sellega tõusevat voolu veelgi. Ja mida võimsam on ülesvool, seda tugevam on sade, mis põhjustab veelgi suuremaid allakäike, mis suruvad pinnaõhku üha enam üles. Ja kui lahtrit võrreldakse rattaga, siis selgub, et sellises olukorras sademed keerutavad seda ratast. Just selle tulemusel on superrakul võimalik eksisteerida mitu tundi,laiendades selle aja jooksul kümneid kilomeetreid laiuse ja pikkusega, tekitades suurt rahet, tugevat vihmasadu ja sageli tornaadosid. Sel ajal ilmub maapinnale 3 minifronti: 2 külmakraadi madalama voolu piirkonnas ja soe - tõusvate alade piirkonnas (vt joonis 1). See tähendab, et ilmub miniatuurne tsüklon, mille "embrüo" on täpselt sama mesotsüklon.
Nagu eespool mainitud, tekivad tornaadod mitte ainult superrakkudes, vaid ka tavalistes mono- ja multirakkudes. Siiski on suur erinevus: superrakus täheldatakse sademeid ja tornaadosid üheaegselt ning mono- ja mitmerakulistes - kõigepealt tornaadot ja seejärel sademeid ning piirkonnas, kus täheldati tornaadot. Selle põhjuseks on ilmne nihe pilve ülemise "kristallogeense" osa ja alumise osa, kuhu voolab soe õhk, ruumis. Lisaks on superrakkudes tipu kohal tavaliselt joavool, mis viib ümberasustatud õhu pilvest eemale, mille tagajärjel täheldatakse väga piklikku alasi (vt joonis 1), samas kui normaalses kambris külma õhu tõrjub sooja lisaks blokeerib "võimsus". Seetõttu on selliste rakkude tornaadod lühiajalised, nõrgad,ja on harva etapis, mis on suurem kui lehtripilv.
Peab märkima, et superrakud on nii suured kui ka väikesed, madala või kõrge torniga krooniga ja võivad moodustuda ükskõik kus, kuid peamiselt USA keskosariikides - Suuretel tasandikel. Euroopas ja Venemaal on need äärmiselt haruldased ja neid on ainult üks tüüp - HP superrakud. Klassifikatsiooni arutatakse allpool. Superrakke seostatakse alati märkimisväärse tuulenihke ja kõrgete CAPE väärtustega - ebastabiilsuse näitajaga. Superrakkude puhul algab vertikaalse nihke piir 0–6 km kihis kiirusel 20 m / s.
Kõik superrakud tekitavad karme ilmastikutingimusi (rahe, lörtsid, vihmasajud), kuid ainult 30% neist või vähem või vähem tekitavad tornaadosid, nii et tuleb proovida eristada tornaadot tekitavaid superrakke "rahulikumatest".
Võimsa mesotsükloni moodustumiseks on vajalik 0–6 km kihi võimas nihe (pikk hodograaf) ja piisav ujuvus. Superraku moodustumine 0–2 km kihis hodograafi olulise kumeruse tingimustes aitab kaasa tornaado arengule. Tornaado areng sõltub aga tormi dünaamilisest struktuurist. Tugeva mesotsükloni ja tornaado arengu jaoks peab olema tugev ülesvool ja vertikaalne pöörlemine. Mesotsükloni moodustumisel on määrav vertikaalse nihke põhjustatud horisontaalne pööris.
Superrakud liigitatakse tavaliselt 3 tüüpi. Kuid mitte kõik superrakud ei vasta selgelt konkreetsele liigile ja liiguvad evolutsiooni käigus sageli ühelt liigilt teisele. Igat tüüpi rakud tekitavad karmid ilmastikutingimused.
Klassikaline superrakk - see tähendab, et see on ideaalne superrakk, mis sisaldab peaaegu kõiki ülaltoodud elemente, nii radaril kui ka visuaalselt. Selle tüübi ebastabiilsuse indeksid on: CAPE: 1500 - 3500 J / kg, Li vahemikus -4 kuni -10. Kuid looduses on sellised rakud üsna haruldased, sagedamini täheldatakse kahte muud tüüpi.
LP (madala sademega) tüüpi superrakk. Sellel superrakkude klassil on väike ülesvoolu eraldatud ala, kus on vähe sademeid (vihm, rahe). Seda tüüpi saab hõlpsasti tuvastada ülesvoolu põhjas olevate pilvikujuliste soonte järgi ja mõnikord on see klassikalise superrakuga võrreldes näljane. Selle põhjuseks on see, et nad moodustavad nn. kuivad jooned (kui pinna lähedal täheldatakse sooja ja niisket õhku, mis kiilub nagu külm esikülg kuuma ja kuivema õhu alla, kuna viimane on vähem tihe), millel on hoolimata tugevast tuulenihestumisest arenguks vähe niiskust … Sellised rakud varisevad tavaliselt kiiresti, muutumata teist tüüpi. Tavaliselt tekitavad need nõrku tornaadod ja rahe suurus on alla 1 tolli. Tugevate vihmasadude puudumise tõttuseda tüüpi rakkudel on nõrgad radaripeegeldused ilma selge konksukajata, isegi kui sel ajal tegelikult tornaadot jälgitakse. Sellise raku äikeseaktiivsus on teiste tüüpidega võrreldes oluliselt madalam ja välk on valdavalt pilvesisene (IC), mitte pilve ja maapinna vahel (CG). Need superrakud moodustatakse CAPE-ga, mis on võrdne 500 - 3500 J / kg ja Li: -2 - (-8). Selliseid rakke leidub peamiselt Ameerika Ühendriikide keskosariikides kevad- ja suvekuudel. Neid on täheldatud ka Austraalias. Selliseid rakke leidub peamiselt Ameerika Ühendriikide keskosariikides kevad- ja suvekuudel. Neid on täheldatud ka Austraalias. Selliseid rakke leidub peamiselt Ameerika Ühendriikide keskosariikides kevad- ja suvekuudel. Neid on täheldatud ka Austraalias.
Superrakkude tüüpi HP (kõrge sademega). Seda tüüpi superrakkudes on palju rohkem sademeid kui teistes tüüpides, mis võivad mesotsükloni täielikult ümbritseda. Selline lahter on eriti ohtlik, kuna see võib sisaldada võimsat tornaadot, mis on visuaalselt varjatud sademete seina taha. HP superrakud põhjustavad sageli üleujutusi ja tugevat allavoolu, kuid suurema rahe tekke tõenäosus on suurem kui muud tüüpi. Märgiti, et need superrakud tekitavad rohkem IC- ja CG-heitmeid kui muud tüüpi. Nende superrakkude CAPE indeks on 2000 - 7000 J / kg või rohkem ja Li peaks olema alla -6. Sellised rakud liiguvad suhteliselt aeglaselt.
Pärast 4 aastat ebaõnnestunud otsinguid leidis fotograaf Mike Olbinski, mida ta otsis. 3. juunil nägi ta Texases Bookeri lähedal seda väga haruldast pöörlevat superrakku.
Vaadake HD-kvaliteedis täisekraani:
Siin on veel üks video:
