Você está familiarizado com a definição de supercélula? Pareceu-me que isso é algo do campo da matemática ou da física nuclear. Talvez haja tal coisa, mas agora vamos falar sobre fenômenos naturais.
A causa de fenômenos como tempestades, chuvas fortes e intensificação dos ventos fortes são as nuvens cumulonimbus monocelulares e multicelulares, que muitas vezes se acumulam no céu na temporada de verão. Uma monocélula é uma nuvem cumulonimbus única que existe independentemente das outras. Uma multicélula já é um aglomerado (acúmulo) de monocélulas unidas por uma bigorna. Ou seja, quando uma célula se decompõe, outro núcleo próximo a ela ou a nucleação ocorre simultaneamente. Esses complexos podem ocupar uma área de várias dezenas a várias centenas de milhares de km2.
Os últimos são chamados de aglomerados convectivos de mesoescala (MCC). Eles são capazes de causar fortes tempestades, granizo e chuvas intensas. No entanto, eles não são nada de especial - apenas um acúmulo de poderosas nuvens cumulonimbus. Mas existe uma formação atmosférica que produz condições climáticas ainda mais severas, incluindo um tornado e é chamada de supercélula. Suas condições de formação e estrutura são fundamentalmente diferentes das nuvens cumulonimbus comuns. E este artigo é apenas sobre esses objetos incríveis, raros e emocionantes da atmosfera.
Monocélulas e multicélulas
Para começar, considere os processos de formação de monocélulas convencionais. Em um dia claro de verão, o sol aquece a superfície subjacente. Como resultado, ocorre a convecção térmica, que leva ao surgimento de "embriões" de uma futura tempestade - nuvens cúmulos planas (Cu hum.), Cuja altura não excede 1 km. Eles geralmente são gerados por volumes caoticamente crescentes de ar aquecido - térmicas na forma de bolhas. Neste caso, a nuvem resultante irá resistir por algum tempo (dezenas de minutos) e eventualmente se dissolverá sem passar para outro estágio de desenvolvimento. É uma questão diferente quando a térmica emergente assume a forma não de uma bolha, mas de um fluxo contínuo de ar. Ao mesmo tempo, nos lugares onde o ar se elevou, uma rarefação se forma. Ele está cheio de ar pelos lados. Acima, ao contrário, o excesso de ar tende a se espalhar para os lados. A alguma distância, o tráfego aéreo fecha. Como resultado, uma célula convectiva é formada.
Além disso, Cu hum. passa em cúmulos médios ou nuvens cúmulos poderosas (Cu med., Cu cong.), cuja altura já é de até 4 km. Uma nuvem achatada cúmulos passará para uma nuvem média, e depois para uma nuvem poderosa, ou encerrará sua evolução, permanecendo no primeiro estágio, depende apenas do estado da atmosfera em um determinado lugar e em um determinado momento. Os principais fatores que contribuem para o crescimento de nuvens convectivas são uma queda acentuada na temperatura com a altura na atmosfera de fundo, bem como a liberação de calor durante as transições de fase de umidade (condensação, congelamento, sublimação), o que requer um teor suficientemente alto de vapor de água no ar. Um fator limitante é a presença de camadas na atmosfera em que a temperatura desce ligeiramente com a altura, até isoterma (a temperatura não muda com a altura) ou inversão (aquecimento com a altura). Em condições favoráveis, Cu cong.se transforma em uma nuvem cumulonimbus Cb, que causa chuvas, tempestades e granizo. Mas, em qualquer caso, uma nuvem cumulonimbus aparece inicialmente como Cu zumbido, e não espontaneamente.
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Uma característica distintiva desta nuvem é o cume gelado, que atingiu a camada de inversão (a altura Cb é determinada pelo nível de condensação e o nível de convecção - respectivamente, os limites inferior e superior da nuvem. Em latitudes tropicais, a altura dessas nuvens pode chegar a 20 km e romper a tropopausa). É chamada de bigorna e é uma camada de nuvens cirrus densas desenvolvidas no plano horizontal. Nesse momento, a nuvem atingiu seu máximo desenvolvimento. Ao mesmo tempo, junto com as correntes ascendentes na nuvem, as correntes descendentes são formadas como resultado da precipitação. A precipitação que cai resfria o ar circundante, torna-se mais denso e começa a descer à superfície (observamos esse processo na terra como uma tempestade) bloqueando cada vez mais as correntes ascendentes, que são muito necessárias para a existência da nuvem. E qualquer corrente descendente tem um efeito prejudicial na gênese das nuvens.
Assim, uma nuvem que atingiu o estágio Cb imediatamente assina sua própria sentença de morte. Estudos mostram que as correntes descendentes em sua parte inferior e na camada de sub-nuvens têm um efeito particularmente forte - debaixo da nuvem, figurativamente falando, a base é derrubada. Como resultado, o estágio final da existência de Cb começa - sua dissipação. Nesta fase, apenas as correntes descendentes são observadas sob a nuvem, substituindo completamente as ascendentes; a precipitação enfraquece e pára gradualmente, a nuvem torna-se menos densa, passando gradualmente para uma camada de nuvens cirrus densas. É aqui que sua existência termina. Assim, a nuvem passa por todos os estágios de evolução em cerca de uma hora: a nuvem cresce em 10 minutos, o estágio de maturidade dura cerca de 20 a 25 minutos e a dissipação ocorre em cerca de 30 minutos.
Uma monocélula é uma nuvem que consiste em uma célula convectiva, mas na maioria das vezes (em cerca de 80% dos casos) multicélulas são observadas - um grupo de células convectivas em diferentes estágios de desenvolvimento, unidas por uma bigorna. Durante a atividade de tempestade multicelular, os fluxos descendentes de ar frio da nuvem "pai" criam fluxos ascendentes que formam as nuvens de tempestade "filhas". No entanto, deve-se lembrar que todas as células nunca podem estar simultaneamente no mesmo estágio de desenvolvimento! A vida útil de várias células é muito mais longa - na ordem de várias horas.
Supercell. Conceitos Básicos
Uma supercélula é uma monocélula convectiva muito poderosa. O processo de formação e estrutura é muito diferente das nuvens cumulonimbus comuns. Portanto, esse fenômeno é de grande interesse para os cientistas. O interesse reside no fato de que uma monocélula comum sob certas condições se transforma em uma espécie de "monstro" que pode existir por cerca de 4 a 5 horas praticamente inalterada, sendo quase estacionária e gerando todos os fenômenos climáticos perigosos. O diâmetro de uma supercélula pode chegar a 50 km ou mais e sua altura geralmente ultrapassa 10 km. A velocidade ascendente dentro da supercélula atinge 50 m / se ainda mais. Como resultado, o granizo geralmente se forma com um diâmetro de 10 cm ou mais. A seguir, consideraremos as condições de formação, dinâmica e estrutura da supercélula.
Os principais fatores necessários para a formação de uma supercélula são cisalhamento do vento (mudança na velocidade e direção do vento com a altura na camada 0 - 6 km), a presença de uma corrente de jato em níveis baixos e forte instabilidade na atmosfera quando "convecção explosiva" é observada. Inicialmente, a nuvem tem as características de um monóculo com correntes ascendentes diretas de ar quente e úmido, mas depois em certa altura observa-se cisalhamento do vento e / ou corrente de jato, que começa a espiralar a corrente ascendente e inclina-a ligeiramente em relação ao eixo vertical. Na primeira figura, uma seta vermelha fina mostra um cisalhamento de vento (jato), uma seta larga - uma corrente ascendente.
Como resultado de seu contato com a corrente de jato, ele começa a espiralar em um plano horizontal. Então, a corrente ascendente, girando em espiral, gradualmente se transforma de horizontal para mais vertical. Isso pode ser visto na segunda figura. Em última análise, a atualização assume um eixo quase vertical. Ao mesmo tempo, a rotação continua, e é tão poderosa que eventualmente rompe a bigorna, formando uma cúpula acima dela - uma coroa imponente. A aparência desta cúpula indica correntes ascendentes poderosas que são capazes de romper a camada de inversão. Essa coluna rotativa é o "coração" da supercélula e é chamada de mesociclone. Seu diâmetro pode variar de 2 a 10 km. A coroa altíssima indica apenas a presença de um mesociclone.
A longa vida útil e a estabilidade da supercélula estão associadas ao seguinte. Devido ao mesociclone, a precipitação ocorre ligeiramente longe da corrente ascendente e, portanto, as correntes descendentes também são observadas para o lado (principalmente em ambos os lados do mesociclone). Nesse caso, os dois fluxos (descendente e ascendente) coexistem - são amigos: ao descer, o primeiro desloca o ar quente para cima e não bloqueia seu acesso à célula, aumentando ainda mais o fluxo ascendente. E quanto mais poderosa a corrente ascendente, mais forte é a precipitação, o que causa correntes descendentes ainda maiores, que forçam cada vez mais o ar da superfície para cima. E se a célula é comparada a uma roda, verifica-se que a precipitação em tal situação, por assim dizer, gira essa roda. É como resultado disso que a supercélula é capaz de existir por muitas horas,expandindo durante este tempo por dezenas de quilômetros de largura e comprimento, gerando grande granizo, chuvas fortes e, frequentemente, tornados. Neste momento, 3 minifrontes aparecem na superfície da terra: 2 frias na área dos fluxos de degradação e uma quente na área dos fluxos ascendentes (ver Fig. 1). Ou seja, aparece um ciclone em miniatura, cujo "embrião" é exatamente o mesmo mesociclone.
Como mencionado acima, os tornados surgem não apenas em supercélulas, mas também em mono e multicélulas comuns. No entanto, há uma grande diferença: em uma supercélula, precipitação e tornados são observados simultaneamente, e em mono e multicélulas, primeiro um tornado e depois a precipitação e na área onde o tornado foi observado. Isso se deve à ausência de uma mudança óbvia no espaço da parte "cristalogênica" superior da nuvem e na parte inferior para a qual o ar quente flui. Além disso, em supercélulas geralmente há uma corrente de jato acima do ápice, que carrega o ar deslocado para longe da nuvem, como resultado da qual uma bigorna muito alongada é observada (ver Fig. 1), enquanto em uma célula normal o ar frio deslocado por calor além disso, bloqueia o "poder". Portanto, os tornados nessas células têm vida curta, são fracos,e raramente estão em um estágio maior do que uma nuvem de funil.
Deve-se notar que as supercélulas são grandes e pequenas, com uma coroa alta ou baixa, e podem se formar em qualquer lugar, mas principalmente nos estados centrais dos Estados Unidos - nas Grandes Planícies. Na Europa e na Rússia, eles são extremamente raros e existe apenas um tipo - supercélulas HP. A classificação será discutida abaixo. As supercélulas estão sempre associadas a cisalhamento significativo do vento e altos valores CAPE - um indicador de instabilidade. Para supercélulas, o limite de cisalhamento vertical começa em 20 m / s na camada de 0-6 km.
Todas as supercélulas produzem condições climáticas adversas (granizo, rajadas, tempestades), mas apenas 30% ou menos delas geram tornados, portanto, deve-se tentar distinguir as supercélulas geradoras de tornados das mais "calmas".
Uma mudança poderosa na camada de 0-6 km (hodógrafo longo) e flutuabilidade suficiente são necessárias para a formação de um mesociclone poderoso. A formação de uma supercélula sob a condição de uma curvatura significativa do hodógrafo na camada de 0–2 km contribui para o desenvolvimento de um tornado. No entanto, o desenvolvimento de um tornado depende da estrutura dinâmica da tempestade. Deve haver uma corrente ascendente forte e rotação vertical para um desenvolvimento forte de mesociclone e tornado. O redemoinho horizontal causado pelo cisalhamento vertical é decisivo na formação do mesociclone.
As supercélulas são geralmente classificadas em 3 tipos. Mas nem todas as supercélulas correspondem claramente a uma espécie específica e muitas vezes passam de uma espécie para outra no curso de sua evolução. Todos os tipos de células geram condições climáticas adversas.
Supercélula clássica - Ou seja, é a supercélula ideal, que contém quase todos os elementos acima, tanto no radar quanto no visual. Os índices de instabilidade para este tipo são: CAPE: 1500 - 3500 J / kg, Li de -4 a -10. Mas na natureza, essas células são bastante raras; os outros dois tipos são observados com mais frequência.
Supercélula do tipo LP (baixa precipitação). Esta classe de supercélulas possui uma pequena área com baixa precipitação (chuva, granizo), separada da corrente ascendente. Esse tipo pode ser facilmente reconhecido pelos sulcos de nuvem esculpidos na base da corrente ascendente e, às vezes, tem a aparência de estar "faminto" em comparação com a supercélula clássica. Isso ocorre porque eles se formam ao longo dos chamados. linhas secas (quando se observa ar quente e úmido próximo à superfície, que se cunha, como uma frente fria, sob o ar mais quente e seco, já que este é menos denso), tendo pouca umidade disponível para seu desenvolvimento, apesar de forte cisalhamento … Essas células geralmente entram em colapso rapidamente sem se transformar em outros tipos. Eles normalmente geram tornados fracos e granizo com menos de 1 polegada de tamanho. Devido à falta de chuvas fortes,esse tipo de célula tem reflexos de radar fracos sem um eco de gancho claro, embora um tornado esteja realmente sendo observado no momento. A atividade de tempestade de tal célula é significativamente menor em comparação com outros tipos, e os raios são predominantemente intra-nuvens (IC), e não entre a nuvem e o solo (CG). Essas supercélulas são formadas em CAPE igual a 500 - 3500 J / kg e Li: -2 - (-8). Essas células são encontradas principalmente nos estados centrais dos Estados Unidos durante os meses de primavera e verão. Eles também foram observados na Austrália. Essas células são encontradas principalmente nos estados centrais dos Estados Unidos durante os meses de primavera e verão. Eles também foram observados na Austrália. Essas células são encontradas principalmente nos estados centrais dos Estados Unidos durante os meses de primavera e verão. Eles também foram observados na Austrália.
Supercell tipo HP (alta precipitação). Este tipo de supercélula tem precipitação muito maior do que outros tipos, que podem envolver completamente o mesociclone. Essa célula é especialmente perigosa, pois pode conter um poderoso tornado, que está visualmente oculto atrás de uma parede de precipitação. As supercélulas HP freqüentemente causam inundações e severas downbarsts, mas são menos propensas a formar granizo grande do que outros tipos. Notou-se que essas supercélulas geram mais descargas de CI e CG do que outros tipos. O índice CAPE para essas supercélulas é 2.000 - 7.000 J / kg ou mais, e o Li deve estar abaixo de -6. Essas células se movem de forma relativamente lenta.
Após 4 anos de buscas sem sucesso, o fotógrafo Mike Olbinski encontrou o que procurava. Em 3 de junho, perto de Booker, Texas, ele viu aquela supercélula giratória muito rara.
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