Összefoglaló a szupercellás konvekcióról
1. Szupercellák definiálása és kialakulásuk feltételei
1. ábra: A szélnyírás hatása a nyíródó közegbe helyezett szélkerékre |
A felállítódás során egy örvénypár jön létre a feláramlás két oldalán: a jobb oldalon egy ciklonális (azaz az óramutató járásával ellentétesen forgó), a bal oldalon egy anticiklonális örvény (az óramutató járásával megegyező irányban forgó), amelyek ezt követően dinamikusan egy-egy feláramlást hoznak létre (a jobb és bal irányokat a szélnyírásvektor irányához képest kell érteni). Ennek köszönhető a radarképeken gyakran (olykor szabad szemmel is) megfigyelhető kettéválás jelensége, amely során az északi féltekén leggyakrabban a jobboldali, ciklonális örvénnyel rendelkező zivatartag marad életben, a baloldali cella pedig elhal (a déli féltekén pont fordítva játszódik let a folyamat, ott az anticiklonális örvényt tartalmazó szupercellák a gyakoribbak). A kettéválást követően legtöbbször az addig térbelileg elkülönült örvény és feláramlás fedésbe kerül, azaz létrejön a zivatar forgó feláramlása. A szupercellák további jellegzetessége a deviáns mozgás, azaz a cellák mozgása az átlagszélhez képest jelentősen eltérhet: a ciklonálisan örvénylő szupercellák jobbra, az anticiklonálisan örvénylők balra térnek ki, ami a radaros detektálásnál egy alapvető megkülönböztető jelleg a többi zivatarhoz képest. A vertikális szélnyírás jelenlétét és jellegét a hodográfok nagyon jól ábrázolják (3. ábra), melyek gyakran (de nem szükségszerűen) görbültek szupercellás konvekció esetén.
2. ábra: A horizontális tengelyű örvények felállása a szupercellában. |
3. ábra: Jobbra görbülő hodográf. |
A szupercellák igazi hazájának sokan az USA-t tartják, de rengeteg szupercella alakul ki Európa területén is, sőt Magyarországon is rendszeresen megjelennek, leginkább a nyári félévben. Bár kiterjedt statisztikák nem állnak rendelkezésre (csak egyes kitüntetett évek feldolgozásai), elmondható, hogy hazai előfordulásuk jellemzően körülbelül az évi több tucat és száz között mozog.
2. Szupercellák szerkezete
2. 1 Vizuális és radaros azonosításuk
Vizuálisan általában szembeötlőek a forgást megfestő képződmények (lásd 1. kép). Ilyenek pl. a fő feláramlási torony oldalán az íves felhőcsíkozások vagy felhőbordák (angolul striations), továbbá a gyakran lencseszerű (ovális) csapadékmentes felhőalap. A szélnyírás következtében a feláramlási torony és a hozzá tartozó feláramlási alap, valamint a csapadékos leáramlási területek térben jól elkülönülten helyezkednek el.
1. kép: A forgást megfestő vizuális jegyek egy szupercella esetében: lencseszerű felhőalap és ovális felhőbordák a feláramlási torony oldalán. |
A feláramlás alapjánál, ahhoz csatolódva gyakran egy alacsonyabb felhőalappal rendelkező képződmény, az ún. falfelhő figyelhető meg, ami a zivatar szívóerejének köszönhetően jön létre: a feláramláshoz szükséges levegő egyre nagyobb része a csapadék által lehűtött nedves régióból származik (lásd 2. kép). Ez a hűvös, nedves levegő aztán a feláramlásba kerülve alacsonyabb szinten telítődik és csapódik ki környezetéhez képest. A csapadék felőli szívás gyakran egy elkeskenyedő, a falfelhőhöz csatlakozó, kötélszerű képződményben végződik, ez az ún. farokfelhő. A zivatar haladása szerinti jobb-hátsó oldalon (jobbra mozgó szupercella esetén) alkalmanként látható szárnyfelhő-tornyok (lásd 3. kép) területén szintén feláramlás zajlik. A szárnyfelhőtornyok a hátoldali leáramlás kifutószele és a beáramlási régió közötti konvergencia mentén alakulnak ki, és jóval sekélyebbek (legfeljebb 1-2 km), mint a legintenzívebb csapadékzónához közel álló domináns feláramlás, ami többnyire a troposzféra teljes vastagságára kiterjed. További jellegzetesség az intenzív beáramlást megfestő, a csapadékmentes feláramlási alaphoz csatlakozó beáramlási sáv vagy hódfarok (angolul beaver's tail), ami általában az előoldali csapadék és a beáramlási régió határán található felhősáv (nem tévesztendő össze az alacsonyabban elhelyezkedő, a falfelhőhöz kapcsolódó farokfelhővel, ami az előoldali csapadék felől közvetlenül szív!).
2. kép: Tipikus vizuális jegyek egy szupercellában. |
3. kép: A szárnyfelhő-tornyok relatív helyzete egy tipikus szupercellában. |
Távoli megfigyelés esetén (lásd 4. kép) a visszanyíródó üllő egy tipikus árulkodó jel: ez akkor alakul ki, amikor a nagy szélnyírás az üllő anyagának nagy részét elfújja, ám a feláramlás olyan erős, hogy az üllő a szélnyírással szemben is képes terjeszkedni. Az intenzív feláramlásra utal az üllőn túlnyúló csúcs, ami tulajdonképpen a zivatar "túllövése" a troposzféra felső zárórétegén, a tropopauzán (a zivatarok üllője lényegében a tropopauza szintjében terjed szét).
4. kép: Egy tipikus szupercella távoli vizuális jegyei.
|
A radarképeken a szupercellák általában egyetlen, jól körülhatárolható, hosszú életű, és a többi zivatarcellához képest deviánsan mozgó (általában jobbra térülő), igen erős jelként azonosíthatók. Általában a jel ovális vagy ahhoz hasonló alakú (pl. vese), néha kampós formájú, erős reflektivitási értékekkel, ami felhőszakadásra illetve nagyméretű jégszemekre utal. Az 5. képen vegyük szemügyre a fekete karikával jelölt szupercella kettéválását, deviáns mozgását, izoláltságát és hosszú élettartamát! A zivatar átlépve a Tisza vonalát határozottan jobbra térült, mintegy 3 órán keresztül folyamatosan fennállt, és igen erős reflektivitást mutatott a Viharsarok területén áthaladva (Orosházán pedig szignifikáns méretű, károkozó jeget produkált).
5. kép: Kompozit radarkép egy tipikus viselkedést mutató szupercelláról (fekete karikával jelölve).
|
A mezociklon egyértelmű azonosítására a Doppler-féle mérésekből előállított radiális széltérképek alkalmasak. Ez a forgó mozgás értelemszerűen egy nyírási zónaként jelenik meg, mivel egy viszonylag kis területen, egymáshoz közel erőteljes közeledés, ill. távolodás történik a radarhoz képest (4. ábra). (A mezociklonok radaros azonosításáról bővebben a Radaros alapismerek II című ismeretterjesztő anyagunkban olvashatunk.) A 5. ábrán a szupercellák radarreflektivitás által megfestett háromdimenziós áramlási rendszerét láthatjuk.
|
|
4. ábra Radar reflektivitás és radiális széltérkép egy tornádós szupercelláról (fehér karikában a mezociklon helyzete) . |
5. ábra Egy szupercella háromdimenziós áramlási rendszere és reflektivitása sematikus áramvonalakkal (piros 50 dBz; zöld 30 dBz; kék 10 dBz; légáramlás sebessége m/s-ban). |
A szupercellákra alapvetően jellemző a körülhatárolt gyenge reflektivitású betüremkedés (bounded weak echo region – BWER - 6. ábra). A BWER létrejöttének oka az intenzív feláramlás, amely olyan gyorsan szállítja a nedves levegőt a magasba, hogy a benne található vízgőznek tulajdonképpen nincs ideje kicsapódni, illetve kifagyni, ami végül csak egy bizonyos magasság elérése után történik meg. Alacsonyabb szinteken a BWER nincs „körbehatárolva”, ekkor gyenge reflektivitású betüremkedésről (weak echo region - WER) beszélünk.
6. ábra Egy radarmérés vertikális metszete egy tipikus szupercelláról. |
A radarképek vertikális metszetén a WER feletti reflektivitási területet átnyúlásnak (angolul overhang) nevezzük. A horizontális radarképen alacsony szinteken megjelenő kampós echót (angolul hook echo) a tulajdonképpen ennek az átnyúlásnak a zivatar hátoldalán történő lesüllyedése alakítja ki. A kampós echó a szupercellák egyik legjellegzetesebb radaros ismertetőjegye. Habár egy hagyományos megközelítés szerint a kampós echó kialakulásában nagy szerepet játszik a mezociklon hatására bekövetkező hidrometeorok advekciója a legintenzívebb csapadékmag felől, ugyanakkor a szárnyfelhő-torony celláiban kialakuló csapadék legalább annyira felelős lehet a hátoldali csapadék megjelenéséért. Nem beszélve arról, hogy a csapadékelemek - nagy esési sebességüknél fogva - nem követik a légáramlásokat, így nem is alkalmasak arra, hogy megfessék a felhő áramlási képét. A szupercellák radaros tulajdonságairól a Radaros alapismerek II című ismeretterjesztő anyagunkban is olvashatunk.
2.2 A leáramlási régiók
7. ábra Szupercella háromdimenziós áramlási rendszere és az RFD kialakulása, illetve az új feláramlás (d, new U) létrejötte (Lemon és Doswell nyomán 1979). |
A feláramlás közvetlen közelében, az RFD-ben kialakuló kis skálájú leáramlást okklúziós leáramlásnak (angolul occlusion downdraft) nevezzük (lásd 6. kép). Az elnevezés oka, hogy a jelenség tulajdonképpen rögtön a mezociklon záródása mögött alakul ki, amely záródás - szintén a mérsékeltövi ciklonok analógiájára - egyfajta okklúziónak tekinthető. (Megj.: Okklúziónak nevezzük azt a jelenséget, amikor a mérsékeltövi ciklonok gyors hidegfrontja utoléri a lassabban haladó melegfrontot, ezáltal bezárja a melegszektort.) Az okklúziós leáramlásokra úgy is tekinthetünk, mint az RFD egy elszigetelt intenzív régiójára (általában az RFD-be ágyazódva található meg). Az okklúziós leáramlás kialakulása a mezociklon középpontjában felszíni rotáció felerősödésének köszönhető. Ennek hatására ugyanis egy a középszintektől az alacsonyszintekig irányuló nyomási gradiens erő alakul ki, ami a középszinti levegőt magával rántja lefelé. Ez a leáramlás olyan erős lehet, hogy a felhő anyagát teljesen elpárologtatja, így közvetlenül a mezociklon mögött egy világos, akár felhőmentes régió is kialakulhat az RFD-ben, amit tiszta résnek (clear slot) nevezünk (lásd szintén 6. kép) - ezért lehet számos alkalommal világosabb régiót megfigyelni közvetlenül a tornádó mellett (akárcsak az 6. képen).
6. kép: Egy okkludálódó mezociklon "frontjainak" valamint az okklúziós leáramlás sematikus elhelyezkedése egy konkrét szupercella esetében. A kék folytonos vonalak a kifutószélfrontokat jelölik az előoldali és hátoldali leáramlás peremén (a szaggatott vonal azt érzékelteti, hogy a front vonala a falfelhő mögött található), a lefelé irányuló halvány nyílpár mutatja az okklúziós leáramlás és a tiszta rés helyét.
|
2. 3 Alacsony nyomású beáramlási régió
8. ábra Az előoldali (FFD) és hátoldali (RFD) leáramlások, valamint a feláramlás (UD) és tornádó (T) helye. | 9. ábra Az alacsony nyomású beáramlási régió (L), illetve a zivataros magasnyomás (H) területe egy szimulált szupercella esetében. |
3. A szupercellák osztályozása
mint például az 1997. november 11-én Kunszentmárton térségében pusztító tornádó esetében.
magasság (km)
|
|
10. ábra Gyenge csapadékú (LP) szupercella, melyeknél 8-10 km-es rétegvastagságban a legerősebb a zivatarhoz képesti szélsebesség (piros vastag vonal jelöli az átlagot; ERIK N. RASMUSSEN nyomán). |
magasság (km) |
|
11. ábra Klasszikus (CL) szupercella. |
magasság (km) |
|
12. ábra Nagy csapadékú (HP) szupercella, melyeknél 8-10 km-es rétegvastagságban a leggyengébb a zivatarhoz képesti szélsebesség. |
7. kép: Miniszupercella a Balaton felett 2013. május 3-án. |
4. Tornádók szupercellákban
1. animáció Az alábbi 3D-s animáción a moore-i (1999. május 3.) tornádó kialakulását követhetjük nyomon. Az örvény leskálázódása (piros cső alakú képződmény) jól nyomon követhető, ahogy a felszínt elérve törmeléklabdát (debris ball; a tornádó pusztítása során keletkezett törmelék kiugró reflektivitása, lilás színnel) hoz létre. Piros színek az 50 dBz-s vagy magasabb, míg az átlátszó narancsos színek az 45 dBz-s értékeket jelölik. (forrás: http://www.grlevelx.com/) |
Magyarán a szupercellában ott ideálisak a feltételek a tornádó kialakulásához, ahol ez az örvénykoncentráció könnyen végbe tud menni. Ez a régió legtöbbször a 2.2-s pontban tárgyalt okklúzió - azaz a mezociklon középpontja - közelében valósul meg, ahol az okklúziós leáramlás okozta markáns kiáramlás illetve a beáramlás a találkozási felület mentén egy igen intenzív összeáramlást generál (lásd ismét az 8. ábrán a tornádó helyét és vesd össze a 6. képpel). Az összeáramlás - más néven konvergencia - ugyanis a már meglévő függőleges örvényességet igen kis térrészre képes összehúzni, ami ideális körülmények között egy károkozó erősségű forgó légoszlopot eredményezhet. Ennél az egyszerű elméleti fejtegetésnél a valóságban azért jóval komplikáltabban megy végbe a folyamat, mivel a tornádóképződéshez egy sor egyéb - ma még csak felületesen ismert - körülménynek is teljesülnie kell. Azt ugyanis még mindig nem lehet eldönteni, hogy két - radaros vagy vizuális - küllemre egyforma szupercellából melyik fog a következő percekben tornádót létrehozni és melyik nem. A kutatások jelenlegi állása szerint nem mindegy az, hogy az RFD és okklúziós leáramlás mennyire "meleg", azaz mennyire hűti le benne hulló csapadék. Minél kevésbé történik meg ez a hűlés, annál jobban hasznosulhat a leáramlás levegője, amint visszakerül a mezociklon feláramlási régiójába (azaz a feláramlás annál könnyebben felkapja az RFD levegőjét). Továbbá, mivel felszínközeli folyamatokról beszélünk, a súrlódás szerepét sem lehet elhanyagolni, ugyanis a szél fékeződése a talaj felett szélnyírást, ezáltal horizontális tengelyű örvényességet generál, ami a mezociklon környékén uralkodó roppant erős feláramlásba kerülve jelentősen hozzájárulhat a vertikális tengelyű örvényesség további erősödéséhez. Mindezek a körülmények rendkívül érzékenyek a felhőben lejátszódó csapadékképződési folyamatokra valamint a felszín fizikai tulajdonságaira, amelyek jellegüknél fogva számtalan bizonytalanságot visznek a leírni kívánt rendszerünkbe. Így a tornádók kialakulása körüli kérdések még egy jó darabig bizonyosan izgalomban fogják tartani az emberiséget.
Magyarországon minden évben – átlagosan - néhány tornádó alakul ki szupercellákból. A hazai tornádók egy hányada nem szupercellákhoz köthető, ezek azonban többnyire gyengébbek, mint szupercellás társaik.
8. kép: Mezociklonális tornádó Gátér térségében 2008. május 20-án |
Mesoscale Meteorology in Midlatitudes (Paul M. Markowski, Yvette P. Richardson)
Csirmaz Kálmán és Kun Sándor
Fordította és kiegészítette: Csirmaz Kálmán és Kun Sándor
- A hozzászóláshoz belépés szükséges
Hozzászólás
Nagyon érdekes volt számomra amit olvastam és láttam. Igaz, hogy némely szót nem értettem, de ez az én hibám, nem vagyok szakértő és nem tanultam. Mindig figyelem az eget és amit itt látok és olvasok az alapján 2012 nyarán észrevettem a szupercellát, szerencsére nem okozott akkor nagyobb károkat. De maga az a tudat, hogy láttam és tudtam mit látok, ez Önöknek köszönhető. Akkor borsónagyságú jegek estek és rengeteg csapadék.
Ellenben 2012 november 7.én este jött egy hatalmas vihar semmit sem láttam, csak egy óriási ütést észleltem a ház első falán és aztán üvegcsörömpölés. Én még ilyet sosem láttam amikor kimentem a házam elején két méteres magasságban a cserepek álltak a tetőlécek között nem viccelek össze voltak fonva, nem estek le felálltak és mintha hajfonat lett volna fonva úgy néztek ki. A velem szemben lévő háznak elvitte a csúcsfalát a kétszázas szöggel levert palát átdobta hozzám. A tűzoltók voltak kint segíteni. Nem tudom mi lehetett mert csak egy ütést hallottam utána pedig rendesen fújt a szél és esett az eső. A tűzoltók is csodálkoztak, mert ilyet még nem láttak. Csak a velem szemben lévő ház és az enyém károsodott se mellettünk levő, se más irányban egyik sem. Én köszönöm a munkájukat, és azt, hogy itt tanulhatok az oldalon. És bár tudom, hogy Önöknek ez csodálatos dolog én viszont azért regisztráltam be ide több mint egy éve, mert rettentően félek a viharoktól, de próbálok ellene kűzdeni, mert a látvány valóban csodálatos! Csodálatos és pusztitó egyben! Köszönöm, hogy elolvasták amit írtam. További jó munkát kívánok!
Remek munka. Teli
Remek munka. Teli információkkal. Ennek köszönhetően vált világossá az, ami idáig rejtélyes volt. Köszi!
(10. ábra, bal alsó kép. 2008 májusán láttam ilyet, szinte ugyanilyen struktúrát. A feláramlási torony ugyanígy elkülönült az intenzív zónától, s tisztán látható is volt. Tehát LP volt, kicsi, de roppant intenzív maggal.)
Remek összefoglaló!
Remek összefoglaló! Köszi.
Direkt dugtátok el a lap aljára?
Köszönjük! Mire gondolsz
Köszönjük!
Mire gondolsz egyébként?
Le kell görgetni a lap aljára
Le kell görgetni a lap aljára a cikkért. Szerintem ha az időjárás engedi, és épp uborka szezon van érdemes lenne az új cikkeket a lap tetején megjeleníteni pl a blogok fölött.
Esetleg a beharangozó lehetne teljesen publikus, lássa az is aki nincs bejelentkezve.
Ja vágom ám most már: te a
Ja vágom ám most már: te a főoldali elrendezésről beszélsz. Felülre varázsoltam mostan.
Ez érdekes, nálam mindig a
Ez érdekes, nálam mindig a lap tetején van a legfrissebb cikk.
A beharangozó az jó ötlet!