Торнадогенез — это процесс, посредством которого формируется торнадо . Существует множество типов торнадо, различающихся по способам формирования. Несмотря на продолжающиеся научные исследования и громкие исследовательские проекты, такие как VORTEX , торнадогенез — это изменчивый процесс, и тонкости многих механизмов формирования торнадо до сих пор плохо изучены. [1] [2] [3]
Торнадо — это бурно вращающийся столб воздуха, контактирующий с поверхностью и основанием кучевых облаков . Образование торнадо вызвано растяжением и агрегацией/слиянием завихренности окружающей среды и/или вызванной штормом , которая сжимается в интенсивный вихрь . Существуют различные способы, которыми это может произойти, и, следовательно, различные формы и подформы торнадо. Хотя каждый торнадо уникален, большинство видов торнадо проходят жизненный цикл формирования, созревания и рассеивания. [4] Процесс, посредством которого торнадо рассеивается или распадается, иногда называемый торнадолизисом, представляет особый интерес для изучения, как и торнадогенез, долговечность и интенсивность .
Классические торнадо — это суперклеточные торнадо, которые имеют узнаваемую схему формирования. [5] Цикл начинается, когда сильная гроза развивает вращающийся мезоциклон на высоте нескольких миль в атмосфере. По мере увеличения количества осадков во время шторма он увлекает за собой область быстро нисходящего воздуха, известную как нисходящий поток заднего фланга (RFD). Этот нисходящий поток ускоряется по мере приближения к земле и увлекает вращающийся мезоциклон к земле вместе с собой. Было показано, что относительная спиральность шторма (SRH) играет роль в развитии и силе торнадо. SRH — это горизонтальная завихренность, которая параллельна притоку шторма и наклонена вверх, когда она подхвачена восходящим потоком, тем самым создавая вертикальную завихренность.
Когда мезоциклон опускается ниже основания облака, он начинает втягивать прохладный влажный воздух из области нисходящего потока шторма. Конвергенция этого прохладного воздуха и теплого воздуха в восходящем потоке приводит к образованию вращающегося облака стены. RFD также фокусирует основание мезоциклона, заставляя его откачивать воздух из все меньшей и меньшей области на земле. По мере усиления восходящего потока он создает область низкого давления на поверхности. Это тянет сфокусированный мезоциклон вниз, в форме видимой конденсационной воронки. По мере того, как воронка опускается, RFD также достигает земли, создавая фронт порывов, который может нанести серьезный ущерб на большом расстоянии от торнадо. Обычно воронкообразное облако начинает наносить ущерб на земле (становясь торнадо) в течение нескольких минут после того, как RFD достигает земли. [6]
Полевые исследования показали, что для того, чтобы суперячейка произвела торнадо, RFD должен быть не более чем на несколько кельвинов холоднее восходящего потока. Нисходящий поток на переднем фланге (FFD) также, по-видимому, теплее в торнадоподобных суперячейках, чем в неторнадоподобных суперячейках. [7]
Многие представляют себе процесс сверху вниз, в котором сначала формируется мезоциклон среднего уровня и соединяется с мезоциклоном низкого уровня или торнадоциклоном, а затем формируется вихрь под основанием облака, который становится концентрированным вихрем из-за конвергенции при достижении поверхности. Однако история наблюдений и более современные исследования показывают, что многие торнадо сначала формируются вблизи поверхности или одновременно от поверхности до низких и средних уровней наверху. [8] [9]
См. динамику, термодинамику и источник энергии. [10] [ необходимо разъяснение ]
Водяные смерчи определяются как торнадо над водой. Однако, хотя некоторые водяные смерчи являются суперклеточными (также известными как «торнадообразные водяные смерчи»), формируясь в процессе, аналогичном процессу их наземных аналогов, большинство из них намного слабее и вызваны другими процессами атмосферной динамики. Обычно они развиваются во влажных средах с небольшим вертикальным сдвигом ветра в областях, где ветер сходится (конвергенция), таких как сухопутные бризы , полосы эффекта озера , линии фрикционной конвергенции от близлежащих массивов суши или поверхностные ложбины. Водяные смерчи обычно развиваются по мере того, как их родительские облака находятся в процессе развития. Предполагается, что они закручиваются вверх, двигаясь вверх по границе поверхности от горизонтального сдвига вблизи поверхности, а затем тянутся вверх к облаку, как только низкоуровневый вихрь сдвига выравнивается с развивающимся кучевым облаком или грозой. [11] Их родительское облако может быть таким же безобидным, как умеренное кучевое облако, или таким же значительным, как суперячейка.
Landspouts — это торнадо, которые не формируются из мезоциклонов. По внешнему виду и структуре они похожи на водяные смерчи ясной погоды, за исключением того, что они формируются над землей, а не над водой. Считается, что они формируются аналогично более слабым водяным смерчам [12] , поскольку они формируются на стадии роста конвективных облаков путем поглощения и уплотнения вихреобразности пограничного слоя восходящим потоком кучевой башни.
Торнадо иногда формируются из мезовихрей внутри линий шквала (QLCS, квазилинейные конвективные системы), чаще всего в регионах средних широт . Мезоциклонические торнадо также могут формироваться из вложенных суперячеек внутри линий шквала.
Мезовихри или мини-завихрения внутри интенсивных тропических циклонов, особенно внутри глазных стен, могут привести к торнадо. Встроенные суперячейки могут создавать мезоциклонические торнадо в правом переднем квадранте циклона или в определенных ситуациях в его внешних дождевых полосах.
Большинство смерчей, вызванных пожарами или вулканическими извержениями, не являются торнадо-вихрями. Однако в редких случаях циркуляции с крупными лесными пожарами, пожарищами или выбросами достигают нижней границы облаков. В крайне редких случаях наблюдались пирокумулонимбы с торнадо-мезоциклонами. [ необходима цитата ]
{{cite web}}: Внешняя ссылка в |publisher=