stringtranslate.com

Торнадогенез

Последовательность изображений, показывающих рождение сверхклеточного торнадо. Сначала бездождевая облачная база опускается как вращающееся стенное облако . Это опускание концентрируется в воронкообразное облако , которое продолжает опускаться одновременно с тем, как циркуляция нарастает у поверхности, поднимая пыль и другой мусор. Наконец, видимая воронка простирается до земли, и торнадо начинает наносить серьезный ущерб.
Торнадогенез в Фалконе, штат Колорадо . Обратите внимание на слабый пылевой вихрь под воронкообразным облаком.
Диаграмма, показывающая погодные условия, способствующие возникновению « Аллеи торнадо» в США — нечетко обозначенной области, подверженной торнадо.

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 .

Мезоциклоны

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, таким образом 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 ]

Мизоциклоны

Водосточные смерчи

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

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.

Мезовихри

QLCS

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.

Тропические циклоны

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.

Огненные вихри и пиро-торнадогенез

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 ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Коффер, Брайс Э.; М. Д. Паркер (2017). «Изменчивость торнадогенеза: ансамбль моделируемых неторнадотических и торнадотических суперячеек в средах VORTEX2». Mon. Wea. Rev. 145 ( 11): 4605–4625. Bibcode :2017MWRv..145.4605C. doi : 10.1175/MWR-D-17-0152.1 .
  2. ^ Трапп, Р. Джеффри; Р. Дэвис-Джонс (1997). «Торнадогенез с динамическим эффектом трубы и без него». J. Atmos. Sci . 54 (1): 113–133. Bibcode :1997JAtS...54..113T. doi : 10.1175/1520-0469(1997)054<0113:TWAWAD>2.0.CO;2 .
  3. ^ Дэвис-Джонс, Роберт (28 января 2006 г.). «Торнадогенез в сверхъячейковых штормах: что мы знаем и чего мы не знаем». Симпозиум по проблемам сильных конвективных штормов . Атланта, Джорджия: Американское метеорологическое общество.
  4. ^ Френч, Майкл М.; Д. М. Кингфилд (2019). «Характеристики рассеивания сигнатур вихревых торнадо, связанных с длительными торнадо». J. Appl. Meteorol. Climatol . 58 (2): 317–339. Bibcode :2019JApMC..58..317F. doi : 10.1175/JAMC-D-18-0187.1 .
  5. ^ Doswell, Moller, Anderson; et al. (2005). "Advanced Spotters' Field Guide" (PDF) . Министерство торговли США. Архивировано из оригинала (PDF) 2006-08-23 . Получено 2006-09-20 . {{cite web}}: Внешняя ссылка в |publisher=( помощь )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  6. ^ "Tornado Basics". Национальная лаборатория сильных штормов NOAA . Получено 19 октября 2023 г.
  7. ^ Шабботт, Кристофер Дж.; Марковски, Пол М. (2006-05-01). «Наблюдения на поверхности в пределах оттока нисходящих потоков фронтальных флангов гроз суперячеек». Monthly Weather Review . 134 (5): 1422–1441. Bibcode : 2006MWRv..134.1422S. doi : 10.1175/MWR3131.1 . ISSN  1520-0493.
  8. ^ Яна, Хаузер; Х. Блустейн; А. Сеймон; Дж. Снайдер; К. Тим (декабрь 2018 г.). «Быстросканирующие мобильные радиолокационные наблюдения за торнадогенезом». Осеннее собрание AGU . Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз.
  9. ^ Трапп, Р. Дж.; Э. Д. Митчелл (1999). «Сигнатуры нисходящих и ненисходящих торнадо-вихрей, обнаруженные WSR-88Ds». Прогнозирование погоды . 14 (5): 625–639. Bibcode :1999WtFor..14..625T. doi : 10.1175/1520-0434(1999)014<0625:DANTVS>2.0.CO;2 .
  10. ^ Бен-Амотс Н (2016) «Динамика и термодинамика торнадо: эффекты вращения» Атмосферные исследования, т. 178-179, стр. 320-328 https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2016.03.025
  11. ^ Барри К. Чой и Скотт М. Спратт. Использование WSR-88D для прогнозирования смерчей в восточной части центральной Флориды. Получено 25 октября 2006 г.
  12. Национальная метеорологическая служба (30 июня 2017 г.). «EF-0 Landspout Tornado near Grand Junction, MI, on June 30, 2017» . Получено 20 марта 2018 г. .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки