Καταιγίδες - Μέρος Β

Πολυκύτταρες καταιγίδες (Multicell thunderstorms)
Πολυκύτταρες ονομάζονται οι καταιγίδες που σε κάθε ένα στάδιο της ανάπτυξής τους περιλαμβάνουν περισσότερα από ένα κύτταρα. Οι πολυκύτταρες καταιγίδες έχουν την τάση να δημιουργούνται σε περιοχές όπου επικρατεί μέτρια έως ισχυρή κατακόρυφη διάτμηση της ταχύτητας του ανέμου. Όπως φαίνεται στο Σχ. 1 που ακολουθεί, η ισχυρή μεταβολή της ταχύτητας του ανέμου καθ’ ύψος (διάτμηση) έχει ως αποτέλεσμα το αρχικό κύτταρο της καταιγίδας να αποκτάει σημαντική κλίση, ώστε τελικά το ανοδικό ρεύμα εμφανίζεται να «καβαλάει» το αντίστοιχο καθοδικό. Στο ίδιο σχήμα αξίζει να παρατηρήσουμε πως το ισχυρό ανοδικό ρεύμα που αναπτύσσεται οδηγεί στη δημιουργία νέωνκυττάρων, τα οποία τελικά εξελίσσονται σε ώριμες καταιγίδες (βλ. Μέρος Α, εδώ). Σημαντική λεπτομέρεια αποτελεί επίσης το γεγονός πως η βροχή δε σημειώνεται στην περιοχή του ανοδικού ρεύματος (όπως συμβαίνει στις τυπικές καταιγίδες), οπότε η τροφοδότηση της καταιγίδας με υγρό και θερμό αέρα δεν εμποδίζεται και η καταιγίδα μπορεί να «επιβιώσει» για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα. Επειδή η πιθανότητα μία καταιγίδα να λάβει επικίνδυνες διαστάσεις αυξάνεται όσο επιμηκύνεται ο χρόνος ζωής της, οι πολυκύτταρες καταιγίδες είναι κατά κανόναισχυρές και δημιουργούν επικίνδυνες καιρικές συνθήκες.

Σχήμα 1. Απλοποιημένο μοντέλο απεικόνισης των αέριων ρευμάτων και των βασικών χαρακτηριστικών μιας ισχυρής πολυκύτταρης καταιγίδας που έχει επικλινή ανοδικό ρεύμα. Η σοβαρότητα μιας τέτοιας καταιγίδας εξαρτάται από την ένταση της κυκλοφορίας του αέρα στο εσωτερικό της. (Πηγή: Meteorology Today, D. Ahrens, 2009).

Στην περίπτωση που η συναγωγή θερμότητας (convection) είναι έντονη και το ανοδικό ρεύμα είναι ισχυρό, ο ανερχόμενος αέρας είναι δυνατό να εισβάλλει μέσα στη στρατόσφαιρα, δημιουργώντας μία υπερακοντίζουσα κορυφή (overshooting top). Παράλληλα, καθώς ο αέρας εξαπλώνεται οριζόντια μέσα στο άκμωνα (anvil), ο ψυχρότερος αέρας που βυθίζεται σε αυτή την περιοχή της καταιγίδας μπορεί να δημιουργήσει εντυπωσιακά νέφη mamatus (βλ. εδώ). Στην επιφάνεια, κάτω από το ψυχρό καθοδικό ρεύμα της καταιγίδας, ο ψυχρός και πυκνός αέρας μπορεί να προκαλέσει αύξηση της πίεσης κατά μερικά mb. Αυτή η σχετικά μικρή και ρηχή περιοχή υψηλής πίεσης αποκαλείται συχνά «μεσοϋψηλό» (mesohigh, μέσης κλίμακας υψηλό).
Σε μία πολυκύτταρη καταιγίδα το ψυχρό καθοδικό ρεύμα δημιουργεί ένα ισχυρό μέτωπο ριπών (gust front) όταν φτάνει στην επιφάνεια. Το μέτωπο αυτό αποτελεί το προπορευόμενο άκρο της εκροής ψυχρού αέρα από την καταιγίδα. Σε αρκετές περιπτώσεις, ένας παρατηρητής στο έδαφος αντιλαμβάνεται το πέρασμα του μετώπου των ριπών σαν πέρασμα ενός ψυχρού μετώπου. Κατά τη διέλευση του, η θερμοκρασίαπέφτει απότομα και ο άνεμος μεταβάλλεται βίαια, φτάνοντας σε ταχύτητες που συχνά ξεπερνούν τα 55 knots. Κατά μήκος του μετώπου ριπών ο ατμοσφαιρικός αέρας εμφανίζεται εξαιρετικά τυρβώδης. Στην πραγματικότητα, ο ψυχρός αέρας που έπεται του μετώπου των ριπών είναι δυνατόν να κινείται αργά και κοντά στο έδαφος ακόμα και για κάποιες ώρες αφού η καταιγίδα κοπάσει.
Καθώς ο θερμός και υγρός αέρας ανέρχεται κατά μήκος της μπροστινής άκρης του μετώπου των ριπών, δημιουργείται ένα τοξοειδές νέφος (shelf cloud, arcus cloud), όπως αυτό που παρουσιάζεται Εικ. 1. Τα νέφη αυτού του τύπου είναι περισσότερο εμφανή όταν ο ατμοσφαιρικός αέρας κοντά στη βάση της καταιγίδας είναι αρκετά ευσταθής και αποτελούν ουσιαστικά μέρος της βάσης της καταιγίδας. Σπανιότερα, πίσω από το μέτωπο των ριπών είναι δυνατόν να σχηματισμού επιμήκη νέφη με εντυπωσιακή και πολλές φορές τρομακτική μορφή. Τα νέφη αυτά, τα οποία εμφανίζονται να περιστρέφονται αργά γύρω από έναν οριζόντιο άξονα, χαρακτηρίζονται ως κυλινδροειδή (roll clouds) (Εικ. 2).

Εικόνα 1. Τοξοειδές νέφος (shelf cloud), συνδεδεμένο με το μέτωπο ριπών μιας πολυκύτταρης καταιγίδας.

Εικόνα 2. Εντυπωσιακή όψη ενός κυλινδροειδούς νέφους (roll cloud). Νέφη αυτού του τύπου εμφανίζονται σε σπάνιες περιπτώσεις πίσω από το μέτωπο των ριπών μιας πολυκύτταρης καταιγίδας.

Όταν η ατμόσφαιρα είναι αρκούντως ασταθής, το προπορευόμενο άκρο του μετώπου των ριπών μπορεί να δημιουργήσει νέα ανοδικά ρεύματα θερμού και υγρού αέρα. Τα ανοδικά αυτά ρεύματα παράγουν τελικά ένα σύμπλεγμα πολυκύτταρων καταιγίδων, κάθε μία από τις οποίες συνοδεύεται από το δικό της μέτωπο ριπών. Τα επιμέρους αυτά μέτωπα είναι πιθανό στη συνέχεια να συγχωνευθούν, δημιουργώντας ένατεράστιο μέτωπο ριπών που ονομάζεται όριο εκροής (outflow boundary). Κατά μήκος του ορίου εκροής, ο ατμοσφαιρικός αέρας εξαναγκάζεται να κινηθεί κατακόρυφα προς το πάνω, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία νέων καταιγίδων.
Κάτω από μία έντονη πολυκύτταρη καταιγίδα, το καθοδικό ρεύμα είναι δυνατό να περιοριστεί τοπικά σε τέτοιο βαθμό ώστε όταν φτάνει στο έδαφος να δημιουργεί μία βίαιη, ακτινική εξάπλωση του ανέμου. Αυτού του είδους τα καθοδικά ρεύματα χαρακτηρίζονται ως «κατωξεσπάσματα» (downbursts). Ένα downburst με ισχυρούς ανέμους που περιορίζονται σε ακτίνα λίγων χιλιομέτρων (<4 km) ονομάζεται «μικροξέσπασμα» (microburst, Εικ. 3). Παρά το μικρό του μέγεθος, ένα ισχυρό microburst μπορεί να επιφέρει καταστρεπτικούς ανέμους που φτάνουν σε ταχύτητα ακόμα και τα 145 knots. Παράλληλα, από τη στιγμή που ένα microburst αποτελεί ένα ισχυρό καθοδικό ρεύμα, είναι δυνατόν να εξελιχθεί τελικά σε ένα νέο μέτωπο ριπών.

Εικόνα 3. Βίαιη αιώρηση σκόνης εξαιτίας ενός "μικροξεσπάσματος" (microburst) που συνδέεται με μια πολυκύτταρη καταιγίδα. (Πηγή: Meteorology Today, D. Ahrens, 2009).

Ένα microburst είναι ικανό να προκαλέσει την πτώση δέντρων και να προκαλέσει σημαντικές υλικές ζημιές σε ανθρώπινες κατασκευές. Αρκετές από τις καταστροφές που μπορεί να επιφέρει ένα microburst μάλιστα, μοιάζουν με εκείνες που επιφέρει ένας τυφώνας. Επιπρόσθετα, τα microbursts και η συνακόλουθη ισχυρή διάτμηση του ανέμου θεωρούνται υπεύθυνα για αρκετές συντριβές αεροσκαφών. Όταν ένα αεροσκάφος συναντά ένα microburst σε χαμηλό σχετικά ύψος (~300 m), το πρώτο πράγμα που αντιμετωπίζει είναι ένα αντίθετο ρεύμα αέρα που προκαλεί την ανύψωση του. Σε αυτό το σημείο το αεροσκάφος κερδίζει ύψος, και στην περίπτωση που ο πιλότος στρέψει το ρύγχος του αεροσκάφους προς τα κάτω, αυτό επιφέρει καταστρεπτικές συνέπειες μιας και μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα το αεροσκάφος αντιμετωπίζει το ισχυρόκαθοδικό ρεύμα. Σε αυτή τη φάση, το αντίθετο ρεύμα αντικαθίσταται από ούριο ρεύμα, γεγονός που προκαλεί την ξαφνική απώλεια ύψους, επιταχύνοντας το αεροσκάφος προς το έδαφος. Για την αποφυγή των καταστρεπτικών αυτών συνεπειών των microbursts, τα περισσότερα αεροδρόμια χρησιμοποιούν ραντάρ Doppler υψηλής ανάλυσης. Τα ραντάρ αυτά είναι κατάλληλα προγραμματισμένα ώστε να ανιχνεύουν τα microbursts και τη διάτμηση του ανέμου στα κατώτερα ατμοσφαιρικά στρώματα.
Το προπορευόμενο άκρο ενός microburst μπορεί σε αρκετές περιπτώσεις να περιλαμβάνει ένα οριζόντια περιστρεφόμενο στρόβιλο. Πάνω απόξηρές περιοχές ο στρόβιλος αυτός «γεμίζει» με σκόνη. Αντίθετα, σε περιοχές με αρκετή υγρασία, ο στρόβιλος αυτός εμφανίζεται «υγρός», έχοντας την εικόνα της λεγόμενης «βροχοκουρτίνας».
Τα microbursts συνδέονται συνήθως με τις ισχυρές καταιγίδες, δημιουργώντας δυνατούς, καταστροφικούς ανέμους. Παρόλα αυτά, μπορούν επίσης να εκδηλωθούν και στα πλαίσια μιας τυπικής καταιγίδας ή ενός απλού όμβρου.
Ένα ιδιαίτερα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό των πολυκύτταρων καταιγίδων είναι η ικανότητα τους να οργανώνονται, οδηγώντας στη δημιουργία είτε θερμικών καταιγίδων μέσης κλίμακας (mesoscale convective complex), είτε καταιγίδων γραμμής λαίλαπας (squall line). Αυτές οι δύο περιπτώσεις θα μας απασχολήσουν στο τρίτο μέρος του αφιερώματος στις καταιγίδες.

Επιμέλεια - Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος (thgian82)

Πηγή:http://www.meteoclub.gr/