Apakah Anda familiar dengan definisi supercell? Menurut saya, ini adalah sesuatu dari bidang matematika atau fisika nuklir. Mungkin ada yang seperti itu, tapi sekarang kita akan membahas fenomena alam.
Penyebab fenomena seperti badai petir, hujan lebat, dan intensifikasi angin kencang adalah awan kumulonimbus monoseluler dan multiseluler, yang cukup sering menumpuk di langit pada musim panas. Monocell adalah salah satu awan kumulonimbus tunggal yang berdiri sendiri-sendiri. Multi-sel sudah merupakan sekumpulan (akumulasi) sel-sel tunggal, yang disatukan oleh satu landasan. Artinya, ketika satu sel membusuk, kemudian nukleus lain di dekatnya, atau nukleasi terjadi secara bersamaan. Kompleks ini dapat menempati area dari beberapa puluh hingga beberapa ratus ribu km2.
Yang terakhir disebut Mesoscale Convective Clusters (MCC). Mereka mampu menyebabkan badai dahsyat, hujan es lebat, dan hujan lebat. Namun, tidak ada yang istimewa - hanya kumpulan awan kumulonimbus yang kuat. Tetapi ada formasi atmosfer yang menghasilkan kondisi cuaca yang lebih parah, termasuk tornado dan disebut supercell. Kondisi dan struktur formasi mereka secara fundamental berbeda dari awan cumulonimbus biasa. Dan artikel ini hanya tentang objek atmosfer yang menakjubkan, langka, dan menarik ini.
Monocell dan multicell
Untuk memulainya, pertimbangkan proses pembentukan monocell konvensional. Pada hari musim panas yang cerah, matahari memanaskan permukaan di bawahnya. Akibatnya, konveksi termal terjadi, yang mengarah pada munculnya "embrio" badai masa depan - awan kumulus datar (Cu hum.), Yang tingginya tidak melebihi 1 km. Mereka biasanya dihasilkan oleh volume panas udara panas yang meningkat secara tidak teratur dalam bentuk gelembung. Dalam hal ini, awan yang dihasilkan akan bertahan selama beberapa waktu (puluhan menit) dan akhirnya larut tanpa melewati tahap pengembangan lainnya. Lain halnya ketika panas yang muncul tidak berbentuk gelembung, tetapi aliran udara yang terus menerus. Pada saat yang sama, di tempat-tempat di mana udaranya naik, suatu penghalusan terbentuk. Itu diisi dengan udara dari samping. Di atas, sebaliknya, udara berlebih cenderung menyebar ke samping. Pada jarak tertentu, lalu lintas udara ditutup. Akibatnya, sel konvektif terbentuk.
Apalagi Cu hum. lolos ke awan medium kumulus atau awan kuat kumulus (Cu med., Cu cong.), yang tingginya sudah mencapai 4 km. Awan datar kumulus akan berubah menjadi awan sedang, dan kemudian menjadi awan yang kuat, atau akan mengakhiri evolusinya, tetap pada tahap pertama, hanya bergantung pada keadaan atmosfer di tempat tertentu dan pada waktu tertentu. Faktor utama yang berkontribusi terhadap pertumbuhan awan konvektif adalah penurunan suhu yang tajam dengan ketinggian di latar belakang atmosfer, serta pelepasan panas selama transisi fase kelembapan (kondensasi, pembekuan, sublimasi), yang membutuhkan kandungan uap air yang cukup tinggi di udara. Faktor pembatas adalah adanya lapisan di atmosfer di mana suhu turun sedikit seiring dengan ketinggian, hingga isoterm (suhu tidak berubah dengan ketinggian) atau inversi (pemanasan dengan ketinggian). Dalam kondisi yang menguntungkan, Cu cong.berubah menjadi awan Cb cumulonimbus, yang menyebabkan hujan, badai petir, dan hujan es. Tapi bagaimanapun juga, awan kumulonimbus awalnya muncul sebagai Cu hum, dan tidak secara spontan.
Video promosi:
Ciri khas awan ini adalah puncak esnya, yang telah mencapai lapisan inversi (ketinggian Cb ditentukan oleh tingkat kondensasi dan tingkat konveksi - batas bawah dan atas awan. Di garis lintang tropis, ketinggian awan ini dapat mencapai 20 km dan menembus tropopause). Ini disebut landasan dan merupakan lapisan awan cirrus padat yang terbentuk pada bidang horizontal. Saat ini, awan mencapai perkembangan maksimalnya. Pada saat yang sama, seiring dengan aliran naik di awan, aliran turun terbentuk sebagai hasil dari presipitasi. Curah hujan yang turun mendinginkan udara di sekitarnya, menjadi lebih padat dan mulai turun ke permukaan (kami mengamati proses ini di bumi sebagai badai) semakin menghalangi arus naik, yang sangat diperlukan untuk keberadaan awan. Dan downdraft apa pun memiliki efek merugikan pada cloud genesis.
Dengan demikian, awan yang telah tumbuh ke tahap Cb segera menandatangani surat kematiannya sendiri. Studi menunjukkan bahwa aliran bawah di bagian bawah dan di lapisan sub-awan memiliki efek yang sangat kuat - dari bawah awan, secara kiasan, fondasinya roboh. Akibatnya, tahap akhir dari keberadaan Cb dimulai - disipasi. Pada tahap ini, hanya aliran bawah yang diamati di bawah awan, sepenuhnya menggantikan yang naik; curah hujan secara bertahap melemah dan berhenti, awan menjadi kurang padat, secara bertahap melewati lapisan awan cirrus yang padat. Di sinilah keberadaannya berakhir. Jadi, awan melewati semua tahapan evolusi dalam waktu sekitar satu jam: awan tumbuh dalam 10 menit, tahap kematangan berlangsung sekitar 20-25 menit, dan disipasi terjadi dalam waktu sekitar 30 menit.
Monocell adalah awan yang terdiri dari satu sel konvektif, tetapi paling sering (dalam sekitar 80% kasus) multi-sel diamati - sekelompok sel konvektif pada tahap perkembangan yang berbeda, disatukan oleh satu landasan. Selama aktivitas badai multi-sel, aliran udara dingin yang turun dari awan "induk" membuat aliran naik yang membentuk awan petir "anak". Namun, harus diingat bahwa semua sel tidak pernah bisa secara bersamaan berada pada tahap perkembangan yang sama! Umur multi-sel jauh lebih lama - dalam urutan beberapa jam.
Supercell. Konsep dasar
Supercell adalah monocell konvektif yang sangat kuat. Proses pembentukan dan strukturnya sangat berbeda dengan awan kumulonimbus biasa. Karena itu, fenomena ini sangat menarik bagi para ilmuwan. Ketertarikannya terletak pada fakta bahwa sebuah monocell biasa dalam kondisi tertentu berubah menjadi semacam "monster" yang dapat bertahan sekitar 4 - 5 jam praktis tidak berubah, menjadi semi-diam dan menghasilkan semua fenomena cuaca yang berbahaya. Diameter supercell bisa mencapai 50 km atau lebih, dan tingginya seringkali melebihi 10 km. Kecepatan naik di dalam supercell mencapai 50 m / s dan bahkan lebih. Akibatnya, sering terbentuk hujan es dengan diameter 10 cm atau lebih. Di bawah ini kita akan membahas kondisi formasi, dinamika, dan struktur supercell.
Faktor utama yang diperlukan untuk pembentukan supercell adalah wind shear (perubahan kecepatan dan arah angin dengan ketinggian di lapisan 0 - 6 km), adanya aliran jet pada level rendah, dan ketidakstabilan yang kuat di atmosfer saat "konveksi eksplosif" diamati. Awalnya, awan memiliki karakteristik monocell dengan aliran udara hangat dan lembab yang langsung naik, tetapi kemudian pada ketinggian tertentu terjadi pergeseran angin dan (atau) aliran jet, yang mulai memutar aliran naik dan sedikit memiringkannya dari sumbu vertikal. Pada gambar pertama, panah tipis merah menunjukkan geser angin (aliran jet), panah lebar - arus ke atas.
Akibat kontaknya dengan aliran jet, ia mulai berputar dalam bidang horizontal. Kemudian aliran naik, berputar dalam bentuk spiral, secara bertahap berubah dari horizontal menjadi lebih vertikal. Ini bisa dilihat pada gambar kedua. Pada akhirnya, updraft mengambil sumbu yang hampir vertikal. Pada saat yang sama, rotasi terus berlanjut, dan itu sangat kuat sehingga akhirnya menembus landasan, membentuk kubah di atasnya - mahkota yang menjulang tinggi. Munculnya kubah ini menunjukkan arus naik yang kuat yang mampu menembus lapisan inversi. Kolom yang berputar ini adalah "jantung" supercell dan disebut mesocyclone. Diameternya bisa berkisar dari 2 hingga 10 km. Mahkota yang menjulang tinggi hanya menunjukkan adanya mesocyclone.
Umur panjang dan stabilitas supercell dikaitkan dengan hal-hal berikut. Karena mesocyclone, pengendapan terjadi agak jauh dari updraft, dan oleh karena itu downdraft juga diamati ke samping (terutama di kedua sisi mesocyclone). Dalam hal ini, kedua aliran (turun dan naik) hidup berdampingan satu sama lain - mereka berteman: turun, aliran pertama menggeser udara hangat ke atas, dan tidak menghalangi aksesnya ke sel, dengan demikian semakin meningkatkan aliran naik. Dan semakin kuat arus ke atas, semakin kuat presipitasi, yang menyebabkan aliran udara ke bawah yang lebih besar, yang semakin memaksa udara permukaan ke atas. Dan jika sel diibaratkan sebagai roda, ternyata pengendapan dalam situasi seperti itu memutar roda ini. Karena itulah supercell dapat bertahan selama berjam-jam,meluas selama waktu ini dengan lebar dan panjang puluhan kilometer, menghasilkan hujan es yang besar, curah hujan tinggi dan sering kali tornado. Pada saat ini, 3 minifront muncul di permukaan bumi: 2 yang dingin di area aliran penurunan, dan yang hangat di area yang menaik (lihat Gbr. 1). Yaitu, miniatur siklon muncul, "embrio" nya adalah mesocyclone yang persis sama.
Seperti disebutkan di atas, tornado muncul tidak hanya di supercell, tetapi juga di sel mono dan multi-sel biasa. Namun, ada perbedaan besar: dalam supercell, presipitasi dan tornado diamati secara bersamaan, dan dalam sel mono dan multi - pertama tornado, dan kemudian presipitasi, dan di area tempat tornado diamati. Hal ini disebabkan tidak adanya pergeseran yang jelas pada ruang bagian atas "kristalogenik" awan, dan bagian bawah tempat aliran udara hangat. Selain itu, di supercell biasanya ada aliran jet di atas puncak, yang membawa udara yang dipindahkan menjauh dari awan, sebagai akibatnya landasan yang sangat memanjang diamati (lihat Gambar 1), sedangkan di sel normal udara dingin dipindahkan oleh udara hangat. selain itu memblokir "kekuatan". Oleh karena itu, tornado di sel tersebut berumur pendek, lemah,dan jarang berada pada tahap yang lebih besar dari cloud funnel.
Perlu dicatat bahwa supercell berukuran besar dan kecil, dengan mahkota yang tinggi atau rendah, dan dapat terbentuk di mana saja, tetapi terutama di negara bagian tengah Amerika Serikat - di Great Plains. Di Eropa dan Rusia, mereka sangat langka, dan hanya ada satu jenis - supercell HP. Klasifikasi akan dibahas di bawah. Supercell selalu dikaitkan dengan wind shear yang signifikan dan nilai CAPE yang tinggi - indikator ketidakstabilan. Untuk supercell, batas geser vertikal dimulai pada 20 m / s pada lapisan 0-6 km.
Semua supercell menghasilkan kondisi cuaca yang keras (hujan es, badai, hujan badai), tetapi hanya 30% atau kurang dari mereka yang menghasilkan tornado, jadi kita harus mencoba membedakan supercell yang menghasilkan tornado dari yang lebih "tenang".
Pergeseran yang kuat pada lapisan 0-6 km (hodograf panjang) dan daya apung yang cukup diperlukan untuk pembentukan mesocyclone yang kuat. Pembentukan supercell di bawah kondisi kelengkungan hodograf yang signifikan di lapisan 0–2 km berkontribusi pada perkembangan tornado. Namun, perkembangan tornado bergantung pada struktur dinamis badai. Harus ada updraft dan rotasi vertikal yang kuat untuk perkembangan mesocyclone dan tornado yang kuat. Pusaran horizontal yang disebabkan oleh geser vertikal sangat menentukan dalam pembentukan mesosiklon.
Supercell umumnya diklasifikasikan menjadi 3 jenis. Tetapi tidak semua supercell secara jelas berhubungan dengan satu spesies tertentu dan sering kali berpindah dari satu spesies ke spesies lainnya selama evolusi mereka. Semua jenis sel menghasilkan kondisi cuaca yang buruk.
Supercell klasik - Artinya, supercell yang ideal, yang berisi hampir semua elemen di atas, baik pada radar maupun visual. Indeks ketidakstabilan untuk jenis ini adalah: CAPE: 1500 - 3500 J / kg, Li dari -4 hingga -10. Tetapi di alam, sel-sel semacam itu sangat jarang; dua jenis lainnya lebih sering diamati.
Supercell tipe LP (Presipitasi Rendah). Kelas supercell ini memiliki area kecil dengan curah hujan rendah (hujan, hujan es), terpisah dari updraft. Jenis ini dapat dengan mudah dikenali oleh alur awan terpahat di dasar updraft, dan terkadang terlihat "lapar" jika dibandingkan dengan supercell klasik. Ini karena mereka membentuk apa yang disebut. garis kering (ketika udara hangat dan lembab diamati di dekat permukaan, yang terjepit, seperti bagian depan yang dingin, di bawah udara yang lebih panas dan lebih kering, karena yang terakhir kurang padat), memiliki sedikit kelembapan yang tersedia untuk perkembangannya, meskipun terjadi geseran angin yang kuat … Sel-sel semacam itu biasanya dengan cepat runtuh tanpa berubah menjadi tipe lain. Mereka biasanya menghasilkan tornado yang lemah dan berukuran kurang dari 1 inci. Karena kurangnya curah hujan yang tinggi,jenis sel ini memiliki pantulan radar yang lemah tanpa gaung kait yang jelas, meskipun tornado sebenarnya sedang diamati pada saat itu. Aktivitas badai sel semacam itu secara signifikan lebih rendah dibandingkan dengan jenis lainnya, dan petir didominasi oleh intracloud (IC), dan bukan antara awan dan tanah (CG). Supercell ini dibentuk di CAPE sebesar 500 - 3500 J / kg dan Li: -2 - (-8). Sel-sel semacam itu ditemukan terutama di negara bagian tengah Amerika Serikat selama musim semi dan musim panas. Mereka juga telah diamati di Australia. Sel-sel semacam itu ditemukan terutama di negara bagian tengah Amerika Serikat selama musim semi dan musim panas. Mereka juga telah diamati di Australia. Sel-sel semacam itu ditemukan terutama di negara bagian tengah Amerika Serikat selama musim semi dan musim panas. Mereka juga telah diamati di Australia.
Supercell tipe HP (High Presipitasi). Jenis supercell ini memiliki curah hujan yang jauh lebih tinggi daripada jenis lainnya, yang dapat mengelilingi mesocyclone sepenuhnya. Sel semacam itu sangat berbahaya, karena dapat mengandung tornado kuat, yang secara visual tersembunyi di balik dinding pengendapan. Supercell HP sering menyebabkan banjir dan downbarst yang parah, tetapi kecil kemungkinannya untuk membentuk hujan es yang besar dibandingkan jenis lainnya. Tercatat bahwa supercell ini menghasilkan lebih banyak pelepasan IC dan CG daripada jenis lainnya. Indeks CAPE untuk supercell ini adalah 2000-7000 J / kg atau lebih, dan Li harus di bawah -6. Sel semacam itu bergerak relatif lambat.
Setelah 4 tahun pencarian tidak berhasil, fotografer Mike Olbinski menemukan apa yang dia cari. Pada tanggal 3 Juni, dekat Booker, Texas, dia melihat supercell berputar yang sangat langka itu.
Tonton layar penuh dalam kualitas HD:
Berikut video lainnya:
