FORMAREA FURTUNILOR (explicație simplă)
Dacă tună și fulgeră, vorbim deja de furtună, indiferent dacă plouă sau nu. Furtunile apar mai ales în semestrul de vară, foarte rar apar și iarna. Pentru formarea unei furtuni, avem nevoie de labilitate, umezeală si forță de ridicare. O furtuna simplă (de vară) se formează în felul următor:
1. Stadiul de creștere: soarele incălzește suprafața pământului, apa se evaporă și se ridică împreună cu masele de aer cald. La o anumită inălțime (1-2 km), vaporii de apă se condensează, formând mici particule de apă, care plutesc în aer. Astfel se formează norii. În condiții favorabile, după formarea norilor, masele de aer continuă ascensiunea, până când ajung la tropopauză, unde se lovesc de un "plafon", astfel mișcând în continuare doar în lateral. Astfel se formează ”nicovala”. Între timp, picăturile de apă apărute prin condensație, devin prea grele, ca să pot fi menținute în nor, din acest motiv aceste picături încep să cade spre sol. Astfel se formez precipitațiile. Tot în această fază apar și primele fulgere.
2. Stadiul de maturitate: când curenții ascendenți (masele de aer cald) și curenții descendenți (masele de aer răcit și precipitațiile) sunt în echilibru. Picăturile de apă trag jos curenții de aer, curenți care, când ating solul, se propagă în două direcții: în față și în spate. Când curenții ascendeți sunt puternici, apar precipitații foarte abundente (torențiale), iar aerul rece, care se propagă în fața furtunii, formează rafale de vânt (gust front). În unele cazuri apar și rafale umede descendente, care sunt foarte puternice, producând fenomenul denumit downburst, care produc distrugeri semnificative la nivelul solului. Acest stadiu de maturitate, este caracterizat printr-un număr mare de tunete si fulgere și precipitații abundente.
3. Stadiul de dispariție: dacă curenții descendenți taie calea curențiilor ascendenti, sistemul convectiv (celula) intră în regres. Prin blocarea curenților ascendenți, de fapt se taie furnizarea cu aer cald și umed a celulei. Astfel echilibrul din celulă se desface, astfel vor domina doar curenții descendenti. După căderea jos a apei condensate din nor, norul intră încet in dizolvare. În primele faze mai sunt fulgere și rafale de vânt, dar încet-încet celula ”termină benzina” și se dezintegrează... Durata medie de viață a unei furtuni simple (monocelulare) este de aprox. 1 oră. Aceste furtuni simple se produc mai ales vara, de după masă, când vremea e mai caldă și există și umiditate suficientă. În unele cazuri, când condițiile sunt favorabile în continuare, umiditatea cazută pe sol, împreună cu evaporarea (genarată de razele solare), pot provoca o noua ascensiune a aerului, adica pot duce la formarea unei noi furtuni...
TIPURI DE FURTUNI (explicație simplă)
1. Furtuni monocelulare (simple): aceste tipuri de furtuni se formează în general vara, de după masă. La baza lor stă convecția termică, deci nu sunt necesare fronturi, sau factori orografice, nici vânturi. Formarea lor este prezentată mai sus. Pe toată durata de viață a acestor furtuni, există doar o singură celulă convectivă. Din acest motiv sunt tipuri de fenomene mai rar întâlnite în natură. Uneori pot fi severe, cu toate fenoemenele însoțitoare (ploi torențiale, grindină, vânturi puternice), dar din cauza dimensiunilor lor mai reduse, în general afectează doar zone mai restrânse (5-10 km, pana la 20-25 km). Pericoluzitatea lor în primul rând constă în faptul că aceste furtuni se mișcă foarte lent, sau sunt chiar staționare, astfel producând inundații locale. Mai rar, furtunile monocelulare pot intra în cicluri de regenerări repetate (denumite furtuni de tip ”pulse-type”), dar nici în acest caz, aceste furtuni ”pulse-type” nu sunt identice cu furtunile multicelulare...
2. Furtuni multicelulare: aceste furtuni sunt compuse din mai multe celule simple. Furtunile multicelulare sunt mai complexe și deja au nevoie de mai mulți factori pentru a se forma. Poate cel mai important este fluxul de aer (care de ex. apar de a lungul unui front rece, sau de a lungul unor convergențe), pe de a lungul cărora se mișcă aceste furtuni. Într-o furtună multicelulară, celulele separate se regăsesc în diferite stadii de dezvoltare, în general cu celulele tinere (în plină dezvoltare) în față, cu celulele maturizate în mijloc, iar cu celulele bătrâne în spate, care au intrat deja în faza de dezintegrare. Curenții de aer descendenți (proveniți din celulele mature și cele din faza de degradare), se propag în fața furtunii multicelulare (denumit gust front), astfel labilizând și forțând masele de aer cald în fața lor să se ridice în sus, ajutând astfel formarea celulelor noi. Practic gust frontul, (alcătuit din mase de aer reci), aluneca sub masele de aer cald, astfel mărind labilitatea (diferența de temperatură), provocând curenți ascendenți noi. Din această cauză, furtuna multicelulară intră intr-un ciclu mai îndelungat de regenerare, atingând astfel o medie de viață mult mai lungă, decât în cazul celulelor simple. Furtunile multicelulare au mai multe forme de prezentare și de multe ori apar liniare, sau circulare, adeseori împreună cu alte tipuri de furtuni (de ex. împreună cu furtuni supercelulare) Sistemele de furtuni liniare se mai numesc și ”linii de instabilitate” (sau squall line).
3. Furtuni supercelulare: sunt furtuni foarte dezvoltate și puternice, cu capacitate mare de producere a unor evenimente severe, cum ar fi: ploile torențiale, grindină semnificativă, rafale de vânturi foarte puternice (downburst), fulgere puternice și pâlnii de aer (trompe și tornade). Furtunile supercelulare (SC) se formează în condiții de labilitate foarte mare și în prezența vânturilor de forfecare. În mijlocul supercelulei aerul se mișcă ascendent (spre sus), dar în partea exterioară a norului, vânturile de forfecare bat în alte direcții, deci prin interacțiunile diferitelor tipuri de vânturi, în supercelula apar miscări ascendtente spiralate și rotative, astfel toată structura supercelulară intră într-o mișcare de rotație, prin intermediul căruia, aerul cald și umed este aspirat sus în celulă (prin partea anterioară a celulei). La baza fiecărei supercelule, există o structură rotativă de nor, denumit mezociclon. Structurile caracteristice ale unei furtuni supercelulare (pe lângă mezociclon) sunt:
- norul "zid" (wall cloud), care este o structură de nor, care se formează la baza rotativă a mezociclonului,
- overshooting top, care este de fapt "căciula" supercelulei, ce se formează datorită curențiilor ascendenți foarte puternice, care ridic norii celulei, puțin peste nicovala supercelulei,
- durata de viață relativ mare de 1-2 ore, dar în majoritatea cazurilor, au o longevitate și mai mare, iar in timpul lor de viață pot parcurge distanțe considerabile (uneori chiar și sute de km).
- despărțirea supercelulei in 2 supercelule separate, insă neidentice ca mărime și cu rotații opuse. În general, după despărțirea supercelulei inițiale în 2 celule noi, supercelula mai mica se dezintegreaza în scurt timp (insa uneori nu). În cazuri mai rare, supercelula regenerată (care a supraviețuit despărrțirea), atinge din nou stadiul matur, cănd procesul de despărțire se poate repeta. Foarte rar, o supercelula în ciclul său de viață, se desparte și se regenerează în rânduri repetate. Acest feonomen are loc, când parametrii necesare în formarea supercelulei sunt suficente pe toată durată de viață a celulei, adică pe distante relativ mari. Tot în condiții favorabile se întâmpla faptul că ambele celule supraviețuiesc și î-și continuă drumul, în direcții diferite.
Supercelulele au 3 subtipuri:
a.) LP SC (Low Precipitation SuperCell), adică supercelule care dau precipitații mai slabe, sau uneori nu dau deloc. Aceste celule LP se formează în condiții de labilitate mare, dar în umiditate mult mai sczută.
b.) SC normală (clasic) se produce, când parametrii necesari pt. formarea supercelulei sunt în echilibru.
c.) HP SC (High Precipitation SuperCell), adică supercelule care dau precipitații abundente. Pe lângă vânturile de forfecare și labilitate, în atmosferă există o umiditate foarte ridicată. Aceste celule produc inundații mari.
Furtunile supercelulare de fapt sunt furtuni monocelulare, dar cu potențial distrugător mult mai mare! Uneori furtunile supercelulare apar solitare (singuri), dar pot apărea și grupate, sau incluse în sistemele de furtuni (împreună cu structuriile multicelulare). În majoritatea cazurilor, furtunile supercelulare, produc unele, -sau mai rar- toate fenomenele meteo severe:
- ploi abundente (torențiale): în afară de tipul LP SC, aceste supercelule produc precipitații însemnat cantitativ (au capaciatea, de a trage sus o mare cantitate de aer umed, pe care în scurt timp îl pot vărsa înapoi pe sol).
- grindină significantă: ascensiunile foarte puternice din supercelule, favorizază mai mult producerea bucățiilor foarte mari de gheață. În supercelule forța de susținere a bucățiilor de gheață este mult mai mare și mai îndelungată. Astfel bucățiile de gheață au timp mai mult să crească în diametru. În cazuri extreme, aceste bucăți de gheață, pot atinge cote extreme (de 5-10 cm, dar în SUA apar și cote mai mari). După o creștere îndelungată, greutatea bucății de gheață depășește forța de susținere a aerului și încep să cadă jos. Astfel se formează grindina.
- vânturi puternice (downburst): acest fenomen apare la toate tipurile de SC și sunt produse de curenții descendenți puternici, care atingând solul, se propag în toate direcțiile, producând astfel rafale de vânturi.
- trombe și tornade: cănd rotația supercelulei e foarte puternică, la baza celulei se formează o structură în formă de cârlig (hook echo), din care în condiții extreme, se formează o pâlnie de aer, care încet-încet coboară spre sol. Dacă această ”pâlnie” nu atinge solul, vorbim de TROMBĂ, dar dacă vârtejul de aer atinge solul, de acolo trace sus praf, care face vizibil vârtejul. Din momentul atingerii pământului (touchdown), deja vorbim de TORNADĂ. Uneori tornadele se formează pe deasupra apelor deschise. În acest caz, tornadele trag sus apă și au un aspect mai transparent. Tornadele produc cele mai mari distrugeri la nivelul solului, devenind cel mai distrugător (dar în același timp și cel mai frumos și spectaculos) fenomen convectiv sever...
PARAMETRII NECESARI ÎN FORMAREA FURTUNILOR
1. Labilitatea: reprezintă capacitatea interschimbabilității maselor de aer, generat și facilitat de diferențele de temperatura, între două straturi (nivele) ale atmosferei. Deci, cu cât difernța de temperatură între două straturi din atmosferă este mai mare, cu atât masele de aer pot face mișcări ascendente, sau descendente mai usor. Foarte simplificat putem spune, că labilitatea este proporțional cu diferența de temperatură între straturile atmosferei (bineînțeles doar în anumite zone respective).
- Labilitatea atmosferei este exprimată prin câțiva parametri, dintre care cel mai important este indexul CAPE (Convective Available Potential Energy), adică energia convectivă potențial disponibilă. În modelele meteorologice, indexul CAPE apare exprimat în J/kg. La noi în țară, valori de peste 1000 J/kg deja pot prevesti furtuni puternice. În SUA, uneori apar și valori extreme, de peste 5000 J/kg!
- Un alt parametru pentru reprezentarea labilității, este indexul de ridicare, LI (Lifted Index) . Valorile LI favorabile în formarea furtunilor, sunt exprimate prin valori cât mai negative (adică sub zero, de la -1, -2, până la -6, -8. În SUA, rareori apar și valori de -12, -14).
- Se mai folosește și indexul Thompson, TI (Thompson Index), care pe lângă condițiile de labilitate, se mai referă și la condițiile de umiditate. Valori de peste 30, prezint șanse bune la furtuni.
- În unele cazuri, mai folosim și indexul CIN (Convective INhibition), adică inhibiția convectivă. Acest index, este opusul indexului CAPE și este exprimat tot prin J/kg. Prezența indexului CIN, asumă prezența unui strat subțire, între două nivele din atmosferă, care împiedică (inhibă) convecția. Acest strat inhibitor se poate învinge doar printr-un aport de energie. Când condițiile sunt favorabile, acest aport (surplus) de energie este ușor de realizat, dar în condiții mult mai slabe, prezența stratului inhibitor anulează orice șansă la furtuni...