Πολυκυτταρικές καταιγίδες: Πώς δημιουργούνται και τι προκαλούν

Πολυκυτταρικές καταιγίδες: Πώς δημιουργούνται και τι προκαλούν

Η καταιγίδα, σαν γενικότερη έννοια, είναι ένα από τα πιο έντονα και βίαια ατμοσφαιρικά φαινόμενα. Χαρακτηρίζεται από τις έντονες βροχές, το χαλάζι, τους ριπαίους ανέμους και τις ηλεκτρικές εκκενώσεις/κεραυνούς, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να συνοδεύεται και από σίφωνες/ανεμοστρόβιλους. Όλες οι καταιγίδες έχουν να κάνουν με την τεράστια, κατακόρυφη μεταφορά αέριων μαζών μέσα στο κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας. Kάτι τέτοιο είναι χαρακτηριστικό του σωρειτομελανία (cumulonimbus), του οποίου οι κορυφές μπορούν να φτάσουν σε τεράστια ύψη (άνω των 13km).

Οι καταιγίδες, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά τους, μπορούν να χωριστούν σε διάφορες κατηγορίες όπως:

  1. Mονοκυτταρική καταιγίδα (single cell thunderstorm)
  2. Πολυκυτταρική καταιγίδα (multicell thunderstorm)
  3. Υπερκυτταρική καταιγίδα (supercell thunderstorm)

Σε αυτό το άρθρο θα ασχοληθούμε με τις πολυκυτταρικές καταιγίδες. Αυτού του είδους καταιγίδες, αποτελούνται μία ομάδα μονοκυτταρικών καταιγίδων οι οποίες, όμως, βρίσκονται σε διαφορετικό στάδιο ζωής και το κάθε κύτταρο παίρνει την σειρά του ως το πιο κυρίαρχο.

Όπως προαναφέραμε στο άρθρο για τις μονοκυτταρικές καταιγίδες, ένα περιβάλλον με αδύναμη κατακόρυφη διάτμηση ανέμου (weak vertical wind shear), από 0 – 6 χιλιόμετρα συνήθως, χαρακτηρίζεται από αδύναμους ανέμους στα χαμηλά και μεσαία επίπεδα της τροπόσφαιρας, οι οποίοι δεν καταφέρνουν να συγκρατήσουν το ριπαίο μέτωπο (gust front) που δημιουργείται από μία μονοκυτταρική καταιγίδα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το ριπαίο μέτωπο να μετακινείται αρκετά γρήγορα και μακριά από το σημείο πτώσης των καθοδικών ρευμάτων (downdrafts) στην επιφάνεια, με αποτέλεσμα τα ανοδικά ρεύματα (updrafts) της καταιγίδας να χάνουν την πρόσβασή τους σε πιο θερμό και υγρό αέρα και εν τέλει η καταιγίδα να εξασθενεί σε μικρό χρονικό διάστημα.

Όταν, όμως, το μέγεθος της κατακόρυφης διάτμησης ανέμου από 0 – 6 χιλιόμετρα είναι μεγαλύτερο από 20 κόμβους (knots) και μικρότερο από 35-40 κόμβους (μέτρια διάτμηση), το ριπαίο μέτωπο συγκρατείται παραπάνω και αυτό ευνοεί τη δημιουργία νέων καταιγίδων, με αποτέλεσμα να έχουμε την εξέλιξη πολυκυτταρικών καταιγίδων. H δημιουργία νέων καταιγίδων κατά μήκος του ριπαίου μετώπου, έχει μεγάλο αντίκτυπο στη διάρκεια ολόκληρης της καταιγίδας αφού, παρόλο που το κάθε ανεξάρτητο κύτταρο έχει διάρκεια ζωής 30-60 λεπτά, οι πολυκυτταρικές καταιγίδες μπορούν να διαρκέσουν για όση ώρα το ριπαίο μέτωπο ανυψώνει θερμό και πιο υγρό αέρα μέσα στην καταιγίδα. Να τονίσουμε ότι ταυτόχρονα, οι τιμές του CAPE (διαθέσιμη ενέργεια για ανωμεταφορά), για να έχουμε τη δημιουργία πολυκυτταρικών καταιγίδων, πρέπει να είναι μεγαλύτερες από 1000 J/kg, αν και πολυκυτταρικές καταιγίδες καμιά φορά παρατηρούνται και με λίγο χαμηλότερες τιμές.

Tα κύρια φαινόμενα που συνοδεύουν μία πολυκυτταρική καταιγίδα, είναι οι πολύ ισχυρές βροχοπτώσεις που μπορούν να προκαλέσουν πλημμύρες, οι συχνές ηλεκτρικές εκκενώσεις, οι ισχυροί ριπαίοι άνεμοι, αλλά και το χαλάζι που μπορεί να ξεπεράσει τα 2 cm σε διάμετρο.

Πιο κάτω θα εξηγήσουμε πιο αναλυτικά πως συντηρείται αυτό το σύμπλεγμα καταιγίδων.

Εννοιολογικό μοντέλο μιας πολυκυτταρικής καταιγίδας:

Πριν αναλύσουμε το εννοιολογικό μοντέλο μίας πολυκυτταρικής καταιγίδας, θα πρέπει να τονίσουμε ότι αυτό το σύμπλεγμα καταιγίδων αναπτύσσεται με τον ίδιο τρόπο όπως με τις μονοκυτταρικές καταιγίδες. Βάσει του πιο πάνω, ας θεωρήσουμε ότι μία ιδανική πολυκυτταρική καταιγίδα είναι σε εξέλιξη, όπως μπορείτε να δείτε στην πιο κάτω εικόνα. Στα αριστερά υπάρχει ένα ρολόι, το οποίο βρίσκεται σε χρόνο 0 και το κάθε ανεξάρτητο κύτταρο βρίσκεται σε διαφορετικό στάδιο ζωής. Το κύτταρο 1 βρίσκεται ήδη στη φάση διάλυσης, το κύτταρο 2 έχει φτάσει στη φάση ωρίμανσης ενώ τα κύτταρα 3 και 4 βρίσκονται σε διαφορετικό στάδιο στη φάση ανάπτυξης.

Ιδανική κατακόρυφη τομή μίας πολυκυτταρικής καταιγίδας. Σε αυτή τη χρονική στιγμή, το κύτταρο με τον αριθμό 1 βρίσκεται ήδη στη φάση διάλυσης, το κύτταρο με τον αριθμό 2 έχει φτάσει στη φάση ωρίμανσης ενώ τα κύτταρα με τον αριθμό 3 και 4 βρίσκονται σε διαφορετικό στάδιο στη φάση ανάπτυξης.

Στην επόμενη εικόνα βλέπετε την εξέλιξη της ίδιας καταιγίδας μετά από 10 λεπτά. Σε αυτή την ιδανική περίπτωση, το ριπαίο μέτωπο (μπλε γραμμή) δημιουργεί νέα «κύτταρα» στη νοτιοδυτική πλευρά της καταιγίδας, για το λόγο ότι ανυψώνει θερμό και πιο υγρό αέρα στο επίπεδο ελεύθερης ανωμεταφοράς (LFC). Περισσότερες λεπτομέρειες για το τι είναι το επίπεδο ελεύθερης ανωμεταφοράς (LFC), μπορείτε να βρείτε στο άρθρο μας για τις μονοκυτταρικές καταιγίδες. Καθώς η κάθε καταιγίδα ωριμάζει, αυτή αντικαθιστά τη γειτονική καταιγίδα που βρίσκεται στη φάση διάλυσης και προχωράει μακρύτερα (συνήθως προς τα βορειοανατολικά). Για παράδειγμα, το κύτταρο 3 έχει αντικαταστήσει το κύτταρο 2 σαν το κύτταρο που βρίσκεται στη φάση ωρίμανσης, 10 λεπτά αργότερα. Αυτό διακρίνεται από την παρουσία ενός ανοδικού και καθοδικού ρεύματος στο κύτταρο 3, σε σχέση με το κύτταρο 2 που έχει μόνο καθοδικό ρεύμα. Λόγω της συγκράτησης του ριπαίου μετώπου, το οποίο συνεχώς δημιουργεί νέες καταιγίδες, οι συνθήκες είναι κατάλληλες για μία οργανωμένη πολυκυτταρική καταιγίδα μεγάλης διάρκειας.

Ιδανική κατακόρυφη τομή μίας πολυκυτταρικής καταιγίδας, 10 λεπτά αργότερα. Σε αυτή τη χρονική στιγμή, το κύτταρο 3 έχει αντικαταστήσει το κύτταρο 2, σαν το κύτταρο που βρίσκεται στην φάση ωρίμανσης, ενώ ήδη το κύτταρο 4 παίρνει σειρά για να αντικαταστήσει το κύτταρο 3, όταν αρχίσει η διάλυσή του

Μετά από 20 λεπτά το κύτταρο 3 έχει φτάσει στη φάση διάλυσης, αφού παρατηρείται μόνο καθοδικό ρεύμα, το κύτταρο 4 πλησιάζει στη φάση ωρίμανσης ενώ το κύτταρο 5 περιμένει στη σειρά, καθώς αναπτύσσεται κατά μήκος του ριπαίου μετώπου. Η διαδικασία αυτή μπορεί να συνεχιστεί για ώρες, καθώς νέες καταιγίδες συνεχίζουν να δημιουργούνται κατά μήκος του συγκρατημένου ριπαίου μετώπου, ενώ τα πιο παλιά κύτταρα διαλύονται.

Ιδανική κατακόρυφη τομή μίας πολυκυτταρικής καταιγίδας, 20 λεπτά αργότερα. Σε αυτή τη χρονική στιγμή, το κύτταρο 4 έχει αντικαταστήσει το κύτταρο 3, σαν το κύτταρο που βρίσκεται στη φάση ωρίμανσης, ενώ ήδη το κύτταρο 5 παίρνει σειρά για να αντικαταστήσει το κύτταρο 4, όταν αρχίσει η διάλυσή του.

Να σημειώσουμε και πάλι ότι οι πιο πάνω εικόνες αποτελούν μία ιδανική περίπτωση και πως στην πραγματικότητα, η εξέλιξη μίας πολυκυτταρικής καταιγίδας δεν είναι πάντα τόσο εύτακτη. Το κύριο συμπέρασμα όμως, είναι πως το ριπαίο μέτωπο που σχετίζεται με μία πολυκυτταρική καταιγίδα, συνεχώς δημιουργεί νέα κύτταρα (συνήθως στη νοτιοδυτική πλευρά της καταιγίδας). Τα νέα ανοδικά ρεύματα είναι ξεχωριστά και δημιουργούνται εκεί όπου η ανύψωση από το ριπαίο μέτωπο είναι αρκετά δυνατή για να υπερισχύσει του τοπικού σημείου παρεμπόδισης ανωμεταφοράς (Convective Inhibition ή CIN). Με άλλα λόγια, οι αντίστοιχοι πυργοσωρείτες που σχετίζονται με νέα ανοδικά ρεύματα, ξεχωρίζουν από τους «γείτονές» τους. Κατά μήκος του ριπαίου μετώπου, ο πιο καινούριος πυργοσωρείτης δημιουργείται στην πιο μακρινή απόσταση από τον πιο παλιό πυργοσωρείτη (ο οποίος, πιθανότατα, βρίσκεται στη φάση διάλυσης). To κλειδί όμως για τη συντήρηση των πολυκυτταρικών καταιγίδων, είναι η «συγκράτηση» του ριπαίου μετώπου, το οποίο ευνοεί τη δημιουργία νέων καταιγίδων κατά μήκος του, κάτι στο οποίο σημαντικό ρόλο παίζει η μέτρια κατακόρυφη διάτμηση ανέμου και την οποία θα εξερευνήσουμε πιο κάτω.

Ο ρόλος της κατακόρυφης διάτμησης ανέμου:

Καθώς η κατακόρυφη διάτμηση ανέμου αυξάνεται, τότε και οι άνεμοι που πνέουν προς την καταιγίδα αυξάνονται. Στο πλαίσιο των μεμονωμένων πολυκυτταρικών καταιγίδων, η συνιστώσα των ανέμων που πνέουν προς την καταιγίδα και που φυσάει προς το ριπαίο μέτωπο, συνήθως γίνεται εντονότερη. Λόγω της εντονότερης συνιστώσας, η πυκνή και πιο ψυχρή από τη βροχή εκροή αέρα, αντιμετωπίζει μεγαλύτερη αντίσταση και έτσι δεν μπορεί να προχωρήσει μακριά από το σημείο πτώσης των καθοδικών ρευμάτων, όπως συμβαίνει στις μονοκυτταρικές καταιγίδες. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ότι η πολυκυτταρική καταιγίδα δεν χάνει την πρόσβασή της σε θερμό, πιο υγρό αέρα κι έτσι το ριπαίο μέτωπο ξεκινάει τη δημιουργία νέων καταιγίδων. Τα πιο πάνω παρουσιάζονται στην πιο κάτω εικόνα.

Ο ρόλος της κατακόρυφης διάτμησης ανέμου σε μία πολυκυτταρική καταιγίδα

Κίνηση των πολυκυτταρικών καταιγίδων:

Σε αντίθεση με τις μονοκυτταρικές καταιγίδες, πρέπει να μας ανησυχούν περισσότερα πράγματα από το μέσο άνεμο στο στρώμα των νεφών, όταν ασχολούμαστε με την κίνηση των πολυκυτταρικών καταιγίδων. Όπως και στις υπόλοιπες καταιγίδες, 2 είναι τα κύρια συστατικά που ρυθμίζουν την κίνησή τους: η οριζόντια μεταφορά από το μέσο άνεμο στο στρώμα των νεφών (advection by the mean-cloud layer wind) και η διάδοση (propagation) της καταιγίδας, που είναι ένα συστατικό της κίνησης προς την περιοχή όπου νέα ανοδικά ρεύματα δημιουργούνται. Σε ένα αδύναμο περιβάλλον διάτμησης, η συνιστώσα της διάδοσης είναι συνήθως 0, οπότε οι μονοκυτταρικές καταιγίδες συνηθίζουν να κινούνται βάσει του μέσου ανέμου στο στρώμα των νεφών.

Για άλλα είδη καταιγίδων όπως είναι οι πολυκυτταρικές, η συνιστώσα της διάδοσης συνεισφέρει σε μεγάλο βαθμό στην κίνηση της καταιγίδας. Στις πολυκυτταρικές καταιγίδες, η εξέλιξη νέων καταιγίδων από το συγκρατημένο ριπαίο μέτωπο, σημαίνει πως ο μέσος άνεμος στο στρώμα των νεφών δεν ρυθμίζει εντελώς την κίνησή τους. Ομολογουμένως, το κάθε ξεχωριστό κύτταρο που εμπεριέχεται στις πολυκυτταρικές καταιγίδες, συνηθίζει να κινείται με το μέσο άνεμο στο στρώμα των νεφών, ο οποίος σε πολλές περιπτώσεις είναι νοτιοδυτικός (η μέση διεύθυνση ανέμου μεταξύ των 850 mb και 300 mb είναι νοτιοδυτική). Σε ένα τέτοιο κλασικό μοτίβο, η δημιουργία νέων κυττάρων (νέων ανοδικών ρευμάτων) στη νοτιοδυτική πλευρά μίας πολυκυτταρικής καταιγίδας και η διάλυση παλαιότερων κυττάρων στη βορειοανατολική πλευρά της πολυκυτταρικής καταιγίδας, έχουν ως αποτέλεσμα η διάδοση της καταιγίδας να γίνεται προς τα δεξιά του μέσου ανέμου στο στρώμα των νεφών.

Στην κεντρική εικόνα βλέπετε μία πολυκυτταρική καταιγίδα η οποία τραβήχτηκε στην Λευκωσία κοιτάζοντας προς Μεσαορία από τον Ραφαήλ Μιχαηλίδη.

Για συνεχή ενημέρωση, μπορείτε να κάνετε LIKE και FOLLOW στη σελίδα μας στο Facebook, καθώς και subscribe στην ιστοσελίδα μας και στο κανάλι μας στο You Tube για άμεση ενημέρωση για τον καιρό

*Το άρθρο αυτό περιέχει πληροφορίες και εικόνες από το Penn State University της Αμερικής.