Υπερκυτταρικές καταιγίδες: Πώς δημιουργούνται και τι προκαλούν

Υπερκυτταρικές 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).

Όλες οι καταιγίδες περνούν από 3 στάδια:

  1. To στάδιο ανάπτυξης
  2. Τo στάδιο ωρίμανσης
  3. Το στάδιο διάλυσης

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)

Συγκεκριμένα, σε αυτό το άρθρο θα ασχοληθούμε με τις υπερκυτταρικές καταιγίδες, λόγω και των πρόσφατων γεγονότων στη Χαλκιδική, αλλά και λίγο παλαιότερα και στην Κύπρο, για τα οποία μπορείτε να διαβάσετε εδώ και εδώ. Οι υπόλοιπες κατηγορίες θα αναλυθούν σε μεταγενέστερα άρθρα.

Oι υπερκυτταρικές καταιγίδες (Supercell thunderstorms) αποτελούν την πιο βίαιη κατηγορία καταιγίδας από αυτές που αναφέραμε πιο πάνω και χωρίζονται σε 3 υποκατηγορίες:

  1. Κλασική υπερκυτταρική καταιγίδα (Classic Supercell ή CLS)
  2. Χαμηλού υετού υπερκυτταρική καταιγίδα (Low Precipitation Supercell ή LP Supercell)
  3. Υψηλού υετού υπερκυτταρική καταιγίδα (High Precipitation Supercell ή HP Supercell)

Οι υπερκυτταρικές καταιγίδες έχουν διάρκεια από 1-4 ώρες κυρίως αλλά, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, μπορούν να διαρκέσουν και περισσότερο (μέχρι και 8 ώρες). Τέτοιες καταιγίδες χαρακτηρίζονται από ένα έντονο και επίμονο περιστρεφόμενο ανοδικό ρεύμα αέρα (μεσοκυκλώνα), δηλαδή έναν κατακόρυφο στρόβιλο αέρα με διάμετρο περίπου 5-10 χιλιόμετρα εντός της καταιγίδας, το οποίο πρέπει να διαρκέσει για αρκετή ώρα (περίπου 20 λεπτά το λιγότερο) και ταυτόχρονα να καλύπτει κάθετα, τουλάχιστον το ήμισυ του βάθους του νέφους της καταιγίδας. Οι υπερκυτταρικές καταιγίδες σχετίζονται με μέτρια έως ισχυρή κατακόρυφη διάτμηση ανέμου (άνεμοι που παρουσιάζουν μεγάλες αλλαγές στην κατεύθυνση αλλά και την ταχύτητά τους σε μικρό χρονικό διάστημα) από 0 έως 6 χιλιόμετρα ύψος (vertical wind shear), στροβιλισμό (helicity), αλλά επίσης και από μέτριο έως υψηλό CAPE (διαθέσιμη δυναμική ενέργεια για ανωμεταφορά).

Συνήθως, για τη δημιουργία των υπερκυτταρικών καταιγίδων, οι τιμές της διάτμησης ανέμου από 0 έως 6 χιλιόμετρα πρέπει να φτάνουν ή και να ξεπερνούν κυρίως τoυς 35-40 κόμβους (knots) και οι τιμές CAPE να φτάνουν ή και να ξεπερνούν τα 1000 J/Kg. Παρόλα αυτά, οι τιμές αυτές δεν είναι πάντα απόλυτες. Για παράδειγμα, υπάρχει η πιθανότητα να σχηματιστεί υπερκυτταρική καταιγίδα με τιμές CAPE μικρότερες από 1000 J/Kg, εάν υπάρχει η απαιτούμενη διάτμηση ανέμου. Ωστόσο, σε περίπτωση που η διάτμηση ανέμου είναι πολύ ισχυρή, αποτρέπεται η εκδήλωση καταιγίδας. Να σημειώσουμε πως, όταν η βάση των καταιγίδων είναι «ψηλή» και το νέφος της καταιγίδας φτάνει σε μεγάλα ύψη, τα πιο πάνω στοιχεία που αναφέραμε διαμορφώνονται αναλόγως. Κάποτε τα προγνωστικά μοντέλα αδυνατούν να προβλέψουν με ακρίβεια αυτές τις τιμές ή είναι οριακές, καθιστώντας αβέβαιη την πρόγνωση του είδους της καταιγίδας. Το καλύτερο εργαλείο είναι τα στοιχεία τα οποία συλλέγονται από ραδιοβολίσεις.

Πιο κοντά στο έδαφος, η παρουσία του μεσοκυκλώνα που αναφέραμε πιο πάνω, γίνεται ορατή από το λεγόμενο «wall cloud», το οποίο είναι μία τοπική μείωση της βάσης των νεφών. Υπάρχουν όμως περιπτώσεις που κάτι τέτοιο μπορεί και να μην παρατηρηθεί σε μία υπερκυτταρική καταιγίδα. Επίσης, οι υπερκυτταρικές καταιγίδες παρουσιάζουν μοναδικά χαρακτηριστικά όσον αφορά τις ανοδικές και καθοδικές κινήσεις (updrafts and downdrafts) που παρατηρούνται σε σχέση με άλλα είδη καταιγίδων. Στην πιο κάτω εικόνα φαίνεται ξεκάθαρα ο ρόλος της μεγάλης, κατακόρυφης διάτμησης ανέμου. Τα σωματίδια υετού παρασύρονται προς τα πάνω, μέσα στα περιστρεφόμενα updrafts και οδηγούνται μακριά από αυτά, λόγω των έντονων ανέμων, στα ψηλότερα ύψη της τροπόσφαιρας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ο υετός να πέφτει ανατολικά/βορειοανατολικά από το updraft. Αυτή η κατακρήμνιση προάγει το downdraft (καθώς ο υετός πέφτει, τα σταγονίδια βροχής «σέρνουν» μαζί τους αέρα προς τα κάτω), κάτι που ονομάζεται «Forward-flank downdraft ή FFD». Στο FFD παρατηρείται και η περισσότερη έντονη βροχόπτωση μέσα σε μία υπερκυτταρική καταιγίδα. Λόγω του ότι ο υετός έχει παρασυρθεί μακριά από το κύριο updraft και επειδή το updraft και το FFD διαχωρίζονται, τότε οι υπερκυτταρικές καταιγίδες μπορούν να έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής.

O μεσοκυκλώνας αρχικά αναπτύσσεται στην μέση τροπόσφαιρα και μετά αναπτύσσεται προς τα πάνω και προς τα κάτω καθώς η υπερκυτταρική καταιγίδα αρχίζει να δημιουργείται. Τα καφέ τόξα δείχνουν την σχετική ροή του αέρα της καταιγίδας στο updraft σε χαμηλά επίπεδα αλλά και προς τα έξω, μακριά από το updraft, σε μεγαλύτερα υψόμετρα.

Τα περιστρεφόμενα updrafts σε υπερκυτταρικές καταιγίδες, όπως αναφέραμε και πιο πάνω, είναι πολύ έντονα και μπορούν να φτάσουν ταχύτητες μέχρι και 50 μέτρα ανά δευτερόλεπτο (~180 km/h). Σε μία τυπική, λοιπόν, υπερκυτταρική καταιγίδα, λόγω του ότι τα updrafts είναι τόσο ισχυρά, συνήθως δεν αφήνουν τη βροχόπτωση να πέσει πίσω στο έδαφος, με αποτέλεσμα η περιοχή του updraft να είναι ορατή μέσα από μία εικόνα ραντάρ με πολύ μικρή αντανακλαστικότητα, γνωστή και ως «Βounded Weak Echo Region (BWER)», όπως βλέπετε πιο κάτω.

H διατομή μίας υπερκυτταρικής καταιγίδας που χτύπησε την Νότια Ντακότα στις 13 Ιουλίου 2009. Η περιοχή του updraft είναι ορατή λόγω της πολύ χαμηλής αντανακλαστικότητας, κάτι το οποίο ονομάζεται Bounded Weak Echo Region.

Αυτό όμως που μπορούμε να διακρίνουμε από την πιο πάνω φωτογραφία είναι ότι, εκτός από την περιοχή του FFD (όπου παρατηρείται και η εντονότερη βροχόπτωση), υπάρχει ακόμα μία περιοχή με υετό, η οποία ονομάζεται «Rear-flank downdraft ή RFD». Άρα, οι υπερκυτταρικές καταιγίδες έχουν 2 ξεχωριστές περιοχές υετού, κάτι που είναι εμφανές στην πιο κάτω εικόνα. Στα δεξιά μπορείτε να δείτε το FFD region, ενώ στα αριστερά το RFD region. Πώς γίνεται όμως η καταιγίδα να έχει 2 ξεχωριστές περιοχές υετού; Αυτό έχει να κάνει με τον μεσοκυκλώνα, ο οποίος στα μεσαία στρώματα της τροπόσφαιρας αποτελείται εξ’ ολοκλήρου από updrafts, ενώ στα κατώτερα στρώματα αποτελείται από ένα μέρος updrafts και ένα μέρος downdrafts. Γι’ αυτό και λέγοντας πως ο μεσοκυκλώνας είναι εξ’ ολοκλήρου ένα updraft, δεν είναι τεχνικά 100% σωστό.

Μία υπερκυτταρική καταιγίδα με 2 ξεχωριστές περιοχές υετού από το Κάνσας, τον Ιούνιο του 2004. Στα δεξιά φαίνεται το Forward Flank Downdraft ενώ στo κέντρο φαίνεται το Rear Flank Downdraft.
Φωτογραφία από: Mike Umscheid

Ενώ οι πλείστες καταιγίδες κινούνται ανάλογα με την κατεύθυνση του ανέμου που επικρατεί στη μέση τροπόσφαιρα (1.5 – 6 km), οι υπερκυτταρικές καταιγίδες ως επί το πλείστον κινούνται προς τα δεξιά της κατεύθυνσης του ανέμου που επικρατεί στη μέση τροπόσφαιρα και μπορούν να παρεκκλίνουν μέχρι και 120º από αυτή την κατεύθυνση. Αυτό παρατηρείται λόγω της πολύ γρήγορης ανόδου του αέρα στα ανοδικά ρεύματα της καταιγίδας, ο οποίος αλληλοεπιδρά με τον οριζόντιο άνεμο (ο οποίος αυξάνεται καθ’ ύψος), με αποτέλεσμα τη δημιουργία κατακόρυφων βαροβαθμίδων. Αυτές, μπορούν να «δημιουργήσουν» νέα ανοδικά ρεύματα στη δεξιά μεριά της καταιγίδας και γι’ αυτό οι καταιγίδες κινούνται προς τα δεξιά της κατεύθυνσης του ανέμου που επικρατεί στη μέση τροπόσφαιρα. Η κίνηση των υπερκυτταρικών καταιγίδων μπορεί να είναι και αριστερή της κατεύθυνσης του ανέμου που επικρατεί στη μέση τροπόσφαιρα, αλλά η διαδικασία αυτή είναι πιο περίπλοκη. Να σημειώσουμε ότι, όταν μία υπερκυτταρική καταιγίδα διαιρεθεί σε 2 κομμάτια, τότε το ένα κομμάτι θα έχει αυτή την δεξιά κατεύθυνση ενώ το άλλο κομμάτι θα έχει αριστερή κατεύθυνση.

Βάσει όλων όσων αναφέρθηκαν στο πιο πάνω κείμενο, μπορούμε να παρουσιάσουμε ένα «ιδανικό» μοντέλο μίας υπερκυτταρικής καταιγίδας στο πιο κάτω σχήμα.

Ένα «ιδανικό» μοντέλο μίας υπερκυτταρικής καταιγίδας.

Αυτό το μοντέλο αποτελεί και την κλασική υπερκυτταρική καταιγίδα (Classic Supercell ή CLS), η οποία μπορεί να αναγνωριστεί σε μία εικόνα ραντάρ και από τη χαρακτηριστική ηχώ σχήματος αγγιστριού ή γάντζου (hook echo). Η ύπαρξη ενός hook echo είναι «συνώνυμη» με την περιστροφή της καταιγίδας, μας υποδηλώνει δηλαδή την ύπαρξη μεσοκυκλώνα.

Πώς φαίνεται το χαρακτηριστικό hook echo σε μία υπερκυτταρική καταιγίδα από εικόνα ραντάρ Ντόπλερ. Η εικόνα είναι από ραντάρ στην Αμερική.

Τα ραντάρ καιρού Ντόπλερ έχουν τη δυνατότητα να ανιχνεύουν καταιγίδες υπερκύτταρα οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν ανεμοστρόβιλους, έως και 20 – 30 λεπτά πριν αυτοί δημιουργηθούν. Ο έντονος στροβιλισμός του μεσοκυκλώνα μπορεί να ανιχνευτεί βλέποντας τα λεγόμενα «storm-relative velocities», όπου παρατηρούνται διπλές ταχύτητες ανέμων (velocity couplet). Τέτοιες εικόνες παρέχονται από τα ραντάρ του τμήματος Μετεωρολογίας.

Πώς φαίνεται το χαρακτηριστικό hook echo αλλά και το velocity couplet. Η εικόνα είναι από ραντάρ στην Αμερική.

Όσον αφορά τα φαινόμενα που μπορεί να προκαλέσουν οι κλασικές υπερκυτταρικές καταιγίδες, αυτά είναι οι έντονες βροχοπτώσεις, το χαλάζι μεγάλης διαμέτρου (το οποίο μπορεί να ξεπερνά κατά πολύ τα 5 cm, λόγω των πολύ έντονων ανοδικών ρευμάτων που κρατάνε το χαλάζι μέσα στο νέφος, με αποτέλεσμα τη συνεχή αύξηση του μεγέθους του) και οι πολύ ισχυροί άνεμοι στην επιφάνεια, που μπορούν να προκαλέσουν σοβαρές ζημιές και καταστροφές. Επίσης, περίπου το 20-30% των υπερκυτταρικών καταιγίδων είναι ικανές να προκαλέσουν ανεμοστρόβιλους, αλλά ερευνητές έχουν εκτιμήσει ότι οι πιθανότητες μπορεί να είναι ακόμα χαμηλότερες, φτάνοντας μέχρι και το 5%, αναλόγως των προτύπων που υπάρχουν για την επαλήθευση της παρουσίας μεσοκυκλώνα. Να σημειώσουμε ότι η πιθανότητα του 30% έχει να κάνει με τις υπερκυτταρικές καταιγίδες που εκδηλώνονται στην Αμερική, ενώ στην Κύπρο η πιθανότητα αυτή ενδεχομένως να είναι μικρότερη. Εκτός από τα φαινόμενα που αναφέραμε πιο πάνω, οι υπερκυτταρικές καταιγίδες προκαλούν και συχνές ηλεκτρικές εκκενώσεις, με συχνότητες που μπορούν να ξεπεράσουν τις 200 ανά λεπτό. Τα φαινόμενα αυτά εννοείται πως διαφέρουν σε κάποιο βαθμό, αναλόγως και της κατηγορίας της υπερκυτταρικής καταιγίδας που παρατηρείται.

Μία κλασσική υπερκυτταρική καταιγίδα, όπως αυτή τραβήχτηκε στο Κάνσας, τον Ιούνιο του 2005.
Φωτογραφία από: Mike Umscheid

Όσον αφορά τη χαμηλού υετού υπερκυτταρική καταιγίδα (low precipitation supercell ή LP), αυτή παράγει σχεδόν όλη τη βροχόπτωση της στο μπροστινό μέρος της καταιγίδας και η περισσότερη εξατμίζεται πριν να φτάσει στο έδαφος, ενώ στις εικόνες ραντάρ δεν είναι ευδιάκριτο το hook echo (εάν υπάρχει), όπως στις κλασικές υπερκυτταρικές καταιγίδες. Συνήθως οι καταιγίδες αυτές χαρακτηρίζονται από ένα αρκετά μεγάλο πυργοειδές σύννεφο και οι ανεμοστρόβιλοι αποτελούν σχετικά σπάνιο φαινόμενο σε αυτή την κατηγορία (αν και έχουν παρατηρηθεί σύννεφα χοάνες). Παρόλα αυτά, η μετάβαση από χαμηλού υετού υπερκυτταρική καταιγίδα σε κλασική υπερκυτταρική καταιγίδα, αποτελεί το μεγαλύτερο ρίσκο για δημιουργία ανεμοστρόβιλου. Ο κίνδυνος χαλαζόπτωσης παραμένει υπαρκτός.

Μία χαμηλού υετού υπερκυτταρική καταιγίδα κοντά στο Σίδνεϊ της Αυστραλίας, τον Δεκέμβριο του 2004.
Φωτογραφία από: James Harris and Dann Weatherhead

Τέλος, οι υψηλού υετού υπερκυτταρικές καταιγίδες (high precipitation supercell ή HP), παράγουν μεγαλύτερη βροχόπτωση στην περιοχή του hook echo και στο πίσω μέρος του περιστρεφόμενου updraft της καταιγίδας. Η βροχόπτωση που «τυλίγεται» γύρω από το updraft, συνήθως κάνει δύσκολη την οπτική παρατήρηση του και επίσης δεν είναι εμφανές το hook echo σε εικόνα ραντάρ. Οι υψηλού υετού υπερκυτταρικές καταιγίδες έχουν πολύ ισχυρά downdrafts και δεν μπορούν να προκαλέσουν τόσο εύκολα ανεμοστρόβιλους, σε σχέση με τις κλασικές υπερκυτταρικές καταιγίδες (αν και παρατηρούνται). Αξίζει, επίσης, να σημειώσουμε ότι σε αυτού του είδους την κατηγορία, ο ανεμοστρόβιλος δεν μπορεί να γίνει οπτικά ορατός, λόγω του ότι εκδηλώνεται στην περιοχή με την εντονότερη βροχόπτωση. Λόγω και των ισχυρών downdrafts που υπάρχουν, οι υψηλού υετού υπερκυτταρικές καταιγίδες τείνουν να προκαλούν καταστροφικούς οριζόντιους ανέμους στην επιφάνεια (straight line winds). Επίσης, παράγουν χαλάζι μεγάλης διαμέτρου, όπως στις άλλες 2 κατηγορίες.

Μία υψηλού υετού υπερκυτταρική καταιγίδα στην Νεμπράσκα, τον Ιούνιο του 2003.
Φωτογραφία από: Mike Hollingshead

Στην κεντρική εικόνα βλέπετε μία υπερκυτταρική καταιγίδα στην Μοντάνα των Η.Π.Α, η οποία τραβήχτηκε από τον Sean R. Heavey.

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.

Leave a comment

Send a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.