Грозы и конвективные системы

От одиночного высокого облака до обширных комплексов, охватывающих целые штаты, грозы являются атмосферными двигателями интенсивной конвекции, молний, сильных дождей и суровой погоды.

Definition

Гроза — это конвективный шторм, который производит молнии и гром, а конвективная система — это организованное скопление таких штормов; вместе они варьируются от кратковременных одиночных ячеек до долгоживущих мезомасштабных конвективных систем.

Scope

Эта тема охватывает структуру и жизненный цикл гроз и их организацию в одноячейковые, многоячейковые, шквальные линии и более крупные мезомасштабные конвективные системы, включая роль восходящих и нисходящих потоков, холодных бассейнов и сдвига ветра.

Core questions

• Каковы стадии жизненного цикла обычной грозы?
• Как сдвиг ветра организует штормы в многоячейковые и шквальные системы?
• Какую роль играют холодные бассейны и шквальные фронты в поддержании конвекции?
• Как растут и сохраняются мезомасштабные конвективные системы?

Key theories

Жизненный цикл грозы

Обычная ячейка проходит стадию развивающегося кучевого облака, созревает с сосуществующими восходящим и нисходящим потоками и сильным дождем, затем рассеивается, когда охлажденный дождем нисходящий поток перекрывает приток, питавший ее.

Взаимодействие холодного бассейна и сдвига

Охлажденный дождем холодный бассейн распространяется как плотностный ток, чей ведущий шквальный фронт поднимает теплый приточный воздух, и когда его сила уравновешивается сдвигом окружающей среды, непрерывно образуются новые ячейки для поддержания шквальных линий.

Mechanisms

Гроза начинается, когда плавучий влажный воздух поднимается в неустойчивой среде, образуя глубокое конвективное облако. По мере развития осадков их сопротивление и испарительное охлаждение создают нисходящий поток, который распространяется на поверхности в виде холодного бассейна. При слабом сдвиге этот нисходящий поток подавляет восходящий поток, и ячейка умирает, но при более сильном сдвиге шквальный фронт вдоль края холодного бассейна продолжает поднимать теплый воздух, вызывая новые ячейки и организуя шторм в многоячейковые кластеры, шквальные линии или обширные мезомасштабные конвективные системы.

Clinical relevance

Грозы и конвективные системы ответственны за внезапные наводнения, разрушительные прямолинейные ветры, град и молнии, а крупнейшие системы могут вызывать широкомасштабные суровые погодные явления, поэтому прогнозирование их развития и организации является центральным элементом прогнозирования и предупреждения о суровой погоде.

History

Проект «Гроза», возглавляемый Байерсом и Брэхэмом в конце 1940-х годов с использованием самолетов и радаров, установил современную картину жизненного цикла грозы; последующие радиолокационные и полевые исследования, обобщенные в таких работах, как «Динамика облаков» Хауза, выявили организацию конвекции в шквальные линии и мезомасштабные конвективные системы.

Key figures

• Horace Byers
• Roscoe Braham
• Robert Houze

Seminal works

• markowski2010
• houze2014

Frequently asked questions

Почему большинство обычных гроз длится менее часа?

При слабом сдвиге ветра собственный охлажденный дождем нисходящий поток шторма распространяется под восходящим потоком и перекрывает теплый, влажный приток, который его питает, поэтому обычный одноячейковый шторм быстро ослабевает и умирает.

Что такое мезомасштабная конвективная система?

Мезомасштабная конвективная система — это крупное, организованное скопление или линия гроз, которое действует как единая долгоживущая система, часто сотни километров в поперечнике, способная вызывать широкомасштабные сильные дожди и суровую погоду в течение многих часов.