Dông bão và các hệ thống đối lưu

Từ một đám mây cao chót vót đến các tổ hợp rộng lớn trải dài khắp các bang, dông bão là động cơ của khí quyển tạo ra sự đối lưu dữ dội, sét, mưa lớn và thời tiết khắc nghiệt.

Definition

Dông bão là một cơn bão đối lưu tạo ra sét và sấm sét, và một hệ thống đối lưu là một tập hợp có tổ chức của các cơn bão như vậy; cùng với nhau, chúng bao gồm từ các tế bào đơn lẻ tồn tại trong thời gian ngắn đến các hệ thống đối lưu quy mô trung bình tồn tại lâu dài.

Scope

Chủ đề này bao gồm cấu trúc và vòng đời của dông bão và sự tổ chức của chúng thành các hệ thống đối lưu đơn bào, đa bào, đường giông và các hệ thống đối lưu quy mô trung bình lớn hơn, bao gồm vai trò của luồng khí đi lên, luồng khí đi xuống, khối khí lạnh và sự đứt gãy gió.

Core questions

• Các giai đoạn trong vòng đời của một cơn dông bão thông thường là gì?
• Sự đứt gãy gió tổ chức các cơn bão thành các hệ thống đa bào và đường giông như thế nào?
• Các khối khí lạnh và mặt trước gió giật đóng vai trò gì trong việc duy trì đối lưu?
• Các hệ thống đối lưu quy mô trung bình phát triển và tồn tại như thế nào?

Key theories

Vòng đời của dông bão

Một tế bào thông thường phát triển qua giai đoạn tích tụ đang phát triển, trưởng thành với luồng khí đi lên và luồng khí đi xuống cùng tồn tại và mưa lớn, sau đó tan biến khi luồng khí đi xuống được làm mát bằng mưa cắt đứt dòng chảy vào nuôi dưỡng nó.

Tương tác giữa khối khí lạnh và sự đứt gãy

Khối khí lạnh được làm mát bằng mưa lan rộng ra như một dòng mật độ mà mặt trước gió giật của nó nâng không khí ấm chảy vào, và khi sức mạnh của nó cân bằng với sự đứt gãy môi trường, các tế bào mới liên tục hình thành để duy trì các đường giông.

Mechanisms

Dông bão bắt đầu khi không khí ẩm có tính nổi lên trong một môi trường không ổn định để tạo thành một đám mây đối lưu sâu. Khi mưa phát triển, lực cản và sự làm mát do bay hơi của nó tạo ra một luồng khí đi xuống lan rộng trên bề mặt dưới dạng một khối khí lạnh. Trong điều kiện đứt gãy gió yếu, luồng khí đi xuống này làm tắc nghẽn luồng khí đi lên và tế bào chết đi, nhưng trong điều kiện đứt gãy gió mạnh hơn, mặt trước gió giật dọc theo rìa khối khí lạnh tiếp tục nâng không khí ấm lên, kích hoạt các tế bào mới và tổ chức cơn bão thành các cụm đa bào, đường giông hoặc các hệ thống đối lưu quy mô trung bình mở rộng.

Clinical relevance

Dông bão và các hệ thống đối lưu gây ra lũ quét, gió thẳng gây thiệt hại, mưa đá và sét, và các hệ thống lớn nhất có thể tạo ra thời tiết khắc nghiệt trên diện rộng, vì vậy việc dự đoán sự phát triển và tổ chức của chúng là trọng tâm của dự báo và cảnh báo thời tiết khắc nghiệt.

History

Dự án Dông bão do Byers và Braham dẫn đầu vào cuối những năm 1940, sử dụng máy bay và radar, đã thiết lập bức tranh hiện đại về vòng đời của dông bão; các nghiên cứu radar và thực địa sau đó, được tổng hợp trong các tác phẩm như Cloud Dynamics của Houze, đã tiết lộ sự tổ chức của đối lưu thành các đường giông và các hệ thống đối lưu quy mô trung bình.

Key figures

• Horace Byers
• Roscoe Braham
• Robert Houze

Seminal works

• markowski2010
• houze2014

Frequently asked questions

Tại sao hầu hết các cơn dông bão thông thường kéo dài dưới một giờ?

Trong điều kiện đứt gãy gió yếu, luồng khí đi xuống được làm mát bằng mưa của chính cơn bão lan rộng bên dưới luồng khí đi lên và cắt đứt dòng chảy vào ấm, ẩm nuôi dưỡng nó, do đó một cơn bão đơn bào thông thường nhanh chóng suy yếu và chết đi.

Hệ thống đối lưu quy mô trung bình là gì?

Hệ thống đối lưu quy mô trung bình là một cụm hoặc đường dông bão lớn, có tổ chức hoạt động như một hệ thống đơn lẻ tồn tại lâu dài, thường rộng hàng trăm kilômét, có khả năng tạo ra mưa lớn trên diện rộng và thời tiết khắc nghiệt trong nhiều giờ.