Суперячейки в США и на Украине

Суперячейка – это очень мощная конвективная моноячейка. Процесс её образования и строение сильно отличается от обычных кучево-дождевых облаков. Поэтому это явление представляет большой интерес для учёных.

Интерес состоит в том, что обычная моноячейка при определённых условиях превращается в своеобразного «монстра», который может существовать около 4 – 5 часов практически не меняясь, являясь квазистационарным и генерировать все опасные явления погоды. Диаметр суперячейки может достигать 50 км и более, а её высота часто превышает 10 км. Скорость восходящих потоков внутри суперячейки достигает 50 м/с и даже больше. В результате, часто образуется град, диаметром 10 см и более. Ниже будут рассмотрены условия образования, динамика и структура суперячейки.

Основными факторами, необходимыми для образования суперячейки являются сдвиг ветра (изменение скорости и направления ветра с высотой в слое 0 – 6 км), наличие на низких уровнях струйного течения и сильная нестабильность в атмосфере, когда наблюдается «взрывная конвекция». Первоначально облако имеет характеристики моноячейки с прямыми восходящими потоками тёплого и влажного воздуха, но за тем на некоторой высоте наблюдается сдвиг ветра и (или) струйное течение, которое начинает закручивать по спирали восходящий поток и немного его наклоняет от вертикальной оси. На первом рисунке красной тонкой стрелкой показан сдвиг ветра (струйное течение), широкой стрелкой – восходящий поток. В результате его соприкосновения со струйным течением, он начинает закручиваться по спирали в горизонтальной плоскости. Затем восходящий поток, вращаясь по спирали, постепенно из горизонтального преобразуется в более вертикальный. Это можно наблюдать на втором рисунке. В конечном итоге восходящий поток приобретает почти вертикальную ось. При этом вращение продолжается, и оно настолько мощное, что в итоге пробивает наковальню, образуя над ней купол – возвышающуюся макушку. Появление этого купола свидетельствует о мощных восходящих потоках, которые способны пробить инверсионный слой. Эта вращающаяся колонна является «сердцем» суперячейки и называется мезоциклон. Его диаметр может составлять от 2 до 10 км. Возвышающаяся макушка как раз свидетельствует о наличии мезоциклона.

Большая продолжительность жизни и стабильность суперячейки связана со следующим. Благодаря мезоциклону выпадение осадков происходит чуть в стороне от восходящего потока, а следовательно и нисходящие потоки также наблюдаются в стороне (в основном по обе стороны от мезоциклона). В таком случае оба потока (нисходящий и восходящий) сосуществуют между собой — являются друзьями: опускаясь вниз, первый вытесняет тёплый воздух вверх, а не блокирует его доступ в ячейку, тем самым ещё больше усиливая восходящий поток. А чем мощнее восходящий поток, тем сильнее и осадки, которые вызывают ещё большие нисходящие потоки, которые всё сильнее вытесняют приземный воздух вверх. И если ячейку уподобить колесу, получается, что осадки в такой ситуации, как бы, это колесо раскручивают. Именно в результате этого суперячейка способна существовать в течение многих часов, разрастаясь за это время на десятки км в ширину и длину, порождая крупный град, сильные ливни и часто торнадо. В это время у поверхности земли появляется 3 минифронта: 2 холодных в районе нисходящих потоков, и тёплый в районе восходящих (см. рис №1). То есть появляется миниатюрный циклон, «зародышем» которого как раз и является тот самый мезоциклон. Как было сказано выше, смерчи возникают не только в суперячейках, но и в обычных моно- и мультиячейках. Однако существует главное различие: в суперячейке осадки и торнадо наблюдаются одновременно, а в моно- и мультиячейках – сначала смерч, а потом осадки, причём в том районе, где наблюдался смерч. Это связано с отсутствием явного сдвига в пространстве верхней «кристаллогенной» части облака, и нижней в которую втекает теплый воздух. Кроме того, в суперячейках обычно над вершиной имеется струйное течение, которое выносит вытесненный воздух прочь от облака, в результате чего наблюдается очень вытянутая наковальня (см рис.№1), тогда как в обычной ячейке вытесненный теплым холодный воздух опускается по краям и тем самым дополнительно блокирует «питание». Поэтому смерчи в таких ячейках кратковременны, слабые, и редко бывают на стадии большей чем воронка(funnel cloud).

Нужно отметить, что суперячейки бывают и большие и маленькие, с низкой или высокой возвышающейся макушкой и могут образовываться где угодно, но в основном в центральных штатах США – на Великих равнинах. В Европе и России они крайне редкие, и встречаются только одного вида – суперячейки типа HP. О классификации речь пойдёт ниже. Суперячейки всегда связаны со значительным сдвигом ветра и высокими значениями CAPE – показатель нестабильности. Для суперячеек предел вертикального сдвига начинается с 20 м/с в слое 0-6 км.

Все суперячейки производят суровые погодные условия (град, шквалы, ливни), но только 30% или меньше из них генерируют торнадо, поэтому надо попытаться различить суперячейки, генерирующие торнадо, от более «спокойных».

Мощный сдвиг в слое 0-6 км (длинный годограф) и достаточная плавучесть необходимы для образования мощного мезоциклона. Образование суперячейки в условии существенного искривления годографа в слое 0-2 км способствует развитию торнадо. Однако развитие торнадо зависит от динамической структуры шторма. Должен присутствовать сильный восходящий поток и вертикальное вращения для сильного мезоциклона и развития торнадо. Горизонтальное вихрение, вызванное вертикальным сдвигом является решающим в формировании мезоциклона.

Суперячейки обычно классифицируют на 3 вида. Но не все суперячейки чётко соответствуют конкретному виду и часто переходят с одного вида в другой в процессе своей эволюции. Все типы ячеек порождают суровые погодные условия.