Jak powstają burze z piorunami?

01 z 07

Burze z piorunami

Dojrzała burza z piorunami, z wierzchołkiem kowadła. Krajowa Służba Pogodowa NOAA

Niezależnie od tego, czy jesteś widzem, czy „strasznikiem”, są szanse, że nigdy nie pomyliłeś widoku lub odgłosów zbliżającego się burza z piorunami . I nic dziwnego, dlaczego. Ponad 40 000 występuje na całym świecie każdego dnia. Z tej liczby 10 000 występuje codziennie w samych Stanach Zjednoczonych.

02 z 07

Klimatologia burzy

Mapa przedstawiająca średnią liczbę dni burzy w roku w USA (2010). Krajowa Służba Pogodowa NOAA

W miesiącach wiosennych i letnich burze wydają się działać jak w zegarku. Ale nie daj się zwieść! Burze mogą występować o każdej porze roku i o każdej porze dnia (nie tylko popołudniami czy wieczorami). Wystarczy, że warunki atmosferyczne będą odpowiednie.

Więc jakie są te warunki i jak prowadzą do rozwoju burzy?

03 z 07

Składniki burzy

Aby burza mogła się rozwinąć, 3 składniki atmosferyczne muszą być na swoim miejscu: uniesienie, niestabilność i wilgoć.

Winda

Winda jest odpowiedzialna za inicjowanie prądów wstępujących – migracji powietrza w górę do atmosfery – które jest niezbędne do wytworzenia chmury burzowej (cumulonimbus).

Podnoszenie osiąga się na wiele sposobów, z których najczęstszym jest ogrzewanie różnicowe , lub konwekcja . Gdy Słońce ogrzewa ziemię, ogrzane powietrze na powierzchni staje się mniej gęste i unosi się. (Wyobraź sobie bąbelki powietrza, które unoszą się z dna garnka z wrzącą wodą.)

Inne mechanizmy podnoszące obejmują ciepłe powietrze nadrzędne nad zimnym frontem, zimne powietrze podcinające ciepły front (oba te są znane jako przedni podnośnik ), powietrze wypychane w górę wzdłuż zbocza góry (znane jako winda orograficzna ) i powietrze, które zbiera się w centralnym punkcie (znanym jako konwergencja .

Niestabilność

Po tym, jak powietrze zostanie wzniesione, potrzebuje czegoś, co pomoże mu w kontynuowaniu ruchu wznoszącego. Tym „coś” jest niestabilność.

Stabilność atmosfery jest miarą wyporu powietrza. Jeśli powietrze jest niestabilne, oznacza to, że jest bardzo wyporne i po wprawieniu w ruch będzie podążało za tym ruchem, a nie wracało do swojego początkowego położenia. Jeśli niestabilna masa powietrza zostanie wypchnięta w górę przez siłę, będzie kontynuowana w górę (lub jeśli zostanie wypchnięta w dół, będzie kontynuowana w dół).

Ciepłe powietrze jest powszechnie uważane za niestabilne, ponieważ niezależnie od siły ma tendencję do unoszenia się (podczas gdy zimne powietrze jest bardziej gęste i opada).

Wilgoć

Podnoszenie i niestabilność powodują unoszenie się powietrza, ale aby mogła się uformować chmura, musi być wystarczająca wilgotność w ciągu powietrze do kondensacji w kropelki wody jak wznosi się. Źródła wilgoci obejmują duże zbiorniki wodne, takie jak oceany i jeziora. Tak jak ciepłe powietrze sprzyja podnoszeniu się i niestabilności, ciepłe wody wspomagają rozprowadzanie wilgoci. Mają wyższą odparowanie tempo, co oznacza, że ​​łatwiej uwalniają wilgoć do atmosfery niż chłodniejsze wody.

W USA Zatoka Meksykańska a Ocean Atlantycki są głównymi źródłami wilgoci napędzającej silne burze.

04 z 07

Trzy etapy

Schemat wielokomórkowej burzy składającej się z pojedynczych komórek burzowych – każda na innym etapie rozwoju. Strzałki reprezentują silny ruch w górę iw dół (prądy wznoszące i zstępujące), które charakteryzują dynamikę burzy. Krajowa Służba Pogodowa NOAA

Wszystkie burze, oba ciężki : silny i nieciężkie, przejdź przez 3 etapy rozwoju:

1. wysoki cumulus,
2. dojrzały etap i
3. etap rozpraszania.

05 z 07

1. Wspaniała scena Cumulus

W początkowej fazie rozwoju burzy dominuje występowanie prądów wstępujących. Rozwijają one chmurę od cumulusów do wysokich cumulonimbusów. Krajowa Służba Pogodowa NOAA

Tak to jest cumulus jak w cumulus przy dobrej pogodzie . Burze z piorunami faktycznie pochodzą z tego niegroźnego typu chmury.

Chociaż na początku może się to wydawać sprzeczne, rozważ to: niestabilność termiczna (która powoduje powstawanie burzy) jest również samym procesem, w którym tworzy się chmura cumulus. Gdy Słońce ogrzewa powierzchnię Ziemi, niektóre obszary ogrzewają się szybciej niż inne. Te cieplejsze kieszenie powietrza stają się mniej gęste niż otaczające powietrze, co powoduje, że unoszą się, kondensują i tworzą chmury. Jednak w ciągu kilku minut od powstania chmury te wyparowują do bardziej suchego powietrza w górnych warstwach atmosfery. Jeśli dzieje się to przez wystarczająco długi czas, powietrze w końcu się nawilży i od tego momentu, trwa wzrost chmur, a nie ich tłumienie.

Ten pionowy wzrost chmur, określany jako an prąd wstępujący , jest tym, co charakteryzuje etap rozwoju cumulusów. Działa, aby budować burza. (Jeśli kiedykolwiek obserwowałeś z bliska chmurę cumulus, możesz to zobaczyć. (Chmura zaczyna wznosić się coraz wyżej i wyżej w niebo).

Podczas etapu cumulus, normalny cumulus może urosnąć do cumulonimbusa o wysokości prawie 20 000 stóp (6 km). Na tej wysokości chmura przekracza poziom zamarzania 0°C (32°F) i zaczynają tworzyć się opady. Gdy opady gromadzą się w chmurze, staje się ona zbyt ciężka, aby mogły utrzymać prądy wstępujące. Wpada do wnętrza chmury, powodując opór powietrza. To z kolei tworzy obszar powietrza skierowanego w dół, określany jako a prąd zstępujący .

06 z 07

2. Etap dojrzały

W „dojrzałej” burzy prąd wstępujący i prąd zstępujący współistnieją. Krajowa Służba Pogodowa NOAA

Każdy, kto doświadczył burzy, zna jej dojrzały etap – okres, w którym na powierzchni odczuwane są porywiste wiatry i silne opady. To, co może być nieznane, to fakt, że prąd zstępujący podczas burzy jest podstawową przyczyną tych dwóch klasycznych burzowych warunków pogodowych.

Przypomnijmy, że gdy opady narastają w chmurze cumulonimbus, w końcu generuje prąd zstępujący. Cóż, gdy prąd zstępujący przemieszcza się w dół i opuszcza podstawę chmury, opady są uwalniane. Towarzyszy mu podmuch suchego, schłodzonego deszczem powietrza. Kiedy to powietrze dociera do powierzchni Ziemi, rozprzestrzenia się przed chmurą burzową – wydarzenie znane jako porywisty przód . Front porywisty jest powodem, dla którego na początku ulewy często odczuwa się chłodne, przewiewne warunki.

Ponieważ prąd wstępujący burzy występuje obok jej prądu zstępującego, chmura burzowa nadal się powiększa. Czasami niestabilny region sięga aż do dna stratosfera . Kiedy prądy wznoszące wznoszą się do tej wysokości, zaczynają rozprzestrzeniać się na boki. Ta akcja tworzy charakterystyczny wierzchołek kowadła. (Ponieważ kowadło znajduje się bardzo wysoko w atmosferze, składa się z kryształków cirrus/lodu.)

Przez cały czas chłodniejsze, suchsze (a przez to cięższe) powietrze z zewnątrz chmury jest wprowadzane do środowiska chmury po prostu przez akt jej wzrostu.

07 z 07

3. Etap rozpraszania

Schemat rozpraszającej się burzy – jej trzeci i ostatni etap. Krajowa Służba Pogodowa NOAA

Z czasem, gdy chłodniejsze powietrze poza środowiskiem chmurowym coraz bardziej przenika do rosnącej chmury burzowej, prąd zstępujący burzy w końcu przewyższa prąd wstępujący. Bez dopływu ciepłego, wilgotnego powietrza utrzymującego swoją strukturę, burza zaczyna słabnąć. Chmura zaczyna tracić jasne, wyraziste kontury, a zamiast tego wydaje się bardziej postrzępiona i rozmazana – znak, że się starzeje.

Cały proces cyklu życia trwa około 30 minut. W zależności od rodzaju burzy, burza może przejść przez nią tylko raz (pojedyncza komórka) lub wielokrotnie (wieloogniwowa). (Czoło podmuchu często powoduje wzrost nowych burz, działając jako źródło siły nośnej dla sąsiedniego wilgotnego, niestabilnego powietrza).