Tornado formavimasis: Atmosferos slėgio ir sukimosi supratimas

Tornadai yra vieni iš labiausiai griaunančių oro reiškinių Žemėje. Supratimas, kaip jie susidaro, yra labai svarbus siekiant tobulinti prognozavimo ir įspėjimo sistemas, galiausiai išgelbstint gyvybes ir sumažinant žalą. Šiame straipsnyje bus gilinamasi į sudėtingus tornado formavimosi procesus, daugiausia dėmesio skiriant esminiam atmosferos slėgio ir sukimosi vaidmeniui.

Kas yra tornadas?

Tornadas – tai smarkiai besisukantis oro stulpas, besitęsiantis nuo kamuolinio lietaus debesies (dažnai audros) iki žemės. Tornadai gali labai skirtis dydžiu ir intensyvumu, o vėjo greitis svyruoja nuo mažiau nei 100 km/h (62 mylių per valandą) iki daugiau nei 480 km/h (300 mylių per valandą). Fudžitos skalė (ir jos patobulinta versija, Patobulinta Fudžitos skalė) naudojama tornado intensyvumui įvertinti pagal jo sukeltą žalą.

Tornadai pasitaiko daugelyje pasaulio vietų, tačiau dažniausiai JAV „Tornadų alėjos“ regione, kuris driekiasi per centrines lygumas. Tačiau apie didelius tornadus pranešta ir Argentinoje, Bangladeše, Australijoje bei kai kuriose Europos dalyse.

Atmosferos slėgio vaidmuo

Atmosferos slėgis, jėga, kurią sukelia virš tam tikro taško esančio oro svoris, vaidina lemiamą vaidmenį formuojantis ir stiprėjant tornadams. Tornadams būdingas itin žemas slėgis centre, sukuriantis galingą slėgio gradiento jėgą.

Slėgio gradiento jėga

Slėgio gradiento jėga (SGJ) yra jėga, atsirandanti dėl oro slėgio skirtumų. Oras natūraliai teka iš aukšto slėgio sričių į žemo slėgio sritis. Kuo statesnis slėgio gradientas, tuo stipresnė jėga. Tornado kontekste itin žemas slėgis sūkurio viduje sukuria labai stiprią SGJ, greitai traukiančią orą į tornado centrą.

Šis oro antplūdis į vidų prisideda prie tornado sukimosi intensyvėjimo. Orui spirale judant į vidų, jis išlaiko kampinį judesio kiekį (panašiai kaip dailiojo čiuožimo čiuožėjas, sukdamasis pritraukiantis rankas), todėl sukimosi greitis smarkiai padidėja. Kuo žemesnis slėgis tornado centre, tuo stipresnė SGJ ir tuo greitesni bus tornado vėjai.

Slėgio kritimas ir kondensacija

Staigus slėgio kritimas tornado viduje taip pat lemia temperatūros sumažėjimą. Kai oras kyla ir plečiasi žemo slėgio aplinkoje, jis vėsta. Jei oras yra pakankamai drėgnas, šis atvėsimas gali sukelti kondensaciją, sudarydamas matomą piltuvo formos debesį, kuris yra būdingas tornadams.

Kondensacijos procesas išskiria latentinę šilumą, kuri gali dar labiau sušildyti orą tornado viduje, todėl jis tampa dar plūdesnis. Šis plūdrumas gali prisidėti prie oro pagreitėjimo aukštyn tornado viduje, sustiprindamas kylančiąją srovę ir dar labiau intensyvindamas audrą.

Sukimosi svarba: Mezociklonas

Nors žemas slėgis yra pagrindinė sudedamoji dalis, sukimasis yra vienodai svarbus tornado formavimuisi. Dažniausiai tornadai formuojasi iš supercelinės audros, kuriai būdinga besisukanti kylančioji srovė, vadinama mezociklonu.

Kas yra mezociklonas?

Mezociklonas yra besisukantis regionas supercelinės audros viduje, paprastai kelių kilometrų skersmens. Jis susidaro dėl kelių veiksnių derinio, įskaitant vertikalų vėjo poslinkį ir horizontalios sūkurinės tėkmės pasvirimą.

• Vertikalus vėjo poslinkis: Tai reiškia vėjo greičio ir krypties pokytį su aukščiu. Aplinkoje, palankioje supercelių vystymuisi, dažnai būna stiprus vėjo poslinkis, kai vėjo greitis didėja ir keičia kryptį (paprastai sukasi iš pietų į vakarus) didėjant aukščiui.
• Horizontali sūkurinė tėkmė: Vėjo poslinkis sukuria horizontalią sūkurinę tėkmę, kuri iš esmės yra nematomos sukimosi linijos, lygiagrečios žemei.
• Sūkurinės tėkmės pasvirimas: Audros kylančioji srovė gali pakreipti šią horizontalią sūkurinę tėkmę į vertikalią padėtį, sukurdama besisukantį oro stulpą – mezocikloną.

Mezociklonas yra esminis tornado formavimosi pirmtakas. Jis suteikia pradinį sukimąsi, kuris gali būti sukoncentruotas ir sustiprintas, kad susidarytų tornadas.

Tornado formavimasis iš mezociklono

Ne visi mezociklonai sukelia tornadus. Keli veiksniai daro įtaką, ar mezociklonas sukels tornadą, įskaitant:

• Mezociklono stiprumas: Stipresni, glaudžiau besisukantys mezociklonai labiau linkę sukelti tornadus.
• Užpakalinio šono krintančiosios srovės (UŠKS) buvimas: UŠKS yra besileidžiančio oro srautas, kuris apsupa mezocikloną. Jis gali padėti sugriežtinti sukimąsi ir priartinti jį prie žemės.
• Priekinio šono krintančiosios srovės (PŠKS) buvimas: Nors PŠKS mažiau tiesiogiai dalyvauja tornado formavimesi, ji prisideda prie bendros supercelės struktūros ir dinamikos.
• Ribinio sluoksnio sąlygos: Nestabilumas ir drėgmės kiekis apatinėje atmosferos dalyje taip pat yra svarbūs.

UŠKS vaidina ypač svarbų vaidmenį. Leidžiantis, ji gali padėti ištempti ir sustiprinti mezociklono sukimąsi, suformuodama mažesnį, labiau koncentruotą sūkurį arti žemės. Šis sūkurys, žinomas kaip tornado ciklonas arba žemo lygio mezociklonas, dažnai yra tornado pirmtakas.

Tornado ciklonui stiprėjant, slėgis jo centre smarkiai krinta, dar labiau pagreitindamas oro įtekėjimą. Šis procesas gali lemti matomo piltuvo formos debesies susidarymą, kuris galiausiai paliečia žemę ir tampa tornadu.

Ne superceliniai tornadai

Nors dauguma tornadų formuojasi iš supercelinių audrų, kai kurie tornadai, žinomi kaip ne superceliniai tornadai, gali susidaryti iš kitų tipų audrų. Šie tornadai paprastai yra silpnesni ir trumpesnio amžiaus nei superceliniai tornadai.

Sausumos ir vandens piltuvai

Sausumos ir vandens piltuvai yra ne supercelinių tornadų pavyzdžiai. Jie formuojasi atitinkamai virš žemės ir vandens ir paprastai yra susiję su besivystančiais kamuoliniais debesimis, o ne supercelėmis. Jie dažnai susidaro ties ribomis, kur susitinkantys vėjai sukuria sukimąsi arti paviršiaus. Šis sukimasis tada gali būti ištemptas aukštyn kylančiosios srovės, suformuojant tornadą.

Veiksniai, darantys įtaką tornado formavimuisi

Kad susidarytų tornadai, turi būti kelios atmosferos sąlygos. Jos apima:

• Nestabilumas: Būklė, kai šiltas, drėgnas oras yra po vėsesniu, sausesniu oru. Tai sukuria potencialiai nestabilią atmosferą, kurioje oro dalelės gali lengvai kilti.
• Drėgmė: Apatinėje atmosferos dalyje reikia gausios drėgmės, kad būtų skatinamas audros vystymasis ir užtikrinta reikalinga kondensacija piltuvo formos debesies susidarymui.
• Pakėlimas: Mechanizmas, inicijuojantis judėjimą aukštyn, pavyzdžiui, frontas, sausumo linija ar nutekėjimo riba.
• Vertikalus vėjo poslinkis: Kaip aptarta anksčiau, stiprus vertikalus vėjo poslinkis yra labai svarbus sukuriant sukimąsi audros viduje.

Pasauliniai pavyzdžiai ir regioniniai skirtumai

Nors pagrindiniai tornado formavimosi principai yra vienodi visame pasaulyje, egzistuoja regioniniai skirtumai dėl geografijos, klimato ir atmosferos sąlygų skirtumų.

• Jungtinės Amerikos Valstijos: „Tornadų alėjos“ regionas yra linkęs į tornadus dėl šilto, drėgno oro iš Meksikos įlankos susidūrimo su šaltu, sausu oru iš Kanados ir Uolinių kalnų. Tai sukuria labai nestabilią atmosferą, palankią supercelių vystymuisi.
• Argentina: Argentinos pampų regione atmosferos sąlygos panašios į JAV Didžiųjų lygumų, todėl tornadai čia pasitaiko dažnai.
• Bangladešas: Bangladešas yra pažeidžiamas tornadų dėl savo žemumų ir drėgno oro poveikio iš Bengalijos įlankos. Šie tornadai dažnai siejami su intensyviomis audromis ir gali sukelti didelę žalą bei gyvybių praradimą.
• Australija: Nors rečiau nei JAV, tornadai pasitaiko ir Australijoje, ypač pietrytinėse valstijose.
• Europa: Tornadai Europoje yra retesni nei Šiaurės Amerikoje, tačiau jie pasitaiko, ypač Nyderlanduose, Vokietijoje ir Italijoje. Šie tornadai dažnai yra silpnesni ir trumpesnio amžiaus nei jų kolegos JAV.

Technologijų vaidmuo tornado prognozavime

Technologijų pažanga žymiai pagerino mūsų gebėjimą prognozuoti tornadus ir įspėti apie juos. Tai apima:

• Doplerio radaras: Doplerio radaras gali aptikti lietaus lašų ir ledo dalelių judėjimą audros viduje, leisdamas meteorologams identifikuoti besisukančius elementus, tokius kaip mezociklonai ir tornado ciklonai.
• Palydovinės nuotraukos: Palydovinės nuotraukos suteikia plačią atmosferos sąlygų apžvalgą ir gali padėti nustatyti sritis, kuriose tikėtina audrų raida.
• Skaitiniai orų prognozės modeliai: Šie sudėtingi kompiuteriniai modeliai naudoja matematines lygtis atmosferai imituoti ir ateities oro sąlygoms prognozuoti. Aukštos raiškos modeliai dabar gali atpažinti tokius reiškinius kaip supercelės ir mezociklonai, teikdami vertingą informaciją tornado prognozavimui.
• Audrų stebėtojai: Apimokyti savanoriai, kurie stebi ir praneša apie pavojingus oro reiškinius, teikdami informaciją iš įvykio vietos, kuri gali padėti patikrinti radaro duomenis ir įspėti visuomenę.

Iššūkiai tornado prognozavime

Nepaisant technologijų pažangos, tornado prognozavimas tebėra sudėtinga užduotis. Tornadai yra palyginti nedidelio masto reiškiniai, kurie gali greitai susiformuoti ir išsisklaidyti, todėl juos sunku tiksliai prognozuoti.

Kai kurie iššūkiai tornado prognozavime apima:

• Nepakankami duomenys: Atmosfera yra sudėtinga ir chaotiška sistema, ir vis dar yra spragų mūsų supratime apie procesus, vedančius prie tornado formavimosi.
• Modelių apribojimai: Skaitiniai orų prognozės modeliai nėra tobuli ir gali turėti sunkumų tiksliai imituojant mažo masto procesus, susijusius su tornado formavimusi.
• Tornado intensyvumo prognozavimas: Nors dažnai galime prognozuoti tornado formavimosi tikimybę, tornado intensyvumo prognozavimas tebėra didelis iššūkis.

Saugumo priemonės per tornadą

Jei jūsų vietovėje paskelbtas įspėjimas apie tornadą, svarbu nedelsiant imtis veiksmų, kad apsaugotumėte save ir savo šeimą.

• Ieškokite prieglobsčio: Saugiausia vieta per tornadą yra požeminė slėptuvė, pavyzdžiui, rūsys ar audros slėptuvė. Jei požeminės slėptuvės nėra, eikite į vidinį kambarį žemiausiame tvirto pastato aukšte, toliau nuo langų.
• Būkite informuoti: Stebėkite orų įspėjimus ir naujienas iš patikimų šaltinių, tokių kaip Nacionalinė orų tarnyba ar vietinė žiniasklaida.
• Apsisaugokite: Jei esate automobilyje ar lauke, gulėkite lygiai griovyje ar kitoje žemumoje ir užsidenkite galvą rankomis.
• Po tornado: Būkite atsargūs dėl pavojų, tokių kaip nutrauktos elektros linijos ir pažeisti pastatai. Laikykitės atokiau nuo nuolaužų ir neikite į pažeistus pastatus, kol jų nepatikrins kvalifikuoti specialistai.

Išvada

Tornado formavimasis yra sudėtingas procesas, apimantis subtilią atmosferos slėgio, sukimosi ir kitų veiksnių sąveiką. Nors padaryta didelė pažanga suprantant šiuos reiškinius, reikia tolesnių tyrimų, siekiant tobulinti prognozavimo ir įspėjimo sistemas. Suprasdami mokslą, slypintį už tornado formavimosi, galime geriau apsaugoti save ir savo bendruomenes nuo šių griaunančių oro reiškinių.

Papildoma literatūra ir ištekliai

• Nacionalinė orų tarnyba (NWS): https://www.weather.gov/
• Audrų prognozių centras (SPC): https://www.spc.noaa.gov/
• Nacionalinė pavojingų audrų laboratorija (NSSL): https://www.nssl.noaa.gov/