"Феномен да Винчи". Ученые узнали, как предсказать появление самых страшных торнадо

Нове дослідження показує, що механізм цих шлейфів може бути пов'язаний з "гідравлічними стрибками" — явищем, яке Леонардо да Вінчі спостерігав понад 500 років тому, повідомляє Scitechdaily

Коли хмарний шлейф з льоду і водяної пари піднімається над вершиною сильної грози, є велика ймовірність, що сильний торнадо, сильний вітер або град, незабаром з'являться внизу.

Нове дослідження вчених Стенфордського університету розкриває фізичний механізм цих шлейфів, які утворюються над більшістю найбільш руйнівних торнадо у світі. Дослідження було проведено після того, як серед залишків урагану Іда вибухнули грози і торнадо, посиливши руйнування, викликані рекордними опадами і повенями в США. Розуміння того, як і чому шлейфи формуються над потужними грозами, може допомогти синоптикам передбачити майбутні небезпечні погодні явища.

"Якщо буде жахливий ураган, ми можемо побачити його з космосу. Але ми не бачимо торнадо, тому що вони заховані під вершинами гроз", — говорить Морган О'Ніл зі Стенфордського університету.

Суперкомірка

Грози, що викликають більшість торнадо, відомі як суперкомірки, рідкісний різновид грозових хмар з обертовим висхідним потоком, який може спрямовуватися в небо зі швидкістю понад 240 км на годину, з достатньою потужністю, щоб пробити оболонку в тропосфері Землі, найбільш нижньому шарі земної атмосфери.

У слабших грозах висхідні потоки вологого повітря мають тенденцію згладжуватися і розширюватися при досягненні цієї оболонки, званої тропопаузою, утворюючи хмару у формі ковадла. Інтенсивний висхідний потік суперкомірки виштовхує тропопаузу вгору в наступний шар атмосфери, створюючи своєрідний купол.

"Це схоже на фонтан, що виходить у наступний шар нашої атмосфери", — говорить О'Ніл.

Коли вітри у верхніх шарах атмосфери проходять над вершиною грози і навколо неї, вони іноді піднімають потоки водяної пари і льоду, які спрямовуються в стратосферу, утворюючи шлейф. Піднімається повітря в куполі та незабаром повертається в тропосферу, як м'яч, який прискорюється вниз після того, як злетів угору. У той же час повітря проходить над куполом у стратосфері, а потім спрямовується вниз.

Використовуючи комп'ютерне моделювання ідеальної суперкомірки, О'Ніл і його колеги виявили, що це викликає торнадо в тропопаузі, де швидкість вітру перевищує 380 км на годину.

"Сухе повітря, що спускається зі стратосфери, і вологе повітря, що піднімається з тропосфери, з'єднуються в цій дуже вузькій, швидкій течії. Струмінь стає нестабільним, усе перемішується і вибухає турбулентністю", — говорить О'Ніл. "Такі швидкості на вершині торнадо ніколи раніше не спостерігалися і не передбачалося, що вони можуть бути".

Суперкомірка — це грозова хмара, що характеризується наявністю мезоциклону: глибокого висхідного потоку, що постійно обертається. З цієї причини ці грози іноді називають обертовими. Суперкомірки є найменш поширеними і потенційно можуть бути найсильнішими. Суперкомірки часто ізольовані від інших гроз і можуть впливати на місцеву погоду на відстані до 32 кілометрів. Зазвичай вони тривають 2-4 години. Суперкомірки часто діляться на три типи: класична (нормальний рівень опадів), з низьким рівнем опадів (LP) і з високим рівнем опадів (HP). Суперкомірки LP зазвичай утворюються в більш посушливому кліматі, а суперкомірки HP поширені у вологому кліматі. Суперкомірки можуть виникати в будь-якій точці світу, але найбільше їх на Великих рівнинах Сполучених Штатів у районі, відомому як Алея торнадо. Велика кількість суперкомірок спостерігається в багатьох частинах Європи, а також у коридорі торнадо в Аргентині, Уругваї та на півдні Бразилії.

Гідравлічний стрибок

Нове моделювання передбачає, що вибух турбулентності в атмосфері, що супроводжує бурі, з'являється за допомогою явища, званого гідравлічним стрибком. Той же механізм діє, коли поривчастий вітер обрушується на гори і створює турбулентність на спуску, або, коли вода, що плавно рухається вниз по водоскиду греблі, раптово перетворюється в піну при з'єднанні з водою внизу, яка повільно рухається.

Нове моделювання передбачає, що гідравлічний стрибок також може бути викликаний рідкими перешкодами в атмосфері. Учені припускають, що початок стрибка збігається з швидким закачуванням водяної пари в стратосфері, зі швидкістю понад 7000 кілограмів на секунду. Вода може залишатися там протягом декількох днів або тижнів, потенційно впливаючи на кількість і якість сонячного світла, що досягає Землі, за рахунок руйнування озону в стратосфері і нагрівання поверхні планети.

"У наших симуляціях, які демонструють шлейфи, вода проникає глибоко в стратосферу, де вона, можливо, може мати більш довгостроковий вплив на клімат", — говорять учені.

Завдяки дослідницьким апаратам NASA вчені тепер можуть перевірити результати свого моделювання, щоб переконатися в їхній реалістичності.