Squall Line-ok III. - Tulajdonságaik

 3.1 Peremfelhő 

A peremfelhő a squall line-ok jellegzetes felhőformája (de természetesen más zivataroknál is gyakran megfigyelhető), ami az intenzív konvektív vonal vezető élén jelentkezik. A peremfelhő akkor alakul ki a zivatarokban vagy azok közvetlen környezetében, amikor a cellákból kifutó és előrenyomuló gust front a viszonylag meleg, nedves levegőt felfelé kényszeríti. A squall line-okban természetüknél fogva szinte mindig igen erős gust front alakul ki, így többségüknél meg lehet figyelni a peremfelhőt, amelynek átvonulásakor többnyire igen erős, viharos (alkalmanként orkán erejű) széllökések tapasztalhatók.

3.2 Mi az a hátoldali jet, és miért alakul ki?

Ahogy a squall line fejlődése során eléri érett fázisát, az előrenyomuló konvektív cellák az előterükben található meleg levegőt megemelik, majd pedig a magasban a rendszer hátsó részébe/hátoldali részébe szállítják. Ugyanakkor a rendszerből kiáramló hideg levegő egy része is hátrafelé terjeszkedik - a rendszer mozgásához képest - szintén hátrafelé terjedő sztratiform (réteges) jellegű csapadéknak köszönhetően. A squall line vertikális keresztmetszetét szemlélve a felszínen elhelyezkedő hideg levegő fölött a magasban meleg levegő található, középszinteken alacsonyabb a talajon magasabb légnyomást okozva. A felszíni szélmező a magas légnyomású terület felől történő kifelé áramlás révén divergens, míg a középszintek alacsony légnyomású területén konvergens lesz. Ez a középszintű összeáramlás a rendszer hátsó részéből a rendszer belseje illetve elülső részébe irányuló, gyakran igen nagy szélsebességekkel kísért áramlást, ún. hátoldali jetet (rear-inflow jet - RIJ) hoz létre.

Ismétlés: Horizontális örvényesség
A horizontális örvényesség és a vertikális szélnyírás zivatarok felépítésére és fejlődésre gyakorolt szerepének elméletét A KONVEKCIÓ ALAPJAI III. - A SZÉLNYÍRÁS ÉS A KONVEKCIÓ KAPCSOLATAcímű anyagukban mutattuk be részletesen. Összefoglalásképpen: a vertikális szélnyírás növekedésével, a zivataros hideg légtömeg és a szélnyírás közötti kölcsönhatás egy olyan járulékos tényezőként jelenik meg, amely a zivataros kiáramlás megfelelő részein jelentős többlet emelő hatást fejthet ki. Ezen plussz hatás még egy viszonylag homogén légköri környezetben is képes lehet újabb és újabb cellák generálására. A horizontális örvényesség elmélete jól használható a szélnyírás, zivataros hideg légtömeg közötti kölcsönhatás leírásához.

3.3 A zivatar nyomási mezejének fejlődése vertikális metszeten

A 3.1-es fejezetben megmutattuk, hogyan alakul át egy squall line a szélnyírási vektorral megegyező irányban képződő rendszerből egy szélnyírás vektorral ellentétes irányba alakuló rendszerré, miközben belsejében hátoldali jet képződik. Mivel a légkörben az örvényességi és nyomási mező igazodik egymáshoz, a rendszer fejlődését mindkét mező segítségével leírhatjuk. Az eddig tárgyalt folyamatokat figyelembe véve a fenti ábrán H (relatív magasnyomás) illetve L ( relatív alacsonynyomású) területek különíthetők el.

A ábra bal alsó részéről indulva egy sekély alacsony légnyomású terület látható, amelyet a meleg levegő hátoldali jetből származó részének a süllyedése (leereszkedése) hoz létre. A zivataros hideg légtömegen belül egy magas légnyomású terület látható. Ez a felszín közeli mezoléptékű magas nyomás kölcsönhatásba lép a középszintek meleg, mezoléptékű alacsony nyomású területével, kialakítva ezzel a hátoldali jet forrását. Végül a zivatarrendszer felső szintjein egy magasabb nyomású területet találunk a tropopauzán túlnyúló feláramlások következtében, mivel ott az erős triggerek miatt még mindig emelkedő levegő hidegebb, mint a környezete. A nyomási mező mivel nagymértékben hidrosztatikus, annak igazodnia kell a hőmérsékleti mezőhöz,  amelyet szintén feliratoztunk a diagrammon.

3.4 Mi határozza meg a hátoldali jet erősségét?

 

 
A hátoldali jet erősségét a következő három tényező befolyásolja:
a) a leáramló hideg levegő és a feláramló levegő hőmérséklet különbsége
b) a környezet levegőjének instabilitása
c) a középszintű kiszáradás
A hátoldali jet erőssége a mezoléptékű konvektív rendszerekben közvetlen összefüggésben van a felhajtóerő rendszeren belüli megváltozásával, amelyet az alul kifutó zivataros hideg légtömeg és a feláramlások hőmérsékletének különbsége hoz létre. A fenti ábrákon két eltérő környezeti feltétel esetén vizsgálhatjuk meg a hátoldali jet erősségét. A sárgával jelölt felszínről indított légrész termodinamikai útját a környezet pirossal jelölt hőmérsékleti profiljával összehasonlítva egészen a felhőtetőig igen nagy instabilitás mutatkozik. Példaként említve a legfelső esetben a Lifted index értéke -8, míg az alatta lévő kevésbé instabil esetben csak -2 fok. Az instabilitás mértékében ez az eltérés az egész rendszer erősségében jelentős különbségeket okoz. Fontos megjegyezni, hogy a zivataros hideg légtömeg erőssége (a hőmérséklet különbsége a közvetlen környezetéhez képest) közvetlen összefüggésben van a környezet labilitásának mértékével. Minél nagyobb ugyanis a labilitás a légkörben, a benne kialakuló zivatarokban annál intenzívebb, jelentős csapadékkal és nagyobb mennyiségű jéggel kísért leáramlások alakulnak ki, így a szétáramló hideg levegő is annál hűvösebb lesz. Ennek megfelelően jellemzően növekszik a hátoldali jet erőssége a környezeti instabilitás emelkedésével.
A középszintű kiszáradás szintén hozzájárul a mezoléptékű konvektív rendszerek hevességéhez, amit a kiterjedt szélkárokkal járó squall line-okat vizsgáló klimatológiai tanulmányok alapján mutattak ki. Ugyanis ha a csapadékhullás során a csapadékelemek (esőcseppek, jégszemek) és az esésük következtében kialakuló, viszonylag telített leáramlás egy száraz légrétegen haladnak keresztül, két dolog következik be: egyrészt a leáramló levegő összekeveredik a szárazabb levegővel, ami az előbbi telítetlenné válását eredményezi; másrészt emiatt a csapadékelemek felszínén erőteljes párolgás indul meg a levegő telítetté tételéhez. A párologtatás azonban hőt von el a levegőtől, ami csökkenti annak hőmérsékletét. Ezek alapján a zivataros hideg légtömeg lehűlésének mértékét a középszintű kiszáradás is növeli (lásd a fenti ábrákon Td görbét). A hőmérséklet csökkenése negatív felhajtóerőt generál, ami tovább növeli a leáramlás és a felszín közeli szétáramlás sebességét, ez pedig ugyancsak hozzájárul a hátoldali jet erősségéhez, valamint a squall line-okban tapasztalható kifutószelek intenzitásához.