Amerikai kutatók jelentős lépést tettek a tornádók előrejelzésében

A szupercellából származó tornádók a leggyakoribbak és gyakran a legveszélyesebbek. „Egy melegedő klímában, ami erősebb és intenzívebb konvekciót hoz létre, a klíma tudósokat érdekli, hogy a viharok mennyi vizet injektálnak a sztratoszférába, az ózonra gyakorolt globális hatása miatt. A pelyheket bemutató szimulációinkban a víz mélyen eléri a sztratoszférát, ahol esetlegesen több hosszú távú hatása lehet." – mondja Leigh Orf a Wisconsin-Madison Egyetem légköri tudósa.

A Stanford Egyetem tudósi rájöttek, hogy pontosan mi okozza a tornádókat. A tanulmány épp egy héttel azután jelent meg, hogy szupercella, viharok és tornádók, az Egyesült Államok északkeleti részét sújtó rekordot döntő óriási esőzést és villámáradásokat okoztak a régióban. A tanulmányt jegyző kutatók azt állítják, hogy megállapításaik előrejelzést adhatnak a tornádó kockázatáról,  az orkánokról, és jégverésről, különösen olyan helyeken, ahol a Doppler-radar rendszeren alapuló technológia nem működik, vagy nem használható.

Fontos eredmény lehet a tornádók előrejelezhetősége

A tornádók a világ egyik legpusztítóbb természeti katasztrófái. A legtöbb tornádót a szupercellák hozzák létre. Mielőtt egy súlyos vihar tornádót, heves szeleket, vagy jégverést okoz, jég- és vízpehely tornyosul fel a viharfelhők csúcsa felett és zúdul le, úgy viselkedve, mint az extrém időjárási eseményeket illető egyfajta korai figyelmeztető rendszer. Szeptember 10-én publukálták a Science magazinban a Stanford Egyetem által vezetett tanulmányt, ami feltárja ezeknek a pehelyfelhőknek a mechanizmusát, melyek a világ legrombolóbb tornádóinak legtöbbje fölött formálodnak.

A szupercella belsejében kialakuló nyomáskülönbség hozza létre a tornádót Forrás: Texas Hill County

Az időjárási radarokkal és geostacionárius pályára állított műholdak egycsatornás infravörös közeli detektoraival a tudósok előre tudják jelezni a viharokat. Amíg azonban a hurrikánokat előre tudják jelezni, addig azonban a tornádókat nem.

Most lehetséges, hogy a kutatók találtak egy olyan módszert, amivel a tornádókat is előre tudják jelezni.

A vihargócok jellemzően a troposzférában maradnak. Amikor ezek a viharfelhők a heves feláramlás miatt elérik a sztratoszféra alsó határát, gyakran szétterülnek, egy üllő alakú felhőt hozva létre.

Amikor eléri a földfelszínt a zivatarfelhőből kiinduló rendkívül heves légáramlás, alakul ki a pusztító erejű tornádó Forrás: Texas Hill County

Az erős vihargócokban a levegő sokkal gyorsabban és magasabbra emelkedik, mint a "normál" zivatarfelhőkben. A felhők betörhetnek a sztartoszféra alsó határába és úgynevezett túllövő csúcsokat hoznak létre. Az üllő feletti pehelyfelhők, az úgynevezett vékony pehelyfelhők, amik a túllövő csúcsok közelében jönnek létre.

Eddig még sohasem tapsztaltak ilyen jelenséget a viharfelhők felett

2018-ban a kutatók publikáltak egy dolgozatot, amelyben bemutatták a súlyos vihargócok és a belőlük "füstként" feláramló felhőpelyhek közti kapcsolatot. Viharok százait hasonlították össze radarmérésekkel, villámok adataival és ezeket összevetették az előrejelzésekkel. A viharok, amik elég erősek voltak, hogy az üllő feletti pehelyfelhőket létrehozzák, szintén valószínűbben hoztak létre tornádókat, jégesővel és heves szelekkel együtt. Ezek a földfelszínen is jelentkező súlyos hatás előtt előtt általában 10-30 perccel korábban jelennek meg.

Egy magasba nyúló zivatarfelhő, cumulonimbus képe. A zivatarfelhőkben rendkívül heves fel és lefelé tartó áramlások uralkodnak Forrás: wikimedia.org

Ha kellő időben észlelik az üllő felett kialakuló pehelyfelhőt, ez életeket menthet, mert ezzel előre tudnák jelezni a tornádókat, és az emberek időben fedezékbe vonulhatnánk. Különösen ott segíthet ez a módszer, ahol nincsen radar.

Mostanáig a kutatók nem teljesen értették, hogy jönnek létre a felhőpelyhek.

De egy új tanulmány némi bepillantást nyújt ebbe a kérdésbe.Ebben az új tanulmányban a kutatók azt vizsgálták, hogy alakulnak ki ezek a pelyhek, amikor gyors, sztratoszferikus szelek ütköznek egy túllövő csúccsal. A szelek feláramlottak a csúcsok fölé, aztán olyan gyorsan (386 km/h zúdultak alá), hogy úgynevezett hidraulikus ugrást okoztak.

Egy szupercella fotója Forrás: Facebook/OMSZ

Ezeket a sebességeket a vihar csúcsánál korábban még sosem figyelték meg illetve nem feltételezték ezt a jelenséget. Hidraulikus ugrásokat könnyű látni gátaknál, vagy folyóknál. Amikor a víz túl gyorsan folyik és sziklába ütközik, az áramlás iránya és sebessége hirtelen megváltozik. A hidraulikus ugrások ott alakulnak ki, ahol az egyenletes folyás turbulenssé válik. Ugyanez a mechanizmus játszódik le, amikor a száguldó szelek átbuknak a hegyeken és turbulenciát generálnak a lejtős oldalon, Ezért van az, hogy ha a repülőgép hegyoldalhoz közel landol, rázós utunk lehet.

Hidraulikus ugrásokat ezelőtt sose észletek magasan fent az atmoszférában,

mivel a viharfelhők nagyon hatékony fizikai határokként viselkednek. Érdekes módon az új modell azt mutatta, hogy a viharok, még ha folyadékból is állnak, úgy viselkednek, mint a szilárd hegyek, vagy a folyóban lévő sziklák.

Megvan a technológia a pontosabb előrejelzéshez

A viharok körülbelül 75%-a nagy jégverést és tornádókat hoz létre, így a kutatás valószínűleg hasznos lesz, hogy javítsák a jövőbeni meteorológiai modelleket.

Viharok lánca üllő feletti pehelyfelhőket hoz létre 2021. május 27-én az Egyesült Államokban a Déli- és a Közép-Alföldön. (Image credit: Kelton Halbert/NOAA/NASA) A tudósok régóta felismerték, hogy a felső atmoszférába emelkedő nedves levegő túllövő vihar csúcsai úgy viselkednek, mint a szilárd gátak, amik blokkolják vagy átirányítják a légáramlatot. Úgy vélték, hogy az e csúcsok felett áramló nedves levegőhullámok megtörhetik és a sztratoszférába emelhetik a vizet. De semmilyen kutatás ezidáig nem magyarázta meg, hogy ezek a darabok hogy illeszkednek egymásba. Forrás: https://news-media.stanford.edu/wp-content/uploads/2021/09/08104746/SupercellStorms5.jpg

Megértve hogy és miért alakulnak ki a pelyhek az erőteljes viharok felett, segíthet az előrejelzőknek felismerni a hasonló fenyegető veszélyeket és pontosabb figyelmeztetéseket kiadni anélkül, hogy a Doppler-radar rendszertől függnének, amelyet a szél és jégeső kiüthet . Ráadásul a világ sok részén nem létezik a Doppler-radar lefedettség . Ha egy hurrikán jön létre, azt jól látják az űrből, de a tornádókat már nem, mert ezeket a viharok csúcsai eltakarják.

A NASA kutató-repülőgépeit most olyan eszközzel szerelték fel, amik lehetővé teszik hogy feltérképezzék a szeleket a viharok csúcsánál nagy felbontában, és 3 dimenzióban.

„ Most megvan a technológiánk, hogy igazoljuk a modelleredményeinket, és hogy megnézzük, vajon realisztikusak-e?"- mondja Morgan O'Neill, a Stanford of Earth, Energy & Environmental Sciences professzora, a tanulmány vezető szerzője.

A szupercellából származó tornádók a leggyakoribbak és gyakran a legveszélyesebbek. „Egy melegedő klímában, ami erősebb és intenzívebb konvekciót hoz létre, a klíma tudósokat érdekli, hogy a viharok mennyi vizet injektálnak a sztratoszférába, az ózonra gyakorolt globális hatása miatt. A pelyheket bemutató szimulációinkban a víz mélyen eléri a sztratoszférát, ahol esetlegesen több hosszú távú hatása lehet." – mondja Leigh Orf a Wisconsin-Madison Egyetem légköri tudósa. Forrás: https://www.nssl.noaa.gov/education/svrwx101/tornadoes/types/

Ha a kutatók radarral, és lidarral meg tudják erősíteni a modelljüket, nagy előre lépés volna a súlyos időjárási események és ezek klímára gyakorolt hatásának megértésében. A jövőben a tudósok azt tervezik, hogy tanulmányozzák a zivatarfelhők üllői feletti pehelyfelhők szerepét a klímaváltozásban.

A modell szerint a pelyhek másodpercenként több, mint 7.000 tonna vizet emelhetnek a sztratoszférába, 2-4-szer magasabbra, mint azt korábban becsülték. Mivel a vízgőz erőteljes üvegházgázként viselkedik ebben a rétegben, a pelyhek még jobban melegíthetik az alacsonyabb atmoszférát, emelkedő hőmérsékletek ciklusát hozva létre. Ez a víz a sztratoszférában maradhat napokig, vagy hetekig is, és az ózon pusztulásán keresztül potenciálisan hat a Földet elérő napfény mennyiségére illetve minőségére és melegíti a bolygó felszínét.

(Forrás: Stanford University, American Association for the Advancement of Science)

American Association for the Advancement of Science