Καταιγίδα

Η καταιγίδα (thunderstorm), γνωστή και ως ηλεκτρική καταιγίδα, είναι ένα μετεωρολογικό φαινόμενο που συνοδεύεται από αστραπές, κεραυνούς, μερικές φορές χαλάζι και σχεδόν πάντα με έντονη βροχόπτωση και ισχυρούς ανέμους. Σπανιότερα εμφανίζονται και σίφωνες μαζί με τις καταιγίδες, αν και ορισμένα σημεία στον κόσμο είναι πιο ευάλωτα. Γενικά, καταιγίδα λέγεται κάθε βίαιη ατμοσφαιρική διατάραξη, και συνεπώς κακοκαιρία, που συνοδεύεται από ηλεκτρικές εκκενώσεις.

Δημιουργία

Προϋποθέσεις

Για να δημιουργηθεί μια καταιγίδα πρέπει να εκπληρωθούν 3 προϋποθέσεις:

Υγρασία
Ασταθής μάζα αέρα
Ανυψωτική δύναμη (θερμότητα)

Η πιο σημαντική από αυτές, είναι να συμβεί μια μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στο έδαφος και στην ανώτερη ατμόσφαιρα, δηλαδή η καθ' ύψος θερμοκρασία πρέπει να μειώνεται έντονα σταδιακά με ρυθμό τουλάχιστον 0,6 βαθμούς Κέλβιν ανά 100 μέτρα. Έτσι η αέρια μάζα που θερμαίνεται έχει ως συνέπεια να ανυψώνεται, αφού είναι πιο ζεστή και επομένως πιο ελαφριά από ότι ο περιβάλλων αέρας της. Έτσι συνεχίζει να ανεβαίνει στην ατμόσφαιρα.

Ένας άλλος εξίσου σημαντικός παράγοντας για τη δημιουργία μιας καταιγίδας, είναι η ύπαρξη αυξημένης υγρασίας στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, κοντά στο έδαφος. Και για να αρχίσει να ανεβαίνει η υγρή και θερμή αέρια μάζα χρειάζεται ένα «σπρώξιμο» προς τα πάνω. Αυτό το σπρώξιμο συνήθως είναι η ηλιακή ενέργεια ή ενδέχεται, συμπληρωματικά, και ένα βουνό.

Κύκλος ζωής

Όλες οι καταιγίδες, ανεξάρτητα από το είδος όπου ανήκουν, περνούν έναν κύκλο ζωής αποτελούμενο από 3 στάδια: φάση ανάπτυξης, φάση ωριμότητας και φάση διάλυσης.^[1] Μία μέση καταιγίδα έχει διάμετρο της τάξης των 24 χιλιομέτρων (15 μιλίων).

Φάση ανάπτυξης

Αφού όλες οι απαιτούμενες προυποθέσεις έχουν εκπληρωθεί, η αέρια μάζα με τους υφιστάμενους σε αυτήν υδρατμούς αρχίζει να ανυψώνεται. Όταν φτάσει σε ένα ορισμένο ύψος, στο σημείο δρόσου, τότε ψύχεται. Το υψόμετρο στο οποίο θα φτάσει στο σημείο δρόσου και επομένως να συμπυκνώνεται, εξαρτάται από τη σχετική υγρασία. Έτσι δημιουργούνται τα σύννεφα κατακόρυφης ανάπτυξης που λέγονται σωρείτες (Cumulus) και για τον λόγο αυτό, η φάση ανάπτυξης ονομάζεται και φάση σωρείτη. Αν το ανοδικό ρεύμα συνεχίσει να υφίσταται, τα σύννεφα μεγαλώνουν περαιτέρω και διογκώνονται κατακόρυφα και όταν το ανώτερο μέρος του νέφους έχει φτάσει σε τέτοιο υψόμετρο ώστε αρχίζει να παγώνει, τότε μιλάμε για νέφη σωρειτομελανίες (Cumulonimbus). Συνήθως το επίπεδο παγοποίησης αυτών των συννέφων είναι γύρω στα 10 χιλιόμετρα από την επιφάνεια του εδάφους, ενίοτε και 12 χιλιόμετρα. Στις τροπικές περιοχές φτάνουν σε ύψος ακόμα και τα 18 - 20 χιλιόμετρα.

Φάση ωριμότητας

Κατά κανόνα, η ανύψωση σταματάει στην τροπόπαυση, καθώς στο ύψος αυτό η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας αρχίζει πάλι να ανεβαίνει, με αποτέλεσμα η αέρια μάζα να συναντάει θερμότερα στρώματα και να μην μπορεί να ανυψωθεί άλλο. Οι σφοδροί άνεμοι που επικρατούν στα μεγάλα υψόμετρα, δίνουν στην κορυφή του σωρειτομελανία ένα ιδιαίτερα αναγνωρίσιμο σχήμα σαν αμόνι.

Οι υδροσταγόνες στο εσωτερικό των νεφών κυριολεκτικά αναρπάζονται στροβιλιζόμενες προς τα πάνω από πολύ ισχυρά ανοδικά ρεύματα που επικρατούν σε αυτά τα νέφη. Οι σταγόνες αυξάνουν μεν κατά μέγεθος, πλην όμως δεν μπορούν απεριόριστα. Όταν αυτές αποκτήσουν ένα ορισμένο μέγεθος (διάμετρο 5-6 χιλιοστά) λόγω της αντίστασης του αέρα διασπώνται σε μικρότερες. Κατά τη διάσπασή τους, απελευθερώνονται ηλεκτρικά φορτία θετικά και αρνητικά, που όμως κατανέμονται χωριστά στα διάφορα μέρη του νέφους μεταξύ της βάσης του και της κορυφής του. Όταν το δυναμικό μεταξύ των θετικών και αρνητικών φορτίων αυξηθεί αρκετά, επέρχεται εκκένωση υπό μορφή ηλεκτρικού σπινθήρα. Η εκκένωση αυτή μπορεί να γίνει μεταξύ του νέφους και της Γης ή μεταξύ δύο νεφών ή ακόμα και μεταξύ επιμέρους τμημάτων του ίδιου του νέφους.

Αστραπή ονομάζεται η λάμψη της ηλεκτρικής αυτής εκκένωσης.
Βροντή ονομάζεται ο κρότος που συνοδεύει αυτή την εκκένωση.
Κεραυνός ή αστροπελέκι (κατά τη δημώδη έκφραση) ονομάζεται η εκκένωση που συμβαίνει μεταξύ νέφους και επιφάνειας της Γης (ξηρά ή θάλασσα). Αν το καταιγιδοφόρο νέφος βρίσκεται πολύ μακριά, πιθανώς η βροντή να μην ακούγεται.

Σωρειτομελανίας πάνω από το Γουάιτ Κάνυον της Γιούτα, ΗΠΑ.

Γενικότερα, κατά το στάδιο της ωριμότητας παρατηρούνται όλα αυτά τα έντονα ηλεκτρικά φαινόμενα (που αναλύονται παρακάτω), καθώς και η συνύπαρξη των ισχυρών ανοδικών και καθοδικών ρευμάτων. Λόγω της ταυτόχρονης ύπαρξης των οριζόντιων ρευμάτων, κοινώς ανέμων, με τα ισχυρά ανοδικά και καθοδικά ρεύματα, μπορεί να προκληθούν μεγάλες αναταράξεις του αέρα μέσα στο σύστημα της καταιγίδας, ικανές να προκαλέσουν σφοδρούς ανέμους, χαλαζόπτωση και ενίοτε ακόμα και σίφωνες.^[2]

Φάση διάλυσης

Κατά την τελική φάση, τα ανοδικά ρεύματα έχουν πια σταματήσει και ολόκληρη η καταιγίδα κυριαρχείται από τα καθοδικά ρεύματα. Ως αποτέλεσμα, η συνολική μάζα της καταιγίδας κυριολεκτικά «ξεσπάει» προς τα κάτω, συνήθως με έντονη βροχόπτωση. Αν οι ατμοσφαιρικές συνθήκες δεν ευνοήσουν τη δημιουργία ενός είδους σοβαρών καταιγίδων που ονομάζονται υπερκύτταρα, τότε το στάδιο αυτό έρχεται σε 30 λεπτά και τελειώνει γρήγορα, συνήθως σε 20 - 30 λεπτά, οπότε τελικώς ο σωρειτομελανίας διασπάται σε μικρότερα νέφη.

Ηλεκτρικά φαινόμενα στις καταιγίδες

Από παρατηρήσεις, έχει γίνει γνωστό πως οι καταιγίδες που συνοδεύονται από «αστραπόβροντα και κεραυνούς» όπως δημωδώς χαρακτηρίζει ο ελληνικός λαός τις ηλεκτρικές καταιγίδες, σχετίζονται με την παρουσία σωρειτομελανιών που χαρακτηρίζονται από τις κρυσταλλικές κορυφές τους και τα ισχυρά ανοδικά ρεύματα που συμβαίνουν σ΄ αυτά. Τα νέφη αυτά στα ανώτερα μέρη τους φέρουν θετικά ηλεκτρικά φορτία ενώ στα κατώτερα αρνητικά φορτία με εξαίρεση μια λεπτή στοιβάδα κοντά στη βάση τους που είναι φορτισμένη θετικά. Η κατανομή αυτή του ηλεκτρικού φορτίου στα κατώτερα τμήματα του νέφους, φορτίζει «εξ επαγωγής» θετικά το έδαφος που βρίσκεται ακριβώς κάτω από το νέφος. Παρότι σε μικρή κάτω του νέφους περιοχή, η επιφάνεια της Γης φέρει αρνητικό φορτίο.

Έτσι η πρώτη ηλεκτρική εκκένωση συμβαίνει στα πρώτα 10 μέχρι 20 λεπτά της ώρας από τη στιγμή που θα εντοπιστούν οι πρώτες βροχοσταγόνες από το ραντάρ.

Η προέλευση αλλά και η κατανομή του ηλεκτρικού φορτίου μέσα στα καταιγιδοφόρα νέφη προκάλεσαν αδιάκοπες συζητήσεις, από την εποχή που ο Αμερικανός Βενιαμίν Φραγκλίνος, εκθέτοντας τον εαυτό του σε κινδύνους, πρώτος απέδειξε στη δεκαετία του 1730 πως ο κεραυνός στην πραγματικότητα είναι ηλεκτρική εκκένωση και όχι κάποια καιόμενη βολίδα όπως πιστευόταν παλαιότερα. Έτσι ερμηνεύτηκε πως διασπόμενες οι υδροσταγόνες φέρουν θετικό φορτίο που μεταφέρουν προς τα κάτω. Από την άλλη, επίσης, οι λεπτές ψεκάδες που προέχονται αποσπώμενες από τις επιφάνειες των υδροσταγόνων μεταφέρουν το αρνητικό τους φορτίο προς τα άνω. Αλλά και πάλι, η θεωρία αυτή δεν εξήγησε το πολύ μεγαλύτερο πρότυπο της θετικά φορτισμένης οροφής και των αρνητικά φορτισμένων βάσεων. Πιθανώς όμως το θέμα να έχει να κάνει με την παγοποίηση των κορυφών των νεφών αυτών.

Μια σημαντική, επίσης, φάση στο φαινόμενο αυτό θα μπορούσε να χαρακτηρισθεί όταν οι υπέρτηκτες υδροσταγόνες παγώνουν. Οπότε και οι πυρήνες πήξης φορτίζονται αρνητικά, ενώ οι μικροσκοπικές σχίζες τους, που αποσπώνται από τους παγοκρυστάλλους και κινούνται προς τα πάνω, φορτίζονται θετικά.

Ωστόσο, τα ηλεκτρικά φαινόμενα, όπως και άλλα που συμβαίνουν μέσα στα καταιγιδοφόρα νέφη, δεν είναι μέχρι σήμερα πλήρως γνωστά.

Αεροναυτιλία

Στην αεροναυτιλία, οι καταιγίδες λαμβάνονται πολύ σοβαρά υπόψη, διότι θεωρητικά μπορεί να αποβούν μοιραίες. Βέβαια σήμερα τα σύγχρονα αεροσκάφη ίπτανται υπεράνω των καταιγιδοφόρων νεφών, πλην όμως δεν παύουν να εγκυμονούνται κίνδυνοι, ειδικότερα στις ακόλουθες επιχειρούμενες περιπτώσεις:

Προσγειώσεις - προσνηώσεις: Συνιστάται η αναβολή τους και η συνέχιση της πτήσης προς άλλα αεροδρόμια ή πλοία. Ο κίνδυνος που υφίσταται είναι κυρίως οι ισχυροί λαιλαπώδεις άνεμοι ακαθόριστης διεύθυνσης που εκδηλώνονται στις καταιγίδες, τα εκρηκτικά καθοδικά ρεύματα, που μπορεί να συμβούν κατά την τελική φάση διάλυσης της καταιγίδας και ο κίνδυνος δημιουργίας σίφωνα.
Απογειώσεις - απονηώσεις: Ομοίως ως παραπάνω. Γενικά αποφεύγονται ή αναβάλλονται.
Ισχυρές διαταράξεις, που συμβαίνουν σε πτήση μέσω των καταιγιδοφόρων νεφών. Συνιστάται η καθ' ύψους αλλαγή πορείας.
Επικίνδυνο χαλάζι. Ομοίως όπως προηγούμενα.
Επικάθιση πάγου. Ομοίως όπως προηγούμενα.
Ηλεκτρικές εκκενώσεις, με κίνδυνο εκ των παρασίτων την αχρήστευση όλων των ραδιο-βοηθημάτων. Συνιστάται η έντονη αφή φώτων του θαλάμου διακυβέρνησης, προς αποφυγή εκτύφλωσης των χειριστών, και ομοίως αλλαγή πορείας.

Ναυτιλία

Ειδικά οι ναυτιλλόμενοι θα πρέπει να έχουν ιδιαίτερα υπ' όψη τους πως όταν παρουσιασθεί καταιγίδα κοντά στο πλοίο τους, και μάλιστα κατά τον απόπλου ή κατάπλου ή διέλευση στενών κ.λπ. είναι δυνατόν ο άνεμος να αυξηθεί απότομα για μερικά λεπτά και να αλλάξει στη συνέχεια διεύθυνση επίσης απότομα, όπως ακριβώς συμβαίνει στο μπουρίνι. Για το λόγο αυτό και για πληρέστερη ασφάλεια, συνιστάται σε διελεύσεις πλοίων εντός στενών, πορθμών, διωρύγων κ.λπ. εφόσον δεν συνοδεύονται από ρυμουλκά, να έχουν κρεμασμένη και σε ετοιμότητα πόντισης τη μία τουλάχιστον άγκυρα. Σε περίπτωση απόπλου ή κατάπλου ή εργασιών μεθόρμισης ή φορτοεκφόρτωσης, συνιστάται η αναβολή τους για μικρό σχετικά διάστημα ή ακόμα και η προσωρινή διακοπή τους, κάλυψη των κυτών (αμπαριών), ειδικότερα σε περιπτώσεις «χύδην φορτίου», μέχρι την παρέλευση της καταιγίδας.

Σημαντικές καταιγίδες

Ξύνθια (καταιγίδα)

Παρατηρήσεις

Λόγω της δημιουργίας των καταιγίδων στους σωρειτομελανίες εκ του μεγάλου ύψους τους και της δημιουργίας έτσι μεγαλύτερου δυναμικού των φορτίων τους, τα νέφη αυτά χαρακτηρίζονται επίσης και καταιγιδοφόρα νέφη, παραλληλίζονται δε ως προς τη Φυσική με πολύ ισχυρές ηλεκτροπαραγωγές μηχανές.
Στις καταιγίδες οφείλονται τα περισσότερα παράσιτα στις ραδιοτηλεπικοινωνίες.

Δείτε επίσης

Αναφορές

↑ Micheal H. Mogil (2007). Extreme Weather. New York: Black Dog & Leventhal Publisher. σελίδες 210–211. ISBN 978-1-57912-743-5. Ανακτήθηκε στις 8 Αυγούστου 2009.
↑ Pilot's Web The Aviator's Journal (2009-06-13). «Structural Icing in VMC». http://www.pilotsweb.com/wx/w_sense.htm Αρχειοθετήθηκε 2011-08-19 στο Wayback Machine.. Retrieved 2009-09-02.

Βιβλιογραφία

Burgess, D. W., R. J. Donaldson Jr., and P. R. Desrochers, 1993: Tornado detection and warning by radar. The Tornado: Its Structure, Dynamics, Prediction, and Hazards, Geophys. Monogr., No. 79, American Geophysical Union, 203–221.
Corfidi, S. F., 1998: Forecasting MCS mode and motion. Preprints 19th Conf. on Severe Local Storms, American Meteorological Society, Minneapolis, Minnesota, pp. 626–629.
Davies J. M. (2004). «Estimations of CIN and LFC associated with tornadic and nontornadic supercells». Weather Forecast 19 (4): 714–726. doi:10.1175/1520-0434(2004)019<0714:eocala>2.0.co;2. Bibcode: 2004WtFor..19..714D.
Davies, J. M., and R. H. Johns, 1993: Some wind and instability parameters associated with strong and violent tornadoes. Part I: Helicity and mean shear magnitudes. The Tornado: Its Structure, Dynamics, Prediction, and Hazards (C. Church et al., Eds.), Geophysical Monograph 79, American Geophysical Union, 573–582.
David, C. L. 1973: An objective of estimating the probability of severe thunderstorms. Preprint Eight conference of Severe Local Storms. Denver, Colorado, American Meteorological Society, 223–225.
Doswell C.A., III , Baker D. V., Liles C. A. (2002). «Recognition of negative factors for severe weather potential: A case study». Weather Forecast 17: 937–954. doi:10.1175/1520-0434(2002)017<0937:ronmff>2.0.co;2.
Doswell, C.A., III, S.J. Weiss and R.H. Johns (1993): Tornado forecasting: A review. The Tornado: Its Structure, Dynamics, Prediction, and Hazards (C. Church et al., Eds), Geophys. Monogr. No. 79, American Geophysical Union, 557–571.
Johns, R. H., J. M. Davies, and P. W. Leftwich, 1993: Some wind and instability parameters associated with strong and violent tornadoes. Part II: Variations in the combinations of wind and instability parameters. The Tornado: Its Structure, Dynamics, Prediction and Hazards, Geophys. Mongr., No. 79, American Geophysical Union, 583–590.
Evans, Jeffry S.,: Examination of Derecho Environments Using Proximity Soundings. NOAA.gov
J. V. Iribarne and W.L. Godson, Atmospheric Thermodynamics, published by D. Reidel Publishing Company, Dordrecht, the Netherlands, 1973
M. K. Yau and R. R. Rogers, Short Course in Cloud Physics, Third Edition, published by Butterworth-Heinemann, 1 January 1989, (ISBN 9780750632157) (ISBN 0-7506-3215-1)

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

[Extreme_Weather-1] Micheal H. Mogil (2007). Extreme Weather. New York: Black Dog & Leventhal Publisher. σελίδες 210–211. ISBN 978-1-57912-743-5. Ανακτήθηκε στις 8 Αυγούστου 2009.

[2] Pilot's Web The Aviator's Journal (2009-06-13). «Structural Icing in VMC». http://www.pilotsweb.com/wx/w_sense.htm Αρχειοθετήθηκε 2011-08-19 στο Wayback Machine.. Retrieved 2009-09-02.

[1]

[2]