Tema: Indeks nestabilnosti

[Joe]

Evo pošto je trenutno leto, indeks nestabilnosti (ako se tako zove :?: ) je veoma zanimljiv jer pokazuje verovatnoću za olujno vreme i jačinu oluje . Ja ovo trenutno izučavam jer pokušavam da prognoziram vreme u letnjim mesecima. (zima mi je mnogo jasnija  :wink:  ). Preuzeo sam neka objašnjenja sa CROMETEO foruma, pa ako neko ima šta da doda ili oduzme dobrodošao je. Ovo mi deluje kao spas za prognozu letnjih pljuskova.

CAPE & Lifted Index analiza/prognostička karta - objašnjenje

CAPE je skraćenica koja nastaje od izraza Convective Available Potential Energy. Slobodno prevedeno na udomaćen jezik to bi glasilo "potencijalna konvektivna energija atmosfere". Izražava se u džulima po kilogramu (J/kg), što znači energija u jedinici mase zraka; koliko džula, iskoristivih za konvekciju, ima u jednom kilogramu zraka. Nije sva energija u atmosferi iskoristiva za konvekciju; dapače, ako je zrak jako stabilan, toplinska energija koja se nalazi u određenoj česti zraka (engl. parcel of air) ne može se pretvoriiti u kinetičku energiju uzlaznih struja. To je iz razloga jer je u stabilnoj atmosferi temperatura dižućeg zraka na većoj visini niža nego na manjoj, što znači da ako se iz nekog razloga čest zraka popne za x metara, njena temperatura će zbog širenja (manji tlak) pasti na manju temperaturu nego je temperatura okolice u koju dođe. Posljedica toga je da će ta čest zraka biti hladnija od okolice, time i teža, te će se sama nastojati vratiti natrag. Potencijalne konvektivne energije u ovoj česti zraka nema. Drugim riječima, CAPE će u ovakvoj atmosferi biti jednak ništici.

S druge strane, ako je atmosfera nestabilna, dižuća čest zraka se dizanjem hladi zbog širenja (manji tlak), te uslijed veće promjene temperature sa visinom, nakon što se popne za x metara, njezina temperatura će biti viša nego temperatura okolice. Posljedica toga je da će se ona nastaviti širiti, te će joj rasti uzgon. Time se njezino uzlazno gibanje ne zaustavlja, već ona sada u tom automatiziranom sistemu nastavlja uzlazno gibanje sve dok ne dođe do stabilnog sloja zraka. Ako takvog sloja nema, ona će se popeti do same tropopauze. Zbog toga, što se čest zraka ovdje diže neprisiljeno, tj. koristi isljučivo svoju toplinsku energiju za dizanje, možemo reći da ona ima određenu potencijalnu konvektivnu energiju da sa manje visine x dođe na veću visinu y, i ta energija iznosi određeni broj džula po kilogramu zraka. Kolika će biti energija, ovisi o par stvari:

1) vertikalnom opadanju temperature zraka - granica između stabilne i nestabilne atmosfere jest onda, kada temperatura zraka po visini opada za 1°C na svakih 100 metara visine. Ako opada po većoj stopi od te vrijednosti, atmosfera je nestabilna. Što je navedena vrijednost veća, to je atmosfera nestabilnija, i čest zraka ima veću potencijalnu konvektivnu energiju (razlika njezine temeprature i temperature okolice će biti veća - imati će jači uzgon)

2) raspodjeli slojeva zraka po visini - opadanje temperature po visini nije jednoliko, obično je troposfera "rascjepkana" u više slojeva stabilnosti (nije pravilo). Pritom, ako postoji barem jedan stabilni sloj "zaporni sloj, sloj inhibicije"), on će djelovati tako da, gledano u globalu od zemljine površine do tropopauze, smanji srednju vrijednost CAPE, jer taj sloj česti sa malom energijom neće moći probiti, a one s većom će biti usporene. Ukoliko je taj sloj iznimno stabilan i/ili debeo, djelovati će kao neprolazna prepreka, unatoč srednjoj vrijednosti CAPE koja još uvijek može biti dosta velika (ostali slojevi zraka vrlo nestabilni).

3) količini vodene pare u zraku - poznato je da se u vodenoj pari nalazi latentna toplina promjene agregatnog stanja, koja će biti oslobođena u slučaju prelaska vodene pare u tekuće agregatno stanje. Pritom će ta oslobođena energija biti direktno pridodana u CAPE - pri oslobađanju ove latentne energije, ona se izravno koristi za ubrzavanje dižućih česti zraka. Slično vrijedi i pri zaleđivanju iz tekućeg stanja.

4) postojanju vjetrova velike brzine na visini (mlazne struje) - prethodna 3 čimbenika su bila termička, ovaj je dinamički; ukoliko postoji mlazna struja na visini, doći će do venturijevog učinka usisavanja zraka, a to će se izravno reflektirati na povećanje vrijednosti CAPE.


Kada smo rekli da će čest zraka u stabilnoj atmosferi nakon dizanja imati manju temperaturu od okolice, a u nestabilnoj veću, nismo precizirali kolika je razlika tih temperatura česti i okolice. Tu razliku nam pokazuje vrijednost Lifted Index (LI). Izražava se jednostavno u celzijusovim stupnjevima (pravilno bi bilo reći kelvinima, al je svejedno), i u slučaju pozitivne vrijednosti LI, čest dolazi u područje više temperature, a u slučaju negativne vrijednosti LI ona dolazi u hladniju okolinu. Prevedeno to znači da će jače negativne vrijednosti LI ukazivati na nestabilniju atmosferu. Pozitivne vrijednosti LI ukazuju na stabilnu atmosferu.

U vrijednost LI se ne reflektiraju čimbenici poput postojanja mlazne struje, dok u CAPE vrijednost oni ulaze. LI je isključivo baziran na vertikalnoj promjeni temperature zraka (modificiranoj za utjecaj eventualno oslobođene/utrošene latentne topline iz ukapljne/isparene vodene pare pri dizanju/spuštanju zraka).


Da rezimiramo - veće vrijednosti CAPE i jače negativne vrijednosti LI ukazuju na nestabilnu atmosferu i dobar su pokazatelj vjerojatnosti nastanka olujnih oblaka i njihove potencijalne snage. Primjer takve karte je na slijedećoj slici:



Plava područja su sa CAPE=0 i pokazuju stabilnu atmosferu bez velike vjerojatnosti nastanka olujnih oblaka. Crvena su pak područja ona s velikom vrijednosti CAPE i velikom mogućnošću nastanka oluja. Slično vrijedi za lifted index koji je prikazan na istoj slici zatvorenim sivim linijama (odnosno crtkano-bijelim kod LI <0). U ovoj situaciji naši krajevi se nalaze u stabilnoj atmosferi, budući da je CAPE oko nule, a lifted index oko +6°C, i u takvoj situaciji je malo vjerojatno da će doći do razvoja olujnih oblaka (pod uvjetom da oni ne budu inicirani na neki drugi način, nevezan za stabilnost atmosfere - npr. dizanjem na fronatalnoj plohi, prelaskom vlažnog zraka preko planinske prepreke i slično).

Valja još spomenuti i nekakve realne vrijednosti ovih parametara. CAPE se u našim krajevima kreće od 0 pa u slučaju uobičajenih ljetnih nestabilnosti od 500-tinjak J/kg; u slučaju jače nestabilne atmosfere penje se preko 1000 pa i u ekstremnim slučajevima i preko 2000 J/kg. Lifted index je u slučaju vrlo stabilne atmosfere > +10°C, u slučaju atmosfere na granici nestabilnosti je 0; pri umjerenim nestabilnostima on iznosi oko -3°C, dok u jako nestabilnoj atmosferi prelazi ispod -6°C.

• Tweet

[Joe]

Evo pošto često u prognozama govorimo o CAPE indeksu i sobzirom da ide leto još češće ćemo govoriti valja se podsetiti ili naučiti nešto novo. Zato osvežavam temu. 

[Freddy]

CAPE i LI su dva najjača pokazatelja verovatnoće formiranja olujnih oblaka. Dodao bih da je jako teško prognozirati oblast koja će biti pogođena nevremenom, jer često se formira jak olujni oblak u području sa velikom nestabilnošću(ponekad i supercell) koji vrlo lako i brzo pređe u oblast sa stabilnijom atmosferom.

[Stefano]

ovo me je bas interesovsalo, nego dajte link sa kartama trenutne nestabilnosti

[Freddy]

Ja znam samo za ovo: http://www.wetterzentrale.de/topkarten/fsavneur.html

[Joe]

Ja znam samo za ovo: http://www.wetterzentrale.de/topkarten/fsavneur.html

Nakon toga klikneš na CAPE+Lifted Index i dobijaš kartu sa trenutnim vrednostima CAPE indeksa. Kao što već piše. Plava boja je stabilna atmosfera. Zelena je neka granica kada postoji mogućnost nastanka konvektivne oblačnosti. Žuta i crvena označava veoma nestabilnu atmosferu i postoji veoma velika šansa za nastanak olujnih oblaka. Kod nas retko kada ide dalje od žute boje. Kao što smo videli večeras zelena boja je dovoljna za nastanak veoma jakih oluja.

[petar_pan]

Posto ja mislim da su Cb najlepsi oblaci na svetu mene ova tema jako zanima pa nebi bilo lose da je osvezimo
indeks nestabilnosti je izuzetan mada nisam bas naleteo na kartu ili model koji to bas dobro pokazuje
Vasa iskustava?
neki dobr link?

[Joe]

Ja znam kako najtačnije da očitam indeks nestabilnosti GFS izlaza na određenim koordinatama što me poprilično zadovoljava.

http://www.arl.noaa.gov/ready/cmet.html

Ukucaš koordinate pa biraš šta da ti grafik prikaže.  Ima u padajucem meniju Convective Available Potential Energy. Probaj.

[zec]

Ovih dana bih hteo da se malo više pozabavim indeksima nestabilnosti. Narednih dana ću postepeno govoriti o svakom indeksu, tj. parametru nestabilnosti. Šta koji znači, kako se dobija...
Za početak emagram beogradske sondaže - u pitanju je 22. jun ove godine (tada smo imali jake oluje i grad veličine loptice za tenis).





Uvodne napomene:
Horizontalne linije su izobare, leva(crna) kriva je kriva vlage, desna(crna) kriva je kriva stanja - temperature. Ovde se vide i plave, zelene i ljubičaste krive koje idu iz prizemlja naviše. To su vlažne i suve adijabate i izoterme. Skroz desno na emagramu se nalaze metlice za vetar i parametri.

[zec]

Na desnoj strani emagrama, kao što sam i rekao, nalaze se razni parametri. Za početak bih krenuo o PWAT parametru koji je jednako važan i kao CAPE ili Lifted... On označava količinu vlage u troposferi. Najprostije rečeno, relativno visoka vrednost vlage koja se prostire kroz dublji sloj usloviće višu vrednost PWAT parametra.  On se koristi u situacijama kada postoje uslovi za nastanak superćelija (koji su to uslovi da bi nastala ista - biće u nekom od narednih postova) i to na taj način što nam ukazuje na to koja "vrsta" superćelije bi mogla da se formira. Verovatno većina zna da se superćelijske oluje dele na Hp i Lp superćelije - u zavisnosti od količine padavina koju one produkuju. Što je PWAT viši uzlazne struje neće biti stabilne - brzo će se stvoriti snažna nizlazna struja (koja se u slučaju visokog PWAT indexa nalazi vrlo blizu uzlazne struje Cb-a, a samim tim i će predstavljati opasnost za gušenje uzlazne struje) - rezultat toga jesu vro kratki izlivi obilnih padavina. Posle čega se ćelija gasi.  Ali, u situacijama kada su i ostali parametri za jake oluje visoki (kao što se slučaj na emagramu), i kada postoje potencijali za superćelijske oluje - izglednije će biti Hp superćelije. One imaju mali potencijal za stvaranje krupnog grada, jer uzlazne struje nisu dovoljno jake da transportuju zrna grada u više delove Cb-a i da ih tu "zadrže". Ali, stvara se izražena padavinska zona, olujni udari vetra, a električna pražnjenja su izuzetno snažna. :cheers: Kada je PWAT niži, a ispunjavaju se uslovi za nastanak superćelija - izglednije su Lp superćelije. Dakle, veća zrna grada. Ipak, PWAT indeks ne bi trebalo uvek uzimati kao indikatora za obilne pljuskove - osim u slučaju kada su prognozirani jači razvoji!