Kumulonimbus, Cb

•Tipični grmljavinski oblak iz kojeg se izlijevaju pljuskovi kiše, sugradice ili tuče, a zimi katkad guste i krupne, poput krpica velike snježne pahulje•Debeo je i gust•Olovne je boje i dopire vrlo visoko, i često se širi u obliku nakovnja ili lepeze s gornje strane•Često uz njega vezana grmljavina, sijevanje, udari vjetra•Kad uzlazne struje u oblaku oslabe, Cb se razvlači i rasplinjuje•Iz njega mogu nastati Ns, Ci, Sc• Sastoji se u donjem dijelu od običnih kapljica, na većoj visini ima prehladne kapljice, zatim mješavinu prehladnih kapljica i ledenih tvorevina , a pri vrhu oblaka su same ledene čestice. A supercell. While many ordinary thunderstorms are

similar in appearance, supercells are distinguishable by their large-scale rotation.

Cb

Cumulonibus incus

Mammatus clouds in Tulsa, Oklahoma, 1973

Cumulonimbus calvus

3

Opasne vremenske pojave vezane uz razvoj konvektivnih oblaka, ☈➱posljedica otpuštanja ogromnih količina energije pri promjenifaznih stanja vode.

Veći dio te energije služi za pokretanjesame konvekcije (protivno sili teži) dokmanji dio sudjeluje u opasnim popratnimpojavama.

r=5 km

h=10 km

➱ sadrži u prosjeku 8×108 kg kondenzirane vode➱ oslobađa se ~ 1014 J latentne topline

za ∆t = 25 min

snaga ovakvog konvektivnog oblaka odgovara ukupnoj snazi 60 najsnažnijih nuklearnih elektrana nazivne snage 1000 MW.

4

Shema životnog vijeka kumulonimbusa. (a) kumulusna faza, (b) zrela faza tijekom koje se razvija oborina i forma nakovnja i (c) završna faza.

5

•Glavnina n+ između -25°C i -60°C na visinama 8-16 km

•Nakupljanje n-

između -10°C i -20°C izotermina visinama 6-8 km

•Skica tripolarne strukture električnognaboja u kumulonimbusu, sa snažnomćelijom negativnih naboja u središnjemdijelu oblaka i s dvije ćelije pozitivnognaboja, od kojih je donja slabo razvijena.Postoji 4 vrste električnog pražnjenja:oblak-tlo (eng. cloud-to-ground, CG tippražnjenja), unutar oblaka (eng.intracloud, IC tip pražnjenja), oblak-oblak(eng. cloud-to-cloud, CC tip pražnjenja),oblak-gornja atmosfera (eng. cloud-to-airpražnjenja)

6

Skica pojedinih faza oblaka pri razvoju groma ili električnogizbijanja između negativno nabijene baze oblaka i pozitivno nabijenogtla ispod oblaka kao najčešćeg tipa električnog izbijanja u atmosferi.

1) Koraci vodilice svakih 20-50 m uz brzinu napredovanjaod 105-106 m/s

2) Susret glave kanalas hvataljkom odozdo =stvoren ionizirani kanal zamunju

3) Pojava prethodnice i naglidotok struje u susret glavikanala = povratni udar→ kratkotrajnoneutralizira naboj kanala

4) Povratna struja uzzasljepljujući sjaj ili bljesak iprasak, brzine ~107-108 m/s

Bljesak povratne struje =munjaZavršna faza udara groma-----------------------------Single-stroke flash

Nakon stanke – obnavljanjevodljivog kanala i sljedećipovratni udar

Proces dok razlika potencijaladonje baze oblaka i tla nenestane

http://www.nssl.noaa.gov/primer/lightning/images/ltganimation3.gif

7

Električna izbijanja izmeđuoblaka i tla dadu se klasificirati učetiri kategorije prema smjerukretanja vodilice i predznakunjenog naboja u ioniziranomkanalu.

(1) Negativno nabijena vodilica kreće silaznimkanalom od oblaka prema tlu. (~ 90%)

(2) Pozitivno nabijena vodilica kreće silaznimkanalom od oblaka prema tlu iz ćelijepozitivnog naboja oblaka. (~ 10%)

(3) i (4) Vodilice se kreću od tla prema gore i ovevrste munja su izazvane električnim izbijanjemod tla prema oblaku.

Vrste električnog izbijanja izmeđuoblaka i tla

Tip pražnjenja:Cloud-to-ground (CG) Cloud-to-cloud (CC)Intracloud (IC)

•8

• Horizontalna munja (cloud-to-cloud) i pravci (1), (2) i (3) kao pokazatelji udaljenosti od • stajališta S na tlu

• Do opažača S:• najprije stigne zvuk proizveden proizveden dijelom munje najbliže stajalištu S (linija (1),

vrijeme t1), • a zatim opažaču stiže zvuk iz udaljenijih dijelova munje (linija (2) i (3) s vremenima t2 i t3)• Vrijedi: t1 < t2 < t3 .

•Nakon munje ili bljeska – zvučni efekt: grmljavina

�zbog jakog zagrijavanja i ekspanzije zraka unutar kanala munje �nakon nagle ekspanzije nastupa ohlađenje od okoline i kompresija, pa nastanu zvučni valovi (prema istom mehanizmu kao što nastane tutanj topa)�Valovi zvuka od grmljavine putuju brzinom zvuka ~ 330 m/s

Tipična svojstva munje:

• vrijeme trajanja 0.1-0.25 s• jakost struje 1-100 kA• količina naboja 0.02-100 C• snaga 1012 W• energija 109 J• promjer strujnog kanala 2-5 mm • temperatura do 30 000 K• tlak do 20 bar (do 20 000 hPa)• koncentracija elektrona do 1018 cm-3

9

Na Zemlji svake sekunde oko 100 munja

Od toga otpada oko 10% na grmljavinu

Godišnja raspodjela sijevanja

Tropsko područje = glavnogrmljavinsko izvorište sa središtima u ekvatorijalnimdijelovima Amerike i Afrike tepodručjima Indonezije

Čestina opada prema polovima

broj dana s grmljavinom Centralna Amerika ~ 100Indonezija ~ 140 Afrika ~ 180Južna Amerika ~ 200

Europa 20-30 dana

Prema Brooks, 1925

•Svjetlosne pojave na raznim visinama srednje atmosfere iznad troposferskog Cb oblaka

•Brojevi označavaju položaj svjetlosnih pojava na slici:•(1) blue jet (plavi mlaz)•(2) sprite (vatrenjak)javlja se do 90- 100 km visinemože izazvati stvaranje dušičnog oksida u srednjoj atmosferi •(3) elve (vilenjak)pojava crvene boje, prstenasta oblika na visini 90–100 km•(4) grmljavinski oblak Cb•(5) munja između oblaka i tla

•Pojave su snimljene noću vrlo osjetljivim foto kamerama i ne moraju postojati istovremeno. Još uvijek nedovoljno poznate.

Trajanje unutar ¼ s

istovremeno s električnim izbijanjem u donjem dijelu oblaka prema tlu

http://wunderground.com/weather-infographics/lightning/

11

Polarni stratosferski oblaci= sedefasti oblaci

na visini od 15-25km, i do 2 sata nakon što padne mrak ili pred zoru.

•Najčešće u polarnim područjima (φ >60°) zimi zbog temp ~ -78°C

Polarni mezosferni oblaci

•Od 82 do 102km.

•Vide se ljeti na φ ~ (50°-65°)

•φ >65° ne mogu se vidjeti jer noću nije dovoljno mračno.

•Oblaci povezani s neobičnim pojavama•Kelvin-Helmholtz-ovi valovi

•http://www.washingtonpost.com/blogs/capital-weather-gang/wp/2014/03/13/magnificent-example-of-the-mystical-kelvin-helmholtz-instability-from-lake-tahoe-region/

•http://www.youtube.com/watch?v=dcwOn4VeJOE

•Kelvin-Helmholtz valovi javljaju se na oblacima koji tvore skoro uniformnu liniju- izgledaju kao lom valova

•kratkotrajna pojava – javljaju se jer je zračna struja duž podnice oblaka sporija od one na vrhu oblaka

•zbog različitih brzima postoji smicanje-> lom valova

•pojava znak izuzetne turbulencije

Oblaci povezani s neobičnim pojavama(pyrocumulus)

•http://pyrocb.ssec.wisc.edu/archives/166

•The photo, originally published on the Elk Complex Incident site, shows the white (pyrocumulus) cloud rising above the gray smoke plume on the afternoon of August 10 (2013).

•Poznat kao “fire cloud,” = pyrocumulus

• izgleda kao normalni Cu

•Uzrok drugačiji: posljedica izrazitog zagrijavanja tla uslijed požara (ili vulkanske erupcije) – vidi se po velikom stupu dima na donjoj strani oblaka

• Ako se pirokumulus javi u području gdje ima puno vodene pare u atmosferi- dolazi do razvoja pirokumulonimbusa

Oborina

Oborina nastaje kad oblačne tvorevine postanu dosta velike da mogu ispadati i doprijeti do tla

U vodenim oblacima: veće kišne kapi nastaju združivanjem više sitnih kapljicaKatkad kišne kapi ispare prije dolaska do tla

Ako pada prehladna kiša, rosulja ili izmaglica, nastat će poledica

Povećanje kristala u čistom ledenom oblaku: Sudarom se dva ili više kristala ⇒ snježne pahuljice

Oborina se najlakše stvara u mješovitim oblacima (Ns i Cb) koji se sastoje od prehladnih kapljica i ledenih kristala.

na štetu brojnih kapljica, kapljice isparavaju na postojećim kristalima ⇒ brz rast kristala.

�Formiranje oborinskih kapljica ovisi o:

1) obliku i širini prepreke

2) brzini struje

3) tipu zračne mase

Oborina

• kiša (Ns, Sc) • rosulja = tekuća oborina promjera samo 0.5 mm u maloj količini iz St• zrnati snijeg = čvrsta oborina malog promjera u maloj količini (iz St)• solika = bijela i neprozirna zrna okruglog ili stožastog oblika promjera 2 do 5 mm• snijeg (Ns)• tuča = kuglice ili nepravilni komadi leda znatnog promjera od 2.5 do 25 mm katkad i veći. Elementi tuče sastoje se od prozirnih i neprozirnih dijelova, iz Cb najčešće u toplom dijelu godine• ledena zrna = prozirna ili poluprozirna polumjera 2.5 mm ili manji. Zrna obično pucaju pri padu na tvrdu podlogu i proizvode zvuk sličan šuštanju (padaju u hladnom dijelu godine).• sugradica = ima neprozirnu jezgru poput snijega, ovijenu prozirnim slojem leda, pada s kišnim pljuskovima u toplom dijelu godine

•Oborina koja se izlučuje na tlu• rosa (rezultat kondenzacije vodene pare prizemnog sloja zraka do temp. rosišta)• mraz (nastaje taloženjem vodene pare na ohlađenim predmetima ili bilju kad je rosište niže od 0°C, a zrak se ohladi ispod rosišta)• inje (naslage ledenih kristala na bridovima predmeta, granju, električnim vodovima). Nastaje pri vrlo hladnom vremenu u magli koja struji ili u gibanju kroz maglu

16

Zračne mase i vrtložni sustavi

ZRAČNE MASE = neki veliki volumen zraka dugo zadržava na nekom području poprimajući neka svojstva te podloge (temperaturu i vodenu paru) Dimenzije ⇒ U horizontali 500 - 5000 km

⇒ U vertikali 1- 20 km.

Podjela zračne mase:- po mjestu nastanka (polarna, arktička, suptropska...)- po vlažnosti: suha (kontinentalna), vlažna (maritimna)- po stabilnosti: stabilna, nestabilna- po temperaturi: topla, hladna

Sporo premještanje zračnih masa (cca. nekoliko dana da bi zračna masa prešla preko nekog područja).

Hoće li neka zračna masa biti topla ili hladna ovisi o tome kakav je odnos njene temperature i temperature podloge na koju dolazi.

17

Fronte- topla- hladna- okludirana

Na dodiru dviju različitih masa postoji prijelazna zona (FRONTALNA PLOHA), široka oko 100 km gdje se miješaju svojstva zračnih masa.

Teža (znači hladnija) zračna masa se potkopava pod lakšu topliju zračnu masu (u obliku klina).

Atmosferske fronte su u baričkom smislu sastavni dijelovi ciklona.

1917. V. Bjerknes, u suradnji sa svojim sinom Jacobom i drugima u Bergenskoj školi (Norveška) razvili teoriju polarnih fronti.

Zone između toplog i hladnog zraka nazvali “frontama” po analogiji s ratnim frontama u 1. svjetskom ratu.

Vilhelm Bjerknes(1862-1951)

18

19

Anticiklonapodručje povišenog atmosferskog tlaka u kojem su izobare zatvorene krivulje.

Na sjevernoj hemisferi horizontalno kruženje zraka u anticikloni je u smjeru kazaljke na satu, a na južnoj je protusatno.

Zrak se u anticikloni polako spušta (proces supsidencije) ⇒ pri tlu vjetar divergira.

Plohe su ispupčene, što znači da je u središtu anticiklone tlak viši nego u okolnim točkama na istoj nadmorskoj visini.

•Zbog značajne supsidencije; atmosfera stabilna i relativno mirna uz slab vjetar • Ljeti je vedro i toplo, a u poslijepodnevnim• satima česti razvoj niskih Cu. • Zimi je u anticikloni hladno, a pri tlu u• središnjem dijelu Ac postoji temp. inverzija•Ako ima dovoljno vlage u zraku, tada se unutarsloja invezije razvija dugotrajna magla.

20

Ciklona

Ciklona je područje sniženog atmosferskog tlaka u kojem su izobare zatvorene krivulje.

Na sjevernoj hemisferi horizontalno kruženje zraka u cikloni je protusatno, a na južnoj je satno.

Zrak pri tlu konvergira prema središtu ciklone te se nad njenim središtem diže.

21

Ciklona

U stražnju stranu ciklone prodire hladna zračna masa (3).

Najburniji procesi (nastanak oblaka i oborine) događaju se u toplom sektoru te u frontalnim područjima, a vrijeme na stražnjoj strani ciklone (3) je mirnije.

Pogled odozgo na zrelu ciklonu na sjevernoj hemisferi.

Razvijena ciklona ima promjer reda veličine 1000 km.

Na prednjoj strani ciklone prema njenom središtu struji svjež zrak (područje 2).

U području omeđenom toplom i hladnom frontom, koje nazivamo topli sektor (1), nalazi se topla i vlažna zračna masa.

22

hladna fronta brža od tople

četiri do pet dana u prosjeku hladna fronta dostiže toplu frontu.

topli zrak se potiskuje u visinu, jer je lakši od obje hladne zračne mase.

⇒ tri zračne mase: dvije hladne u prizemlju i jednu toplu iznad njih. Ovu situaciju nazivamo okluzija.

Okluzija predstavlja završni čin u životu ciklone. Smisao ciklone je bio miješanjem zračnih masa poništiti temperaturnu razliku među zračnim masama.

Ciklona će živjeti još najviše dan ili dva.

Okludirana fronta

23

Ciklona

Ciklogeneza: bilo koji razvoj ili jačanje ciklonalne cirkulacije; obično u dolinama Rossbijevih valova

Pod ciklogenezom podrazumijevamo1) razvoj ciklonalne cirkulacije tamo gdje ona prije nije postojala – npr. nastajanje ciklone ili doline niskog tlaka, i 2) intenzifikaciju postojećeg ciklonalnog strujanja – tj. strujanja s ciklonalnom rotacijom.

Proces suprotan ciklogenezi (tj. slabljenje ciklonalne cirkulacije) naziva se cikloliza.

Fultzovi_exp_Rossby_film

Rossby-jevi valovi na 500-hPa plohi