|
Na internet adresi http://www.wetterzentrale.de/topkarten/fsavneur.html nalaze se neki prognostički materijali američkog numeričkog modela GFS, među kojima se može pronaći i karta označena kao CAPE+Lifted Index. Ovo je vjerojatno najvažnija karta za prognoziranje konvekcijskih oluja. Slijedi kratko tumačenje te karte. (ubaciti sliku!)
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 pretvoriti 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 jednako hladi kao i prije, te uslijed većeg opadanja temperature okoline sa visinom u nestabilnom zraku, nakon što se popne za x metara, njezina temperatura će biti viša nego temperatura okoline. 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. Drugim riječima, čest ima potencijalnu toplinsku energiju koja se može pretvoriti u kinetičku, odnosno ima određeni CAPE, ako prilikom dizanja, na nekoj visini postane toplija od svoje okoline. Kolika će biti energija, ovisi o dvije stvari:
1) vertikalnom opadanju temperature zraka – klasično govoreći, 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 stopa opadanja 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) 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. Pri oslobađanju ove latentne energije, ona ubrzava dižuće česti zraka. Slično vrijedi i pri zaleđivanju iz tekućeg stanja. Atmosfera može biti i uvjetno nestabilna; ovo se događa kada je stopa opadanja temperature s visinom manja od 1°C na 100m visine dok je čest nezasićena, no kad počne ukapljivanje u dižućoj česti, ona postaje nestabilna (toplija od okoline) zbog oslobađanja latentne topline ukapljivanja. Za nastanak konvekcije u tim uvjetima, potreban je dobar "okidač", tj. mehanizam koji će prisilno započeti uzlazne struje, te dovesti čest u zasićeno stanje, nakon čega će ona sama nastaviti uzgonsku konvekciju (npr. konvergencija prizemnog vjetra, dizanje na privjetrini planine, prolazak frontalnog poremećaja i sl.).
CAPE se na termodinamičkom skew-t dijagramu prikazuje kao površina omeđena temperaturom dižuće česti s jedne strane i temperaturom okoline s druge, startavši od LFC (level of free convection) pa do EL (equilibrium level), odnosno, računa se integrirajući razliku navedenih temperatura po visini (podijeljenu sa njihovom aritmetičkom sredinom) između dvije navedene razine. 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, ali 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. Preciznije govoreći, lifted index je razlika između temperature okoline i temperature dižuće česti, mjerivši na visini 500hPa, a koja je krenula sa 1000hPa.
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 prikazan na slici. Plava područja na ovim kartama su sa CAPE=0 i pokazuju stabilnu atmosferu bez velike vjerojatnosti nastanka olujnih oblaka. Crvena su pak područja ona s velikom vrijednosti CAPE, velikim brzinama vertikalnih struja i velikom mogućnošću nastanka oluja. Slično vrijedi za lifted index koji je prikazan na istoim kartama zatvorenim sivim linijama (odnosno crtkano-bijelim kod LI <0).
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.
Na samom kraju, valja naglasiti kako postoji više vrsta CAPE-a, s obzirom na razinu s koje dižemo čest u visinu (SBCAPE, MLCAPE, MUCAPE); zbog pomanjkanja informacija, nije potpuno jasno koji se točno CAPE nalazi na wetterzenrale plot-ovima, pa ovdje nećemo ulaziti u te detalje. |
