۱۳۹۳/۰۲/۳۰

اَبـَرحفره

یک اَبـَرحفره بر فراز تگزاس
اَبـَرحفره یا اَبـَرسلول (Supercell) یک توده‌ ابر توفانی است که از ویژگی سیستم‌های میان چرخندی بهره‌مند می‌باشد. از بارزترین خصوصیات این نوع توفان می‌توان به گردباد مداوم و مرتفع بالارو اشاره کرد. به همین دلیل، از این توفان‌ها گاهی با عنوان «توفان‌های چرخشی» یاد می‌شود. از میان دسته بندی‌های چهارگانه توفان‌ (که عبارتند از اَبـَرحفره، خط بوران، چند سلولی و تک سلولی)، اَبَرحفره‌ها از نادر‌ترین آن‌ها به شمار می‌روند که در عین حال از پتانسیل کافی برای تبدیل شدن به یکی از شدید‌ترین انواع توفان برخوردار می‌باشند. اغلب اَبَرحفره‌ها از دیگر توفان‌ها مجزا می‌باشند و خود به تنهایی می‌توانند شرایط جوی محلی را تا شعاع ۳۰ کیلومتری خود تحت تاثیر قرار دهند. اَبـَرحفره‌ها اغلب به ۳ گروه متعارف، کم بارش (LPو پربارش (HPتقسیم می‌شوند. نوع کم بارش اغلب در مناطقی که دارای اقلیم خشک‌تر می‌باشند مشاهده می‌شوند؛ مانند دشت‌های مرکزی و شمال آمریکا. نوع پربارش‌تر، در مناطق مرطوب‌تر یافت می‌شود. با این حال، اَبـَرحفره‌ها می‌توانند در هر نقطه‌ای از کره‌ی زمین - به شرط تامین شرایط مناسب جوی - رخ دهند، اما در دشت‌های وسیع مرکزی ایالات متحده شایع‌تر می‌باشند (منطقه‌ای که در اصطلاح هواشناسی بنام "کوچه‌-گردباد‌" شناخته می‌شود).

به طور معمول، اَبـَرحفره‌ها در بخش گرم یک سیستم کم فشار که به طور کلی در جهت شمال شرق، هم خط با جبهه سرد در حال حرکت می‌باشند، یافت می‌شوند. از آنجایی که می‌توانند برای ساعت‌ها دوام داشته باشند، از آن‌ها همچنین با عنوان توفان‌های «شبه ماندگار» نیز یاد می‌شود. اَبَرسلول‌ها قابلیت آنرا دارند که از جهت حرکت باد (نسبت به برش عمودی آن) منحرف شوند که در اینصورت اگر به سمت راست و یا چپ جهت حرکت باد تغییر مکان دهند، به آن‌ها به ترتیب «راست-رو» یا «چپ-رو» گفته می‌شود. اَبـَرسلول‌ها همچنین گاهی می‌توانند به دو گرباد مجزا و پادگرد تقسیم شوند که در نتیجه توفان به دو اَبـَرسلول مجزا تبدیل می‌شود.

اَبـَرحفره‌ها می‌تواند در هر اندازه‌ای تشکیل شوند؛ کوچک، بزرگ، پَست و یا مرتفع. از ویژگی‌های بارز اَبـَرحفره‌ها می‌توان به تگرگ فراوان، بارش‌های سیل‌آسا، بادهای قوی، و فروهـَنج قابل توجه اشاره کرد. با اینکه اَبـَرحفره‌ها دارای پتانسیل لازم برای ایجاد گردباد در درون سیستم‌های میان‌چرخند می‌باشند، اما از میان آن‌ها تنها ۳۰٪ و حتی کمتر ایجاد گردباد می‌کنند.

همان طور که اشاره شد، اَبـَرحفره‌ها می‌توانند در هر نقطه‌ای از جهان تحت شرایط جوی مناسب رخ دهند. اولین توفانی که به عنوان یک اَبـَرحفره شناخته شد، توفان Wokingham بود که در انگلستان به وقوع پیوست و توسط Keith Browning و Frank Ludlam در سال ۱۹۶۲ مورد مطالعه قرار گرفت. Browning مطالعات ابتدایی را انجام داد که سپس توسط Lemon و Doswell به منظور توسعه‌ی یک مدل مفهومی مدرن برای اَبـَرحفره‌ها دنبال شد. تا آنجایی که داده‌ها نشان می‌دهند، اَبـَرحفره‌ها در دشت‌های وسیع مرکزی ایالات متحده و جنوب کانادا شایع‌تر می‌باشند و تا جنوب شرقی ایالات متحده، شمال مکزیک، مرکز شرقی آرژانتین، مناطق مجاور اروگوئه و بنگلادش، بخش‌هایی از شرق هند، آفریقای جنوبی و شرق استرالیا گسترش می‌یابند. اَبـَرحفره‌ها همچنین گاهی در بسیاری دیگر از مناطق مانند عرض‌های جغرافیایی میانی، از جمله شرق چین و در سراسر اروپا نیز رخ می‌دهند. به طور معمول، مناطقی که دارای موارد متعدد اَبـَرحفره می‌باشند، دارای موارد متعدد وقوع گردباد نیز می‌باشند.

در حال حاضر، یک مدل مفهومی رایج در توضیح رفتار اَبـَرحفره‌ها، در مقاله‌ی Severe Thunderstorm Evolution and Mesocyclone Structure as Related to Tornadogenesis نوشته Leslie R. Lemon و Charles A. Doswell III ارائه شده است.

اَبـَرحفره‌ها چرخش خود را از طریق کج کردن تاوایی افقی یک تاوه افقی نامرئی به کمک نیروی برشی باد بدست می‌آورند. جریان‌های قوی بالاسو، هوا را به دور یک محور افقی به گردش وا می‌دارد که این گردش باعث خواهد شد تا هوا سپس به دور یک محور عمودی به سمت بالا حرکت کند. این فرایند منجر به ایجاد یک چرخش عمیق بالاسو یا‌‌ همان میان‏‌چرخند می‌شود.

معمولن برای تشکیل جریان‌های قوی بالاسو، به یک وارونگی کلاهکی↓ نیاز می‌باشد. کلاهک، یک لایه وارونه (لایه گرم بالای سرد) را بالای لایه مرزی طبیعی (سرد بالای گرم) قرار می‌دهد، و با جلوگیری از بالا رفتن هوای گرم سطحی، منجر به وقوع یکی و یا هر دو مورد روبرو می‌شود: هوا در زیر کلاهک، گرم و یا مرطوب‌تر می‌شود. هوا در بالای کلاهک خنک می‌شود.

این پدیده باعث ایجاد یک لایه‌ی گرم‌تر و مرطوب‌تر در زیر لایه خنک‌تر می‌شود که به طور فزاینده‌ای ناپایدار می‌شود (زیرا هوای گرم، کم تراکم بوده و تمایل به بالاروی دارد). هنگامی که کلاهک تضعیف شده و یا حرکت می‌کند، توسعه انفجارگونه ابر‌ها حاصل می‌گردد.

در آمریکای شمالی در رادارهای داپلر، اَبـَرحفره‌ها به طور معمول به شکل یک قلاب در ضلع جنوب غربی منطقه شکل گیری طوفان در یک نقطه ظاهر می‌شوند و به شکل پروانه‌ای به سمت شمال شرق گسترش می‌یابند. شدید‌ترین بارش‌ها به طور معمول در ضلع جنوب غربی رخ می‌دهند و به طور ناگهانی در فاصله کوتاهی از پایه‌ی جریان بالاسوی اصلی (که در رادار قابل رویت نیست) پایان می‌یابند. فروهنج ضلع پشتی (Rear Flank Downdraft) یک اَبـَرحفره، بارش را در جهت پادساعتگرد به طرف ضلع شمالی و شمال غربی پایه‌ی جریان بالاسو منتقل می‌کند و باعث تولید یک پژواک قلابی شکل می‌شود که نشان دهنده‌ی حضور یک میان چرخند می‌باشد.

ویژگی‌های یک اَبـَرحفره
تاج پرتابی (Overshooting top): این عارضه «گنبدی» شکل است که در بالای سندان توفان شکل می‌گیرد و در پی یک جریان بالاسوی بسیار قوی که قدرت کافی برای رخنه در سطوح فوقانی وردسپهر را داشته باشد بوجود می‌آید. برای مشاهده‌ی تاج پرتابی یک ابرحفره، باید فاصله ناظر از ابرحفره مناسب باشد. در صورتی که ناظر مستقر بر روی سطح زمین بیش از اندازه به توفان نزدیک باشد، بخاطر وجود سندان نمی‌تواند تاج پرتابی ابرحفره را مشاهده کند.

سندان (Anvil): سندان به دلیل برخورد جریان‌های بالاسوی هسته‌ی توفان با سطوح فوقانی پایین‌ترین لایه‌ی جو، یعنی وردسپهر، شکل می‌گیرد. در واقع سندان با توجه به قوانین دینامیک سیالات و به طور خاص تحت فشار، رطوبت و تراکم موجود، به جز گسترش افقی در بالای وردسپهر، فضای دیگری برای انتشار ندارد. سندان بسیار سرد و در عمل فاقد بارندگی می‌باشد. از آنجایی که رطوبت بسیار کمی در سندان وجود دارد، باد می‌توانند آزادانه حرکت کند. ابر‌ها سندان خود را هنگامی شکل می‌دهند که هوای بالارو به ارتفاع ۱۵۲۰۰-۲۱۳۰۰ متری یا بیشتر می‌رسد. یکی از ویژگی‌های متمایز سندان، گسترش رو به خارج در مقابل طوفان بشکل یک قفسه می‌باشد. در برخی موارد، سندان می‌تواند حتی به پشت توفان نیز چین خورده شود که به نام «سندان پس‌برشی» شناخته می‌شود که نشانه‌ای دیگری از یک جریان بالاسوی بسیار قوی می‌باشد.

میان‌چرخند (Mesocyclone): تاوه‌‏ای با چرخش چرخندی به قطر ۲ تا ۱۰ کیلومتر در طوفانهای همرَفتی.
چرخند (Mesocyclone): سامانه‌ی کم‌‏فشاری که در نیمکر‌ه‌ی شمـالی زمین دارای حرکـت پادساعتگَرد و در نیمکره‌ی جنوبی دارای حرکت ساعت‏گَرد می‌باشد.
فروهـَنج (Downdraft): جریان هوای کوچک‏ مقیاس پایین‌‏سو در ابرهای کومه‌‏ای ‏بارا (Cumulonimbus).
ابر کومه‌‏ای ‏بارا (Cumulonimbus): این ابر به صورت یک برج در راستای قائم شکل می‌گیرد که اغلب قسمت بالای آن به صورت سندان است. باران سنگین، رعد و برق، تگرگ و گردباد به طور معمول به همراه این نوع ابر اتفاق می‌افتد.
تاوایی (Vorticity): معیار برداری برای چرخش محلی در شارش هر شاره؛ به بیان ریاضی، تاو بردار سرعت.
وارونگی کلاهکی (Capping Inversion): لایه‌‏ای با پایداری ایستا بر فراز لایه مرزی جو.
لایه مرزی (Boundary Layer): لایه‌‏ای از شاره درست در مجاورت سطح مرزی مشخص.
وردسپهر (Troposphere): قسمت پایینی جو (از سطح زمین تا ارتفاع حدود ۱۰ تا ۲۰ کیلومتر) که در آن دما با افزایش ارتفاع تقریبن به ‌صورت یکنواخت کاهش می‌‏یابد.