Earth
Temporale convettivo
Guarda un pomeriggio d’estate costruire un temporale sopra la prateria: il sole scalda il suolo, lo strato rimescolato si approfondisce lungo l’adiabatica secca ed erode il coperchio sopra di esso, e la particella sollevata - secca fino al suo livello di condensazione, poi satura lungo la pseudoadiabatica - mostra la sua CAPE e la sua CIN su una lavagna di radiosondaggio accanto al cielo. I cumuli di bel tempo stanno alla base delle nubi, circa 125 m più in alto per ogni kelvin di scarto dal punto di rugiada, finché le termiche portano la particella oltre il suo livello di convezione libera; allora la torre sale alla velocità del pennacchio, una corrente ascendente con trascinamento ben al di sotto della formula chiusa sqrt(2 CAPE), e si allarga in un’incudine al livello di equilibrio. La sua pioggia innesca una corrente discendente fredda il cui fronte di raffica soffoca la cella. Rinforza il coperchio e il temporale non arriva mai; secca l’aria in quota e il deflusso diventa più freddo.
Cosa succede
Il radiosondaggio delle 9:00: 24 °C al suolo, 6,5 K/km fino a un’inversione di coperchio di 300 m a 1,8 km, 2,5 K più calda di quanto la renderebbe il gradiente, 7 K/km sopra fino a una tropopausa a 12 km, isoterma oltre; 1000 hPa al suolo, pressione idrostatica in forma chiusa. Un flusso di calore sensibile di 400 W/m² alle 13:00 (alba alle 6:00, tramonto alle 20:00) scalda uno strato rimescolato che segue l’adiabatica secca g/cp dalla temperatura superficiale fino a dove incontra il radiosondaggio; il suo contenuto di calore ρ·cp·∫(T − T_morning)dz eguaglia il calore fornito. La particella superficiale (punto di rugiada 17 °C) sale secca fino al suo esatto livello di condensazione, poi lungo la pseudoadiabatica con la tensione di vapore di Murphy–Koop, RK4 ogni 100 m; B = g·(Tp − Te)/Te dà LFC, EL, CAPE e CIN. Un pennacchio d(w²/2)/dz = B − g·f·q_c − 2ε·w²/2 parte dalla velocità convettiva w* = (g·h·H/(ρ·cp·T))^(1/3); il temporale scoppia quando porta la particella oltre il LFC e sopra −10 °C a 1 m/s o più. La torre sale allora alla velocità del pennacchio, l’incudine si allarga all’EL di π·a²·w_EL su uno spessore di 2 km (a = 2.5 km), il flusso di condensato ρ·w·q_c riempie la nube; dieci minuti dopo che la torre ha superato −10 °C la pioggia raggiunge il suolo, il riscaldamento cessa e l’acqua della nube si svuota secondo dW/dt = C − W/τ con τ = top/(8 m/s), metà come pioggia; il deflusso freddo soffoca la corrente ascendente un tempo di caduta più tardi. Una corrente discendente satura da 3 km dà la DCAPE, la sacca fredda e un fronte di raffica √(2·g′·500 m); i fulmini seguono il tasso di Price–Rind dell’altezza della sommità della nube.
Da provare
Guarda il coperchio reggere nel primo pomeriggio e i cumuli crescere; leggi CAPE, CIN e la base delle nubi rispetto alla regola dei 125 m/K; metti il trascinamento a zero e confronta la corrente ascendente con √(2 CAPE); rinforza il coperchio finché il temporale non arriva mai; secca l’aria in quota e guarda il deflusso diventare più freddo.
Il modello e i suoi limiti
Teoria della particella con un pennacchio unidimensionale e uno strato rimescolato a blocco: nessuna correzione di temperatura virtuale, niente ghiaccio, niente windshear, nessuna dinamica delle nubi risolta e nessun modello elettrico - la torre, l’incudine, la colonna di pioggia e i fulmini sono disegnati dai numeri della particella, e il tasso di fulmini è la legge empirica di Price–Rind. Una sola cella ordinaria, soffocata dal proprio deflusso; lo strato rimescolato conserva il rapporto di mescolanza del mattino. I numeri appartengono a questo pomeriggio idealizzato.
Equazioni del modulo
Equazioni ρ·cp·∫(T − T_m) dz = ∫H dt, T = T_s − (g/cp)·z below h dT/dp = (R_d·T/p + L·r_s/(p − e_s))/(cp + L·∂r_s/∂T), B = g·(T_p − T_e)/T_e d(w²/2)/dz = B − g·f·q_c − 2ε·w²/2, w_EL = √(w0² + 2·(CAPE − CIN)) at ε = f = 0 dW/dt = ρ_b·w_b·q_c − W/τ, DCAPE = ∫ g·(T_e − T_d)/T_e dz, c = √(2·g′·h)
