Εισαγωγή
Καταιγίδα ονοµάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο σημειώνεται βροχόπτωση συνοδεία ηλεκτρικών εκκενώσεων (αστραπών). Οι καταιγίδες είναι ένα από τα πιο βίαια µετεωρολογικά φαινόµενα και αρκετά συχνά συνοδεύονται από βροχές µεγάλης έντασης, πολύ ισχυρούς ανέµους σε τοπική κλίµακα, χαλαζόπτωση ή ακόµα και ανεµοστρόβιλους. Κατά κανόνα µια καταιγίδα έχει έκταση μερικών δεκάδων χιλιομέτρων και διαρκεί από λίγα λεπτά έως και 1 ώρα. Συνήθως οι καταιγίδες εντοπίζονται σε µεµονωµένα κύτταρα (µονοκυτταρικές), σε συμπλέγματα κυττάρων (πολυκυτταρικές) ή σε µετωπικές ζώνες (γραµµές καταιγίδων). Σε ιδιαίτερες περιπτώσεις η έκταση και η διάρκεια µιας καταιγίδας, καθώς και η ένταση των φαινομένων που τη συνοδεύουν, την καθιστούν επικίνδυνη για εκδήλωση πληµµυρικών επεισοδίων ή ακόµα και ζηµιών σε καλλιέργειες και κατασκευές.
Οι βασικές προϋποθέσεις που πρέπει να πληρούνται έτσι ώστε να αναπτυχθεί και να εκδηλωθεί µια καταιγίδα είναι: αυξημένη υγρασία, ασταθείς αέριες µάζες (αέριες µάζες µέσα στις οποίες ευνοούνται οι ανοδικές κινήσεις) και κάποιος µηχανισµός που θα εκκινήσει τις ανοδικές κινήσεις. Συνήθως, οι καταιγίδες εκδηλώνονται στις τροπικές περιοχές και στα µέσα γεωγραφικά πλάτη, ιδιαίτερα κατά τη θερµή περίοδο του έτους. Ωστόσο υπό προϋποθέσεις, καταιγίδες µπορούν να εκδηλωθούν και το χειµώνα, συνήθως πάνω από τη θάλασσα.
Ο κύκλος ζωής µιας καταιγίδας
Μια καταιγίδα αναπτύσσεται, εκδηλώνεται και διαλύεται σε τρεις φάσεις:
· Η πρώτη φάση είναι το στάδιο του σωρείτη (Εικόνα 4.1α). Κατά το στάδιο αυτό, αναπτύσσεται ένα ανοδικό ρεύµα θερµού αέρα µε αυξανόμενη ταχύτητα. Ο θερµός αέρας που ανέρχεται, ψύχεται, συμπυκνώνονται οι υδρατμοί που περιέχει, σχηµατίζοντας µε τον τρόπο αυτό τους σωρείτες.
· Η δεύτερη φάση ονοµάζεται στάδιο ωρίμανσης (Εικόνα 4.1β). Το ανοδικό ρεύµα έχει µεγιστοποιήσει την ταχύτητά του, µε αποτέλεσµα οι σωρείτες να εξελίσσονται σε σωρειτοµελανίες, αποκτώντας τη µέγιστη κατακόρυφη ανάπτυξη και αγγίζοντας τα όρια της τροπόπαυσης (10-12 km από την επιφάνεια του εδάφους). Παράλληλα οι υδροσταγόνες και οι παγοκρύσταλλοι που περιέχονται µέσα στο νέφος αποκτούν αρκετό βάρος, ώστε πλέον να αρχίζει ένα καθοδικό ρεύµα που παρασύρει προς το έδαφος τη βροχή ή και το χαλάζι που ενδέχεται να έχει σχηματιστεί. Κατά τη διάρκεια της φάσης αυτής εκδηλώνονται και οι ισχυρότερες βροχοπτώσεις στο έδαφος.
· Η τρίτη και τελευταία φάση που οδηγεί στη διάλυση της καταιγίδας, ονοµάζεται φάση εξασθένησης (Εικόνα 4.1γ). Σε αυτό το στάδιο το ανοδικό ρεύµα έχει σχεδόν εκλείψει, δίνοντας τη θέση του στο καθοδικό ρεύµα που είχε αναπτυχθεί κατά τη φάση ωρίμανσης, και η βροχή σταδιακά εξασθενεί.
Εικόνα 4.1. Ο κύκλος ζωής µια καταιγίδας. α) φάση σωρείτη (developing stage), β) φάση ωρίµανσης (mature stage), γ) φάση εξασθένησης dissipating stage). (πηγή: https://www.nssl.noaa.gov/education/svrwx101/thunderstorms/)
Tύποι καταιγίδων
Οι καταιγίδες ανάλογα µε τον τρόπο και τα αίτια σχηματισμού τους διακρίνονται σε τρεις βασικές κατηγορίες. Σε καταιγίδες αέριας µάζας - δυναµικές ή θερµικές, σε ορεογραφικές καταιγίδες και σε µετωπικές καταιγίδες.
· Καταιγίδες αέριας µάζας. Οι καταιγίδες αυτές αναπτύσσονται είτε λόγω της έντονης θέρμανσης του εδάφους και του προσκείμενου σε αυτό αέρα κατά τη θερµή περίοδο του έτους (θερµικές καταιγίδες), είτε λόγω ύπαρξης αρκετά ψυχρών αερίων µαζών στα µέσα στρώµατα της ατμόσφαιρας (δυναµικές καταιγίδες). Και στις δυο περιπτώσεις δημιουργούνται ανοδικές κινήσεις που σχηματίζουν τα καταιγιδοφόρα νέφη. Στη χώρα µας, καταιγίδες αέριας µάζας εκδηλώνονται συνήθως πάνω από ηπειρωτικές περιοχές κατά τις µεσηµβρινές και πρώτες απογευματινές ώρες, από το Μάιο έως και το Σεπτέμβριο.
· Ορεογραφικές καταιγίδες. Ορεογραφικές καταιγίδες αναπτύσσονται όταν µια ροή αέρα από τη θάλασσα συναντά σηµαντικά εµπόδια, όπως νησιά ή βουνά (Εικόνα 4.2), είτε όταν µια υγρή και ασταθής αέρια µάζα συναντά έντονο ανάγλυφο. Σε αυτήν την περίπτωση το αίτιο που προκαλεί τις ανοδικές κινήσεις είναι το εµπόδιο που εξαναγκάζει την αέρια µάζα σε ανύψωση.
Στην χώρα µας ορεογραφικές καταιγίδες εκδηλώνονται κυρίως στα δυτικά προσήνεµα του ορεινού άξονα της Πίνδου, στα βόρεια τµήµατα της Κρήτης όταν επικρατεί βόρειο ρεύµα στο Αιγαίο, καθώς και στην Εύβοια όταν πνέουν βόρειοι-βορειοανατολικοί άνεµοι κατά τη διάρκεια του χειµώνα.
Εικόνα 4.2. Ορεογραφική ανύψωση αερίων µαζών στην προσήνεµη πλαγιά ορεινών όγκων. (πηγή: https://mrcc.illinois.edu/living_wx/thunderstorms/index.html)
· Μετωπικές καταιγίδες. Οι µετωπικές καταιγίδες εκδηλώνονται κατά τη διέλευση θερµών και κυρίως ψυχρών µετώπων. Στα θερµά µέτωπα, οι καταιγίδες ενδέχεται να εκδηλωθούν µπροστά από τη µετωπική επιφάνεια, ενώ στα ψυχρά µέτωπα ακριβώς πίσω από τη µετωπική επιφάνεια (Εικόνα 4.3). Το αίτιο εκδήλωσης µετωπικών καταιγίδων είναι η βίαιη εκτόπιση του θερµού αέρα από ψυχρότερο ο οποίος ρέει σα σφήνα στα κατώτερα ατμοσφαιρικά στρώµατα. Στη χώρα µας µετωπικές καταιγίδες εκδηλώνονται κατά την ψυχρή περίοδο του έτους και ιδιαίτερα από τον Νοέμβριο έως και το Μάρτιο συνοδεύοντας καλά οργανωμένα βαρομετρικά χαµηλά.
Εικόνα 4.3. Ανύψωση θερµών αερίων µαζών σε θερµό και ψυχρό µέτωπο. (πηγή: http://apollo.lsc.vsc.edu)
Κεραυνοί
Αστραπή είναι μια ηλεκτρική εκκένωση, π.χ. μια ραγδαία αναδιανομή του ηλεκτρικού φορτίου μέσα σε καταιγιδοφόρα νέφη ή ανάμεσα του νέφους και του περιβάλλοντος του. Η αναδιανομή αυτή μπορεί να συμβεί με τρεις τρόπους: α) μεταξύ δύο διαφορετικών νεφών, β) μέσα στο ίδιο το νέφος και γ) μεταξύ νέφους και εδάφους - ο οποίος ονομάζεται και κεραυνός.
Μέσα στα καταιγιδοφόρα σύννεφα, συνυπάρχουν πολλά εκατομμύρια σωματίδια πάγου (παγοκρύσταλλοι), που συγκρούονται συνεχώς μεταξύ τους. Κατά τη διάρκεια των συγκρούσεων μεταφέρονται αρνητικά φορτισμένα σωματίδια (ηλεκτρόνια) από το ένα σωματίδιο στο άλλο, με αποτέλεσμα οι παγοκρύσταλλοι να εμφανίζουν θετικό ή αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο (Εικόνα 4.4). Συνήθως, οι παγοκρύσταλλοι που έχουν μεγαλύτερη μάζα αποκτούν αρνητικό φορτίο μετά την σύγκρουση και καταλήγουν στην βάση του νέφους λόγω της επίδρασης της βαρύτητας. Αντίθετα, οι παγοκρύσταλλοι με μικρότερη μάζα αποκτούν συνήθως θετικό φορτίο και οδηγούνται προς την κορυφή του νέφους με την βοήθεια των ανοδικών ρευμάτων.
Η αύξηση του αρνητικού φορτίου στη βάση του σύννεφου, απωθεί τα αρνητικά φορτία που βρίσκονται στο έδαφος προς το εσωτερικό του, με αποτέλεσμα η επιφάνειας της γης να αποκτήσει ένα ισχυρό θετικό φορτίο. Όταν η διαφορά δυναµικού ανάµεσα στη βάση του νέφους και το έδαφος υπερβεί τη διηλεκτρική αντοχή του αέρα ξεσπά ο κεραυνός.
Εικόνα 4.4. Η κατανομή του ηλεκτρικού φορτίου μέσα στο σύννεφο και η περιοχή σύγκρουσης των παγοκρυστάλλων.
Ο ήχος που συνοδεύει τις αστραπές και τους κεραυνούς ονοµάζεται βροντή. Προκαλείται λόγω της πολύ υψηλής θερμοκρασίας που αναπτύσσεται κατά µήκος του διαύλου της ηλεκτρικής εκκένωσης. Ο αέρας θερμαίνεται έντονα (28.000 οC-30.000 οC) κατά µήκος του διαύλου και εκτονώνεται στην ατμόσφαιρα.
Πρόγνωση κεραυνικής δραστηριότητας δίνεται στο παρακάτω
link
https://meteo.gr/meteomaps/gr_wrf_Lightning.cfm
.
