Severe Weather 101
Typy wyładowań atmosferycznych
Większość wyładowań atmosferycznych rozpoczyna się w trakcie burzy i przechodzi przez Chmura. Może wtedy pozostać w chmurze lub kontynuować podróż na otwartym powietrzu, a ostatecznie na ziemię. W chmurze pozostaje około 5 do 10 razy więcej błysków niż błysków, które docierają do ziemi, ale poszczególne burze mogą mieć więcej lub mniej błysków docierających do ziemi. Piorun może uderzyć tam, gdzie nie pada, a nawet zanim deszcz dotrze do ziemi!
Błyski z chmury do ziemi
Rozkład ładunku w typowej chmurze burzowej
Czy wyładowania atmosferyczne pojawiają się czy opadają? Błyski mogą uderzać w ziemię na dwa sposoby: naturalnie w dół (te, które występują z powodu normalnej elektryfikacji środowiska) i sztucznie inicjowane lub wyzwalane w górę. Sztucznie inicjowane pioruny są związane z takimi rzeczami, jak bardzo wysokie konstrukcje, rakiety i wieże. Błyskawica wyzwalana zaczyna się na „ziemi”, która w tym przypadku może oznaczać szczyt wieży, i wędruje w górę do chmury, podczas gdy „naturalna” błyskawica rozpoczyna się w chmurze i wędruje na ziemię. Piorun wyzwalany w górę zwykle występuje w odpowiedzi na naturalny błysk błyskawicy, ale w rzadkich przypadkach może być „wyzwalany samoczynnie” – zazwyczaj podczas zimowych burz z silnymi wiatrami. Błyskawica może być również wyzwalana przez samolot lecący przez silne pola elektryczne. Jeśli samolot jest poniżej chmury może powstać błysk CG.
W najpowszechniejszym typie wyładowań atmosferycznych (CG) kanał ładunku ujemnego, zwany schodkowym przewodnikiem, będzie zygzakiem w dół mniej więcej Segmenty o długości 50 jardów ułożone w rozwidlony wzór. Ten schodkowy przypon jest niewidoczny dla ludzkiego oka i strzela do ziemi w krótszym czasie niż potrzeba, aby mrugnąć. Gdy zbliża się do ziemi, ujemnie naładowany przypon schodkowy tworzy kanały streamerów o dodatnim ładunku sięgać w górę, zwykle z wyższych obiektów w okolicy, takich jak drzewo, dom lub słup telefoniczny. Gdy przeciwnie naładowany lider i streamer łączą się, zaczyna płynąć silny prąd elektryczny. Ten powrotny prąd udarowy o jasnej jasności przemieszcza się około 60 , 0 00 mil na sekundę z powrotem w kierunku chmury. Negatywny błysk CG składa się z jednego lub nawet 20 ruchów powrotnych. Widzimy migotanie błyskawicy, gdy proces szybko powtarza się kilka razy na tej samej ścieżce. Rzeczywista średnica prądu w kanale wyładowań atmosferycznych wynosi od jednego do dwóch cali i jest otoczona obszarem naładowanych cząstek.
Bardziej powszechny błysk z chmury do ziemi ma ujemnego schodkowego lidera, który przemieszcza się w dół przez chmurę, po czym następuje ruch powrotny w górę. Efektem netto tego błysku jest obniżenie ładunku ujemnego z chmury do ziemi, więc jest powszechnie określany jako ujemny CG (lub -CG). Rzadziej wędrujący w dół dodatni lider, po którym następuje ruch powrotny w górę, obniży dodatni ładunek do ziemi, określany jako dodatni CG (lub + CG). Błyski + CG zwykle mają tylko jeden skok powrotny i są bardziej prawdopodobne niż -CG, aby mieć ciągły przepływ prądu. Niektóre burze wytwarzają więcej + CG, a częściej niektóre więcej -CG (i niektóre oba) ze względu na rozkład ładunków w burzach. Burze, które wytwarzają głównie negatywne CG, zwykle wytwarzają CG na wcześniejszych etapach cyklu życia burzy i wytwarzają znacznie więcej CG niż podobne burze, które zamiast tego wytwarzają głównie pozytywne CG.
„Piorun z błękitu” to CG, który zaczyna się wewnątrz chmura, opuszcza stronę burzy, a następnie przemieszcza się poziomo z dala od chmury, zanim zejdzie na ziemię. Piorun z błękitu może uderzyć w ziemię w miejscu, nad którym znajduje się „błękitne niebo”. Dlatego nawet burza oddalona o 6 mil może być niebezpieczna.
Błyski chmur
Jest wiele błysków, które nie docierają do ziemi. Większość z nich pozostaje w chmurze i nazywane są błyskawicami wewnątrz chmury (IC). Błyski chmur czasami mają widoczne kanały, które wychodzą w powietrze wokół burzy (chmura w powietrze lub CA), ale nie uderzają w ziemię. Termin błyskawica arkuszowa jest używany do opisania lampy błyskowej IC osadzonej w chmurze, która zapala się jako arkusz jasności podczas błysku.
Inne terminy związane z wyładowaniami atmosferycznymi
Termin pokrewny, błyskawica cieplna, to jakakolwiek błyskawica (IC lub CG) lub oświetlenie wywołane piorunem, które jest zbyt daleko, aby grzmot był słyszalny . Może mieć czerwonawy („ciepło”) kolor, podobnie jak zachody słońca, z powodu rozpraszania niebieskiego światła. Istnieje wiele błędnych przekonań na temat błyskawic ciepła, ale nie różnią się one niczym od zwykłych błyskawic. Błyskawice mogą również przemieszczać się z jednej chmury do drugiej lub chmura-chmura (CC). Pająk błyskawica odnosi się do długich, przemieszczających się poziomo błysków, często widzianych na spodzie warstwowych chmur. Błyskawice pająka są często połączone z błyskami + CG.
Przejściowe zdarzenia świetlne
Duże burze są w stanie wywołać inne rodzaje zjawisk elektrycznych zwanych przejściowymi zdarzeniami świetlnymi (TLE), które występują wysoko w atmosferze. Rzadko są obserwowane wizualnie i niezbyt dobrze rozumiane. Najpopularniejsze TLE to czerwone duszki, niebieskie dżety i elfy.
Duszki mogą pojawiać się bezpośrednio nad aktywną burzą jako duże, ale słabe wyładowanie. Zwykle zdarzają się w tym samym czasie, co silne, pozytywne uderzenia pioruna CG. Mogą rozciągać się do 60 mil od szczytu chmury. Sprity są przeważnie czerwone i zwykle trwają nie dłużej niż kilka sekund, a ich kształty są opisywane jako przypominające meduzy, marchewki lub kolumny. Ponieważ skrzaty nie są zbyt jasne, można je zobaczyć tylko w nocy. Rzadko można je zobaczyć ludzkim okiem, dlatego najczęściej fotografuje się je bardzo czułymi aparatami.
Ciekawostka: piloci samolotów od czasu do czasu donosili, że widzieli błyskawice nad burzami przez wiele lat, zanim naukowcy udokumentowali skrzaty i inne TLE za pomocą czułych kamer wideo.
Niebieskie odrzutowce i gigantyczne odrzutowce wyłaniają się ze szczytu chmury burzowej, ale nie są bezpośrednio związane z wyładowaniami atmosferycznymi między chmurami. Rozciągają się w postaci wąskich stożków, rozwijających się i znikających na wysokości 25-35 mil. Gigantyczne dżety sięgają jeszcze wyżej do jonosfery. Niebieskie odrzutowce trwają ułamek sekundy i były obserwowane przez pilotów.
Elfy to szybko rozszerzające się obszary świecące w kształcie dysku, które mogą mieć średnicę do 300 mil. Trwają mniej niż jedną tysięczną sekundy i występują nad obszarami aktywnej chmury do ziemi. Elfy powstają, gdy energetyczny impuls elektromagnetyczny rozciąga się do jonosfery. Elfy zostały odkryte w 1992 roku przez kamerę wideo o słabym oświetleniu na wahadłowcu kosmicznym i obecnie wiadomo, że są związane z ziemskimi błyskami gamma (TGF). TGF zostały odkryte w 2000 roku przez satelity zaprojektowane do wykrywania kosmicznych promieni gamma, ale stwierdzono, że niektóre sygnały pochodziły z burz na Ziemi! Wydaje się, że TGF powstaje tam, gdzie w głębokich obszarach istnieją silne pola elektryczne, które działają jak akcelerator cząstek, który jest zasiewany przez cząsteczki promieniowania kosmicznego. Może to również wytwarzać wiązki relatywistycznych elektronów. Normalne wyładowania atmosferyczne wytwarzają również promieniowanie rentgenowskie, które można wykryć na ziemi.
Ilustracja przedstawiająca różne rodzaje przejściowych zdarzeń świetlnych (TLE)