گردباد ستونی از هوا است که به شدت در حال چرخش است که هم با سطح زمین و هم با یک ابر کومولونیمبوس یا در موارد نادر با پایه یک ابر کومولوس در تماس است . اغلب از آن به عنوان چرخان ، گردباد یا طوفان یاد می شود ، [1] اگرچه کلمه سیکلون در هواشناسی برای نامگذاری یک سیستم آب و هوایی با ناحیه کم فشار در مرکز آن استفاده می شود که از دید ناظری که از پایین به سمت سطح می نگرد. در زمین، بادها در نیمکره شمالی در خلاف جهت عقربه های ساعت و در جنوب در جهت عقربه های ساعت می وزند. [2] گردبادها اشکال و اندازههای مختلفی دارند و اغلب (اما نه همیشه) به شکل یک قیف تراکم که از پایه یک ابر کومولونیمبوس سرچشمه میگیرد، با ابری از زبالههای در حال چرخش و غبار در زیر آن قابل مشاهده هستند. سرعت باد اکثر گردبادها کمتر از 180 کیلومتر در ساعت (110 مایل در ساعت) است، عرض آنها حدود 80 متر (250 فوت) است و قبل از پراکنده شدن چندین کیلومتر (چند مایل) سفر می کنند. شدیدترین گردبادها می توانند به سرعت باد بیش از 480 کیلومتر در ساعت (300 مایل در ساعت) دست یابند، قطر آنها بیش از 3 کیلومتر (2 مایل) است و بیش از 100 کیلومتر (62 مایل) روی زمین می مانند. [3] [4] [5]
انواع مختلف گردبادها عبارتند از: گردباد چند گردابی ، لندسپوت و آبریز . آبراهه ها با جریان باد مارپیچی قیفی شکل مشخص می شوند که به یک کومولوس یا ابر کومولونیمبوس بزرگ متصل می شود. آنها به طور کلی به عنوان گردبادهای غیر فوق سلولی طبقه بندی می شوند که بر روی توده های آبی ایجاد می شوند، اما در مورد طبقه بندی آنها به عنوان گردبادهای واقعی اختلاف نظر وجود دارد. این ستونهای مارپیچی هوا اغلب در مناطق گرمسیری نزدیک به خط استوا ایجاد میشوند و در عرضهای جغرافیایی بالا کمتر رایج هستند . [6] دیگر پدیدههای گردباد مانندی که در طبیعت وجود دارند عبارتند از گوستنادو ، شیطان گرد و غبار ، گرداب آتش ، و شیطان بخار .
گردبادها اغلب در آمریکای شمالی رخ میدهند (به ویژه در مناطق مرکزی و جنوب شرقی ایالات متحده که بهعنوان کوچه تورنادو شناخته میشود ؛ ایالات متحده و کانادا با فاصله زیادی بیشترین گردبادها را در بین کشورهای جهان دارند). [7] گردبادها همچنین در آفریقای جنوبی ، بیشتر اروپا (به جز بیشتر رشتههای آلپ)، غرب و شرق استرالیا، نیوزیلند، بنگلادش و شرق هند، ژاپن، فیلیپین و جنوب شرقی آمریکای جنوبی (اروگوئه و آرژانتین) رخ میدهند. [8] [9] گردبادها را میتوان قبل از وقوع یا از طریق استفاده از رادار پالس داپلر با شناسایی الگوهای دادههای سرعت و بازتاب، مانند پژواک قلاب یا توپهای زباله ، و همچنین از طریق تلاشهای شناسایی طوفان شناسایی کرد . [10] [11]
چندین مقیاس برای ارزیابی قدرت گردبادها وجود دارد. مقیاس فوجیتا گردبادها را بر اساس آسیب های ایجاد شده رتبه بندی می کند و در برخی کشورها با مقیاس به روز شده فوجیتا جایگزین شده است . گردباد F0 یا EF0، ضعیف ترین دسته، به درختان آسیب می رساند، اما به ساختارهای اساسی آسیب نمی رساند. یک گردباد F5 یا EF5 ، قویترین دسته، ساختمانها را از پایه جدا میکند و میتواند آسمانخراشهای بزرگ را تغییر شکل دهد . مقیاس مشابه TORRO از T0 برای گردبادهای بسیار ضعیف تا T11 برای قوی ترین گردبادهای شناخته شده متغیر است. [12] مقیاس بینالمللی فوجیتا نیز برای ارزیابی شدت گردبادها و سایر رویدادهای باد بر اساس شدت آسیبی که ایجاد میکنند استفاده میشود. [13] دادههای رادار داپلر ، فتوگرامتری ، و الگوهای چرخش زمین ( علامتهای تروکوئیدی ) نیز ممکن است برای تعیین شدت و تعیین رتبه مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند. [14] [15]
کلمه tornado از واژه اسپانیایی tronada (به معنی رعد و برق، فعل ماضی tronar به رعد و برق و خود از کلمه لاتین tonāre به معنی رعد و برق) گرفته شده است. [16] [17] متاتز r و o در املای انگلیسی تحت تأثیر گردباد اسپانیایی قرار گرفت (مصرف گذشته tornar "پیچاندن، چرخاندن"، از لاتین tornō " به چرخش"). [16] کلمه انگلیسی دوباره به اسپانیایی وام گرفته شده است که به همان پدیده آب و هوایی اشاره دارد.
پدیده های متضاد گردبادها عبارتند از derechos خط مستقیم و گسترده ( / d ə ˈ r eɪ tʃ oʊ / ، از اسپانیایی : derecho تلفظ اسپانیایی: [deˈɾetʃo] ، "مستقیم"). گردباد معمولاً به عنوان "پیچاننده" یا اصطلاح عامیانه قدیمی سیکلون نیز شناخته می شود . [18] [19]
گردباد ستونی از هوا است که به شدت در حال چرخش است، در تماس با زمین، یا آویز از یک ابر کومولیشکل یا زیر یک ابر کومولیشکل، و اغلب (اما نه همیشه) بهعنوان یک ابر قیفی قابل مشاهده است. [20] برای اینکه یک گرداب به عنوان گردباد طبقه بندی شود، باید هم با زمین و هم با پایه ابر در تماس باشد. این اصطلاح دقیقاً تعریف نشده است. به عنوان مثال، در مورد اینکه آیا تاچ داون های جداگانه از یک قیف یک گردباد جداگانه را تشکیل می دهند، اختلاف نظر وجود دارد. [5] گردباد به گرداب باد اشاره دارد، نه ابر تراکم. [21] [22]
یک گردباد لزوما قابل مشاهده نیست. با این حال، فشار کم شدید ناشی از سرعت بالای باد (همانطور که توسط اصل برنولی توضیح داده شده است ) و چرخش سریع (به دلیل تعادل سیکلوستروفیک ) معمولاً باعث می شود که بخار آب موجود در هوا به دلیل خنک شدن آدیاباتیک به قطرات ابر متراکم شود . این منجر به تشکیل یک ابر قیف قابل مشاهده یا قیف متراکم می شود. [23]
بر سر تعریف ابر قیفی و قیف متراکم اختلاف نظر وجود دارد. بر اساس واژه نامه هواشناسی ، ابر قیفی، هر آویز ابری در حال چرخش از یک کومولوس یا کومولونیمبوس است، و بنابراین اکثر گردبادها تحت این تعریف قرار می گیرند. [24] در میان بسیاری از هواشناسان، اصطلاح "ابر قیفی" به طور دقیق به عنوان ابر چرخشی تعریف می شود که با بادهای شدید در سطح همراه نیست، و قیف تراکمی یک اصطلاح گسترده برای هر ابر دوار زیر یک ابر تجمعی است. [5]
گردبادها اغلب به صورت ابرهای قیفی بدون بادهای قوی در سطح شروع می شوند و همه ابرهای قیفی به گردباد تبدیل نمی شوند. اکثر گردبادها بادهای شدیدی را در سطح ایجاد می کنند در حالی که قیف قابل مشاهده هنوز در بالای زمین است، بنابراین تشخیص تفاوت بین ابر قیفی و گردباد از فاصله دور دشوار است. [5]
گاهی اوقات، یک طوفان منفرد بیش از یک گردباد را به طور همزمان یا متوالی ایجاد می کند. گردبادهای متعددی که توسط سلول طوفانی یکسان تولید می شوند به عنوان "خانواده گردباد" شناخته می شوند. [25] چندین گردباد گاهی از یک سیستم طوفان در مقیاس بزرگ ایجاد می شوند. اگر وقفه ای در فعالیت وجود نداشته باشد، این یک طوفان گردباد در نظر گرفته می شود (اگرچه اصطلاح "شیوع گردباد" تعاریف مختلفی دارد). یک دوره چند روزه متوالی با طغیانهای گردباد در یک منطقه عمومی (که توسط سیستمهای آبوهوای متعدد ایجاد میشود) یک توالی شیوع گردباد است که گاهی به آن طوفان طولانی گردباد میگویند. [20] [26] [27]
بیشتر گردبادها ظاهر یک قیف باریک به عرض چند صد متر (یارد) با ابر کوچکی از زباله در نزدیکی زمین به خود می گیرند. گردبادها ممکن است با باران یا گرد و غبار کاملاً پوشیده شوند. این گردبادها به ویژه خطرناک هستند، زیرا حتی ممکن است هواشناسان باتجربه آنها را نبینند. [28]
فوران های کوچک و نسبتا ضعیف ممکن است فقط به صورت چرخشی کوچک از گرد و غبار روی زمین قابل مشاهده باشند. اگرچه ممکن است قیف تراکم تا سطح زمین گسترش نیابد، اما اگر بادهای سطحی مرتبط بیشتر از 64 کیلومتر در ساعت (40 مایل در ساعت) باشند، گردش آن یک گردباد در نظر گرفته میشود. [21] یک گردباد با نیمرخ تقریباً استوانهای و ارتفاع نسبتاً کم گاهی اوقات به عنوان گردباد «لوله اجاق گاز» نامیده میشود. گردبادهای بزرگی که حداقل به اندازه ارتفاع ابر به زمین به نظر میرسند، میتوانند مانند گوههای بزرگی باشند که در زمین گیر کردهاند و به همین دلیل به عنوان «گردباد گوهای» یا «گوه» شناخته میشوند. [29] طبقهبندی «لوله اجاق گاز» نیز برای این نوع گردباد استفاده میشود، اگر در غیر این صورت با آن مشخصات مطابقت داشته باشد. یک گوه می تواند به قدری گسترده باشد که به نظر می رسد یک بلوک از ابرهای تیره باشد، پهن تر از فاصله پایگاه ابر تا زمین. حتی رصدگران باتجربه طوفان نیز ممکن است نتوانند تفاوت بین یک ابر کم ارتفاع و یک گردباد گوه ای را از راه دور تشخیص دهند. بسیاری، اما همه گردبادهای اصلی گوه نیستند. [29]
گردبادها در مرحله پراکندگی میتوانند شبیه لولهها یا طنابهای باریک باشند و اغلب پیچ خورده یا به شکلهای پیچیده در میآیند. گفته می شود که این گردبادها در حال «خارج شدن» یا تبدیل شدن به «گردباد طناب» هستند. هنگامی که آنها طناب می زنند، طول قیف آنها افزایش می یابد، که باعث می شود بادهای درون قیف به دلیل حفظ تکانه زاویه ای ضعیف شوند . [30] گردبادهای چند گردابی میتوانند بهعنوان خانوادهای از چرخشها ظاهر شوند که دور یک مرکز مشترک میچرخند، یا ممکن است کاملاً در اثر تراکم، گرد و غبار و زبالهها پنهان شوند و به نظر میرسد که یک قیف واحد هستند. [31]
در ایالات متحده، گردبادها به طور متوسط حدود 500 فوت (150 متر) عرض دارند. [28] با این حال، طیف گسترده ای از اندازه های گردباد وجود دارد. گردبادهای ضعیف، یا گردبادهای قوی و در عین حال پراکنده، می توانند بسیار باریک باشند، گاهی اوقات فقط چند فوت یا چند متر عرض دارند. گزارش شده است که یک گردباد دارای مسیر آسیبی به طول تنها 7 فوت (2.1 متر) است. [28] در انتهای دیگر طیف، گردبادهای گوه ای می توانند مسیر آسیبی به عرض یک مایل (1.6 کیلومتر) یا بیشتر داشته باشند. گردبادی که در 22 مه 2004 هالام، نبراسکا را تحت تاثیر قرار داد، تا 2.5 مایل (4.0 کیلومتر) در سطح زمین و یک گردباد در ال رنو، اوکلاهما در 31 مه 2013، تقریباً 2.6 مایل (4.2 کیلومتر) عرض داشت. ، گسترده ترین ثبت شده است. [4] [32]
در ایالات متحده، گردباد به طور متوسط روی زمین 5 مایل (8.0 کیلومتر) حرکت می کند. با این حال، گردبادها میتوانند مسیرهای آسیب بسیار کوتاهتر و طولانیتری داشته باشند: گزارش شده است که یک گردباد دارای مسیر آسیب تنها ۷ فوت (۲.۱ متر) طول دارد، در حالی که گردباد رکورددار طول مسیر - گردباد سهایالتی که در 18 مارس 1925 بخش هایی از میسوری ، ایلینویز و ایندیانا را تحت تأثیر قرار داد - به طور مداوم به مدت 219 مایل (352 کیلومتر) روی زمین بود. [28] بسیاری از گردبادهایی که به نظر می رسد طول مسیری 100 مایل (160 کیلومتر) یا بیشتر دارند، از خانواده ای از گردبادها تشکیل شده اند که به سرعت به وجود آمده اند. با این حال، هیچ مدرک قابل توجهی وجود ندارد که این اتفاق در مورد تورنادو سه ایالتی رخ داده باشد. [26] در واقع، تحلیل مجدد مدرن مسیر نشان می دهد که گردباد ممکن است 15 مایل (24 کیلومتر) دورتر از آنچه قبلاً تصور می شد آغاز شده باشد. [33]
گردبادها بسته به محیطی که در آن شکل می گیرند، می توانند طیف وسیعی از رنگ ها را داشته باشند. آنهایی که در محیطهای خشک تشکیل میشوند تقریباً نامرئی هستند و فقط با چرخش زبالهها در پایه قیف مشخص میشوند. قیف های چگالشی که زباله های کمی را جمع می کنند یا اصلاً جمع نمی کنند می توانند خاکستری تا سفید باشند. هنگام سفر بر روی یک بدنه آبی (به عنوان یک آبراهه)، گردبادها می توانند سفید یا حتی آبی شوند. قیف های کند حرکت که مقدار قابل توجهی زباله و کثیفی را می بلعند، معمولا تیره تر هستند و رنگ زباله را به خود می گیرند. گردبادها در دشت های بزرگ می توانند به دلیل رنگ مایل به قرمز خاک قرمز شوند و گردبادها در مناطق کوهستانی می توانند روی زمین پوشیده از برف حرکت کنند و سفید شوند. [28]
شرایط نور یکی از عوامل اصلی در ظهور گردباد است. گردبادی که " پشت نور " است (با خورشید در پشت آن مشاهده می شود) بسیار تاریک به نظر می رسد. همان گردباد، که با خورشید در پشت ناظر مشاهده می شود، ممکن است خاکستری یا سفید درخشان به نظر برسد. گردبادهایی که در نزدیکی زمان غروب خورشید رخ میدهند میتوانند رنگهای مختلفی داشته باشند و در رنگهای زرد، نارنجی و صورتی ظاهر میشوند. [18] [35]
گرد و غبار ناشی از بادهای رعد و برق مادر، باران شدید و تگرگ و تاریکی شب همه عواملی هستند که می توانند دید گردبادها را کاهش دهند. گردبادهایی که در این شرایط اتفاق میافتند بهویژه خطرناک هستند، زیرا تنها مشاهدات رادار آبوهوا یا احتمالاً صدای یک گردباد در حال نزدیکشدن، هشداری برای کسانی است که در مسیر طوفان هستند. مهمترین گردبادها در زیر پایه جریان صعودی طوفان تشکیل میشوند که بدون باران است، [36] و آنها را قابل مشاهده میکند. [37] همچنین، بیشتر گردبادها در اواخر بعد از ظهر رخ می دهند، زمانی که خورشید درخشان می تواند حتی در غلیظ ترین ابرها نفوذ کند. [26]
شواهد فزاینده ای از جمله تصاویر رادار موبایل داپلر روی چرخ و اظهارات شاهدان عینی وجود دارد که نشان می دهد بیشتر گردبادها دارای یک مرکز شفاف و آرام با فشار بسیار کم هستند که شبیه به چشم طوفان های استوایی است . گفته می شود که رعد و برق منبع روشنایی برای کسانی است که ادعا می کنند داخل یک گردباد را دیده اند. [38] [39] [40]
گردبادها معمولاً چرخشی میچرخند (وقتی از بالا مشاهده میشود، در نیمکره شمالی در خلاف جهت عقربههای ساعت و در نیمکره جنوبی در جهت عقربههای ساعت است ). در حالی که طوفانهای مقیاس بزرگ به دلیل اثر کوریولیس همیشه به صورت گردبادی میچرخند ، طوفانهای تندری و گردبادها آنقدر کوچک هستند که تأثیر مستقیم اثر کوریولیس ناچیز است، همانطور که با اعداد بزرگ راسبی آنها نشان میدهد . ابرسلولها و گردبادها در شبیهسازیهای عددی حتی زمانی که اثر کوریولیس نادیده گرفته میشود، چرخهای میچرخند. [41] [42] مزوسیکلون ها و گردبادهای سطح پایین، چرخش خود را مدیون فرآیندهای پیچیده در محیط ابرسلول و محیط هستند. [43]
تقریباً 1 درصد از گردبادها در نیمکره شمالی در جهت پادسیکلون می چرخند. به طور معمول، سیستمهای ضعیفی مانند منجقهای زمینی و گوستنادوها میتوانند به صورت پادسیکلونی بچرخند، و معمولاً فقط آنهایی که در سمت برشی پادسیکلونیک جریان رو به پایین کنارهای عقب نزولی (RFD) در یک ابرسلول سیکلونی تشکیل میشوند. [44] در موارد نادر، گردبادهای پادسیکلون در ارتباط با مزوآنتی سیکلون یک ابرسلول پادسیکلون، به همان روشی که گردباد سیکلون معمولی است، یا به صورت گردباد همراه یا به عنوان گردباد ماهواره ای یا همراه با گرداب های پادسیکلونی در یک ابرسل تشکیل می شود. [45]
گردبادها به طور گسترده در طیف آکوستیک منتشر می شوند و صداها توسط مکانیسم های متعدد ایجاد می شوند. صداهای مختلفی از گردبادها گزارش شده است که بیشتر مربوط به صداهای آشنا برای شاهد و به طور کلی انواعی از غرش های مهیب است. صداهای گزارش شده رایج شامل قطار باری، تند تند یا آبشار، موتور جت در نزدیکی یا ترکیبی از این صداها است. بسیاری از گردبادها از فاصله زیادی قابل شنیدن نیستند. ماهیت و فاصله انتشار صدای قابل شنیدن به شرایط جوی و توپوگرافی بستگی دارد. [5]
بادهای گرداب گردباد و گرداب های متلاطم تشکیل دهنده ، و همچنین برهمکنش جریان هوا با سطح و زباله ها، به صداها کمک می کنند. ابرهای قیفی نیز صدا تولید می کنند. ابرهای قیفی و گردبادهای کوچک به صورت سوت، ناله، زمزمه یا وزوز زنبورهای بی شمار یا برق یا کمابیش هارمونیک گزارش می شوند، در حالی که بسیاری از گردبادها به صورت یک غرش مداوم، عمیق یا صدای نامنظم "صدا" گزارش می شوند. [46]
از آنجایی که بسیاری از گردبادها فقط زمانی که بسیار نزدیک هستند شنیده می شوند، صدا نباید به عنوان یک سیگنال هشدار قابل اعتماد برای گردباد در نظر گرفته شود. گردبادها نیز تنها منبع چنین صداهایی در طوفان های شدید رعد و برق نیستند. هر باد شدید و مخرب، رگبار شدید تگرگ یا رعد و برق مداوم در طوفان رعد و برق ممکن است صدای غرش تولید کند. [47]
گردبادها همچنین امضاهای مادون صوت غیرقابل شنیدن را تولید می کنند . [48]
برخلاف امضاهای شنیدنی، امضاهای گردبادی جدا شده اند. به دلیل انتشار صداهای با فرکانس پایین در مسافت های طولانی، تلاش ها برای توسعه دستگاه های پیش بینی و تشخیص گردباد با ارزش اضافی در درک مورفولوژی، دینامیک و ایجاد گردباد ادامه دارد. [49] گردبادها همچنین یک امضای لرزهای قابل تشخیص تولید میکنند و تحقیقات برای جداسازی آن و درک فرآیند ادامه دارد. [50]
گردبادها در طیف الکترومغناطیسی ساطع میشوند و اثرات Sferics و E-field شناسایی شدهاند. [49] [51] [52] همبستگی هایی بین گردبادها و الگوهای رعد و برق مشاهده شده است. طوفان های گردباد نسبت به طوفان های دیگر دارای رعد و برق بیشتری نیستند و برخی از سلول های گردباد هرگز رعد و برق تولید نمی کنند. بیشتر اوقات، فعالیت رعد و برق کلی ابر به زمین (CG) با تماس گردباد با سطح کاهش مییابد و زمانی که گردباد از بین میرود به سطح پایه باز میگردد. در بسیاری از موارد، گردبادهای شدید و طوفانهای تندری تسلط افزایش یافته و غیرعادی ترشحات CG با قطبیت مثبت را نشان میدهند. [53] الکترومغناطیسی و رعد و برق ارتباط مستقیمی با آنچه که گردبادها را به حرکت در میآورد یا هیچ ارتباطی ندارند (گردبادها اساساً یک پدیده ترمودینامیکی هستند )، اگرچه احتمالاً ارتباطی با طوفان و محیط وجود دارد که بر هر دو پدیده تأثیر میگذارد. [ نیازمند منبع ]
درخشندگی در گذشته گزارش شده است و احتمالاً به دلیل شناسایی نادرست منابع نور خارجی مانند رعد و برق، چراغهای شهری و چشمکهای برق از خطوط شکسته است، زیرا منابع داخلی در حال حاضر بهطور غیرمعمول گزارش شدهاند و هیچگاه ثبت نشدهاند. گردبادها علاوه بر بادها، تغییراتی را در متغیرهای جوی مانند دما ، رطوبت و فشار اتمسفر نیز نشان می دهند . به عنوان مثال، در 24 ژوئن 2003، در نزدیکی منچستر، داکوتای جنوبی ، یک کاوشگر کاهش فشار 100 میلیبار (100 hPa ؛ 3.0 اینچ جیوه ) را اندازهگیری کرد. با نزدیک شدن گرداب، فشار به تدریج کاهش یافت و سپس به سرعت به 850 میلیبار (850 hPa ؛ 25 اینچ جیوه ) در هسته گردباد شدید کاهش یافت و پس از دور شدن گرداب به سرعت بالا رفت و منجر به رد فشار V شکل شد. در مجاورت یک گردباد، دما تمایل به کاهش و میزان رطوبت افزایش می یابد. [54]
گردبادها اغلب از دسته ای از طوفان های تندری به نام ابرسلول ها ایجاد می شوند. ابرسلولها حاوی مزوسیکلونها هستند ، ناحیهای از چرخش سازمانیافته چند کیلومتر در مایل در جو، معمولاً 1.6-9.7 کیلومتر (1-6 مایل) عرض. شدیدترین گردبادها (EF3 تا EF5 در مقیاس پیشرفته فوجیتا ) از ابرسلول ها ایجاد می شوند. علاوه بر گردبادها، باران بسیار شدید، رعد و برق مکرر، وزش باد شدید و تگرگ در چنین طوفانی رایج است. [55] [56]
بیشتر گردبادهای ابرسلولها یک چرخه حیاتی قابل تشخیص را دنبال میکنند که زمانی آغاز میشود که افزایش بارندگی، ناحیهای از هوای سریع پایینآمده را که به نام جریان رو به پایین کناره عقب (RFD) شناخته میشود، آغاز میکند. این جریان رو به پایین با نزدیک شدن به زمین شتاب می گیرد و مزوسیکلون در حال چرخش ابرسلول را با خود به سمت زمین می کشد. [21]
با پایین آمدن مزوسیکلون به زیر پایه ابر، شروع به جذب هوای خنک و مرطوب از ناحیه پایینروی طوفان میکند. همگرایی هوای گرم در جریان بالا و هوای خنک باعث تشکیل یک ابر دیواره چرخان می شود. RFD همچنین پایه مزوسیکلون را متمرکز می کند و باعث می شود که هوا را از یک منطقه کوچکتر و کوچکتر روی زمین بکشد. همانطور که جریان رو به بالا تشدید می شود، ناحیه ای با فشار کم در سطح ایجاد می کند. این مزوسیکلون متمرکز را به شکل یک قیف تراکم قابل مشاهده به سمت پایین می کشد. همانطور که قیف پایین می آید، RFD نیز به زمین می رسد، به سمت بیرون باد می کند و یک جبهه وزش باد ایجاد می کند که می تواند باعث آسیب شدید در فاصله قابل توجهی از گردباد شود. معمولاً چند دقیقه پس از رسیدن RFD به زمین، ابر قیفی شروع به ایجاد آسیب روی زمین (تبدیل به گردباد) می کند. [21] [57] بسیاری از جنبههای دیگر تشکیل گردباد (مانند اینکه چرا برخی از طوفانها گردباد را تشکیل میدهند در حالی که برخی دیگر چنین نمیشوند، یا نقش دقیق جریانهای رو به پایین، دما و رطوبت در تشکیل گردباد چیست) هنوز به درستی درک نشدهاند. [58]
در ابتدا، گردباد منبع خوبی از هوای گرم و مرطوب دارد که به سمت داخل جریان دارد تا به آن نیرو دهد و تا زمانی که به "مرحله بالغ" برسد، رشد می کند. این می تواند از چند دقیقه تا بیش از یک ساعت طول بکشد و در این مدت یک گردباد اغلب بیشترین آسیب را ایجاد می کند و در موارد نادر می تواند بیش از 1.6 کیلومتر (1 مایل) عرض داشته باشد. اتمسفر کم فشار در پایه گردباد برای استقامت سیستم ضروری است. [59] در همین حال، RFD، که اکنون منطقه ای از بادهای سطح سرد است، شروع به پیچیدن دور گردباد می کند و جریان هوای گرمی را که قبلاً گردباد را تغذیه می کرد، قطع می کند. [21] جریان داخل قیف گردباد به سمت پایین است و بخار آب را از ابر بالا تامین می کند. این برخلاف جریان رو به بالا در داخل طوفان ها است که بخار آب را از اقیانوس گرم زیرین تامین می کند. بنابراین انرژی گردباد از ابر بالا تامین می شود. [60] [61]
همانطور که RFD به طور کامل به اطراف می پیچد و منبع هوای گردباد را خفه می کند، گرداب شروع به ضعیف شدن می کند و نازک و طناب مانند می شود. این "مرحله پراکندگی" است که اغلب بیش از چند دقیقه طول نمی کشد و پس از آن گردباد به پایان می رسد. در این مرحله، شکل گردباد به شدت تحت تأثیر بادهای طوفان اصلی قرار می گیرد و می تواند به الگوهای خارق العاده ای تبدیل شود. [26] [34] [35] حتی اگر گردباد در حال از بین رفتن است، هنوز هم قادر به ایجاد خسارت است. طوفان به یک لوله طناب مانند منقبض می شود و به دلیل حفظ تکانه زاویه ای ، باد می تواند در این نقطه افزایش یابد. [30]
همانطور که گردباد وارد مرحله پراکندگی می شود، مزوسیکلون مرتبط با آن نیز اغلب ضعیف می شود، زیرا جریان رو به پایین کناره عقب جریان ورودی را قطع می کند. گاهی اوقات، در ابرسلول های شدید، گردبادها می توانند به صورت چرخه ای ایجاد شوند. همانطور که اولین مزوسیکلون و گردباد مرتبط با آن پراکنده می شوند، جریان ورودی طوفان ممکن است در یک منطقه جدید نزدیکتر به مرکز طوفان متمرکز شود و احتمالاً مزوسیکلون جدیدی را تغذیه کند. اگر مزوسیکلون جدیدی ایجاد شود، چرخه ممکن است دوباره شروع شود و یک یا چند گردباد جدید تولید کند. گاهی اوقات، مزوسیکلون قدیمی (انسداد) و مزوسیکلون جدید همزمان گردباد تولید می کنند. [ نیازمند منبع ]
اگرچه این یک نظریه به طور گسترده پذیرفته شده در مورد چگونگی شکل گیری، زندگی و مرگ بیشتر گردبادها است، اما شکل گیری گردبادهای کوچکتر، مانند فوران های خشکی، گردبادهای با عمر طولانی، یا گردبادهایی با گرداب های متعدد را توضیح نمی دهد. اینها هر کدام مکانیسم های مختلفی دارند که بر رشد آنها تأثیر می گذارد - با این حال، بیشتر گردبادها از الگوی مشابه این الگو پیروی می کنند. [62]
گردباد چند گردابی نوعی گردباد است که در آن دو یا چند ستون هوای چرخان حول محورهای خود میچرخند و همزمان حول یک مرکز مشترک میچرخند. ساختار چند گردابی تقریباً در هر گردشی می تواند رخ دهد، اما اغلب در گردبادهای شدید مشاهده می شود. این گرداب ها اغلب مناطق کوچکی با آسیب های سنگین تر در طول مسیر اصلی گردباد ایجاد می کنند. [5] [21] این پدیده ای متمایز از یک گردباد ماهواره ای است که یک گردباد کوچکتر است که در نزدیکی یک گردباد بزرگ و قوی که در همان مزوسیکلون وجود دارد تشکیل می شود. گردباد ماهوارهای ممکن است به نظر برسد که در مدار گردباد بزرگتر (از این رو نامش میچرخد) و ظاهر یک گردباد بزرگ چند گردابی را میدهد. با این حال، گردباد ماهواره ای یک گردش متمایز است و بسیار کوچکتر از قیف اصلی است. [5]
سازمان هواشناسی ملی یک آبراهه را به عنوان گردباد روی آب تعریف می کند . با این حال، محققان معمولاً فوارههای آب «آب و هوای منصفانه» را از فورانهای گردبادی (یعنی مرتبط با مزوسیکلون) تشخیص میدهند. فواره های آب و هوای منصفانه شدت کمتری دارند اما بسیار رایج تر هستند و شبیه به شیاطین گرد و غبار و فواره های خشکی هستند . آنها در پایه ابرهای cumulus congestus بر روی آبهای گرمسیری و نیمه گرمسیری تشکیل می شوند. آنها بادهای نسبتا ضعیفی دارند، دیوارهای آرام و صاف دارند و معمولاً بسیار آهسته حرکت می کنند. آنها بیشتر در فلوریدا کیز و در شمال دریای آدریاتیک رخ می دهند . [63] [64] [65] در مقابل، فوارههای گردباد، گردبادهای قویتری بر روی آب هستند. آنها مانند گردبادهای مزوسیکلونیک روی آب تشکیل می شوند یا گردبادهای قوی تری هستند که از روی آب عبور می کنند. از آنجایی که آنها از طوفانهای شدید رعد و برق تشکیل میشوند و میتوانند بسیار شدیدتر، سریعتر و طولانیتر از فورانهای آبوهوای مناسب باشند، خطرناکتر هستند. [66] در آمار رسمی گردباد، فوارههای آب معمولاً شمارش نمیشوند مگر اینکه بر روی زمین تأثیر بگذارند، اگرچه برخی آژانسهای هواشناسی اروپایی فورانهای آب و گردبادها را با هم میشمارند. [5] [67]
خروجی زمین یا گردباد لولهای گرد و غبار ، گردبادی است که با مزوسیکلون مرتبط نیست. این نام از توصیف آنها به عنوان "آب و هوای منصفانه در خشکی" ناشی می شود. فوارههای آب و فوارههای خشکی دارای ویژگیهای تعیینکننده بسیاری هستند، از جمله ضعف نسبی، طول عمر کوتاه، و یک قیف متراکم کوچک و صاف که اغلب به سطح نمیرسد. سرچشمه ها همچنین به دلیل مکانیک متفاوتشان با گردبادهای مزوفورم واقعی، هنگام تماس با زمین، ابری از گرد و غبار را ایجاد می کنند. اگرچه معمولاً ضعیف تر از گردبادهای کلاسیک هستند، اما می توانند بادهای قوی ایجاد کنند که می تواند آسیب جدی ایجاد کند. [5] [21]
گوستنادو ، یا گردباد جلوی تندباد ، یک چرخش عمودی کوچک است که با یک جلو یا طوفان همراه است . از آنجایی که آنها با پایگاه ابری مرتبط نیستند، بحث هایی در مورد اینکه گوستنادوها گردباد هستند یا نه وجود دارد. آنها زمانی تشکیل می شوند که هوای سرد و خشک با حرکت سریع از یک طوفان رعد و برق از میان توده ای از هوای ثابت، گرم و مرطوب در نزدیکی مرز خروجی دمیده می شود، که منجر به یک اثر "غلتان" می شود (اغلب از طریق یک ابر غلتشی مثال می شود ). اگر برش باد سطح پایین به اندازه کافی قوی باشد، چرخش را می توان به صورت عمودی یا مورب چرخاند و با زمین تماس برقرار کرد. نتیجه گوستنادو است. [5] [68] آنها معمولاً باعث ایجاد مناطق کوچکی از آسیب باد چرخشی شدیدتر در میان مناطق آسیب باد خط مستقیم می شوند. [ نیازمند منبع ]
یک شیطان گرد و غبار (همچنین به عنوان گردباد شناخته می شود) از آنجایی که یک ستون عمودی چرخان از هوا است، شبیه گردباد است. با این حال، آنها در زیر آسمان صاف تشکیل می شوند و قوی تر از ضعیف ترین گردبادها نیستند. آنها زمانی تشکیل می شوند که در یک روز گرم یک جریان بالابر همرفتی قوی در نزدیکی زمین تشکیل شود. اگر به اندازه کافی برش باد در سطح پایین وجود داشته باشد، ستون هوای گرم و بالارونده می تواند یک حرکت سیکلونی کوچک ایجاد کند که در نزدیکی زمین قابل مشاهده است. آنها گردباد محسوب نمی شوند زیرا در آب و هوای مناسب تشکیل می شوند و با هیچ ابری همراه نیستند. با این حال، آنها می توانند در مواردی منجر به آسیب بزرگ شوند. [28] [69]
گردشهای گردباد مانند در مقیاس کوچک میتواند در نزدیکی هر منبع حرارتی سطحی شدید رخ دهد. آنهایی که در نزدیکی آتشسوزیهای شدید رخ میدهند ، گردابهای آتش نامیده میشوند . آنها گردباد محسوب نمی شوند، مگر در موارد نادری که به یک pyrocumulus یا دیگر ابرهای کومولی شکل در بالا متصل می شوند. گرداب های آتش معمولاً به اندازه گردبادهای همراه با رعد و برق قوی نیستند. با این حال، آنها می توانند آسیب قابل توجهی ایجاد کنند. [26]
شیطان بخار یک جریان رو به بالا در حال چرخش بین 50 تا 200 متر عرض (160 تا 660 فوت) است که شامل بخار یا دود می شود. این سازندها شامل سرعت باد زیاد نیستند و فقط چند چرخش در دقیقه را تکمیل می کنند. شیاطین بخار بسیار نادر هستند. آنها اغلب از دود خروجی از دودکش نیروگاه تشکیل می شوند. چشمههای آب گرم و بیابانها نیز ممکن است مکانهای مناسبی برای تشکیل یک شیطان بخار محکمتر و سریعتر باشند. هنگامی که هوای سرد قطب شمال از روی آب نسبتا گرم عبور می کند، این پدیده می تواند روی آب رخ دهد. [28]
مقیاس فوجیتا ، مقیاس پیشرفته فوجیتا (EF)، و مقیاس بین المللی فوجیتا نرخ گردباد ناشی از خسارت ناشی از آن. مقیاس EF بهروزرسانی مقیاس قدیمیتر فوجیتا، با استخراج متخصص ، با استفاده از برآوردهای مهندسی شده باد و توصیفهای بهتر خسارت بود. مقیاس EF به گونه ای طراحی شد که یک گردباد درجه بندی شده در مقیاس فوجیتا همان رتبه عددی را دریافت کند و در سال 2007 در ایالات متحده اجرا شد. گردباد EF0 احتمالاً به درختان آسیب می رساند اما به ساختارهای اساسی آسیب نمی رساند، در حالی که گردباد EF5 می تواند پاره کند. ساختمان هایی که از پایه هایشان جدا می شوند آنها را برهنه می کنند و حتی آسمان خراش های بزرگ را تغییر شکل می دهند . مقیاس مشابه TORRO از T0 برای گردبادهای بسیار ضعیف تا T11 برای قوی ترین گردبادهای شناخته شده متغیر است. دادههای رادار هواشناسی داپلر ، فتوگرامتری ، و الگوهای چرخش زمین ( علامتهای سیکلوئیدی ) نیز ممکن است برای تعیین شدت و اعطای امتیاز تجزیه و تحلیل شوند. [5] [71] [72]
شدت گردبادها صرف نظر از شکل، اندازه و مکان متفاوت است، اگرچه گردبادهای قوی معمولاً بزرگتر از گردبادهای ضعیف هستند. ارتباط با طول و مدت مسیر نیز متفاوت است، اگرچه گردبادهای مسیر طولانی تر معمولا قوی تر هستند. [73] در مورد گردبادهای خشن، تنها بخش کوچکی از مسیر با شدت خشونت آمیز است، که بیشتر شدت بالاتر از گردبادهای فرعی است . [26]
در ایالات متحده، 80 درصد گردبادها گردبادهای EF0 و EF1 (T0 تا T3) هستند. سرعت وقوع با افزایش قدرت به سرعت کاهش می یابد - کمتر از 1٪ گردبادهای خشن (EF4، T8 یا قوی تر) هستند. [74] سوابق کنونی ممکن است فراوانی گردبادهای قوی (EF2-EF3) و خشن (EF4-EF5) را به طور قابل توجهی دست کم بگیرند، زیرا برآوردهای شدت بر اساس آسیب محدود به ساختارها و پوشش گیاهی است که یک گردباد بر آنها تأثیر می گذارد. یک گردباد ممکن است بسیار قویتر از آن چیزی باشد که رتبهبندی مبتنی بر آسیب نشان میدهد اگر شدیدترین بادهای آن دور از شاخصهای آسیب مناسب، مانند یک میدان باز رخ دهد. [75] [76] خارج از کوچه گردباد ، و به طور کلی آمریکای شمالی، گردبادهای خشن بسیار نادر هستند. این ظاهرا بیشتر به دلیل تعداد کمتر گردبادها به طور کلی است، زیرا تحقیقات نشان می دهد که توزیع شدت گردباد در سراسر جهان تقریباً مشابه است. چند گردباد قابل توجه سالانه در اروپا، آسیا، جنوب آفریقا و جنوب شرق آمریکای جنوبی رخ می دهد. [77]
ایالات متحده بیشترین گردبادها را در بین کشورهای دیگر دارد، تقریباً چهار برابر بیش از تخمین زده شده در کل اروپا، به استثنای فواره های آب. [78] این بیشتر به دلیل جغرافیای منحصر به فرد این قاره است. آمریکای شمالی قاره بزرگی است که از مناطق استوایی شمال تا نواحی قطبی امتداد دارد و رشته کوه عمده شرقی-غربی ندارد که جریان هوا را بین این دو منطقه مسدود کند. در عرضهای جغرافیایی میانی ، جایی که بیشتر گردبادهای جهان رخ میدهند، کوههای راکی رطوبت را مسدود میکنند و جریان اتمسفر را کمان میکنند ، هوای خشکتر را در سطوح میانی تروپوسفر به دلیل وزش بادهای پایینتر مجبور میکنند و باعث تشکیل ناحیهای کم فشار در پایین باد میشوند. شرق کوه ها افزایش جریان غربی از رشته کوه های راکی باعث تشکیل یک خط خشک در زمانی که جریان بالاست قوی است، [79] در حالی که خلیج مکزیک رطوبت فراوانی را در سطح پایین در جریان جنوبی به سمت شرق آن تامین می کند. این توپوگرافی منحصر به فرد امکان برخورد مکرر هوای گرم و سرد را فراهم می کند، شرایطی که باعث ایجاد طوفان های قوی و طولانی مدت در طول سال می شود. بخش بزرگی از این گردبادها در منطقه ای از مرکز ایالات متحده به نام کوچه تورنادو شکل می گیرند . [80] این منطقه به کانادا، به ویژه استان های انتاریو و پریری گسترش می یابد ، اگرچه جنوب شرقی کبک ، داخل بریتیش کلمبیا ، و غرب نیوبرانزویک نیز مستعد گردباد هستند. [81] گردبادها همچنین در سراسر شمال شرقی مکزیک رخ می دهند. [5]
ایالات متحده به طور متوسط حدود 1200 گردباد در سال دارد و پس از آن کانادا با میانگین 62 گردباد در سال قرار دارد. [82] NOAA میانگین بالاتری 100 در سال در کانادا دارد. [83] هلند دارای بالاترین میانگین تعداد گردبادهای ثبت شده در هر منطقه از هر کشوری است (بیش از 20، یا 0.00048/km 2 ، 0.0012 / مایل مربع در سال)، و پس از آن بریتانیا (حدود 33، 0.00013/km 2 ، 0.0034) . / مایل مربع در سال)، اگرچه شدت کمتری دارند، کوتاهتر [84] [85] و آسیب جزئی ایجاد میکنند. [78]
گردبادها به طور متوسط سالانه 179 نفر را در بنگلادش می کشند که بیشترین میزان در جهان است. [86] دلایل این امر عبارتند از تراکم بالای جمعیت منطقه، کیفیت ساخت و ساز ضعیف، و عدم دانش ایمنی گردباد. [86] [87] مناطق دیگری از جهان که گردبادهای مکرر دارند عبارتند از آفریقای جنوبی، منطقه حوضه لا پلاتا ، بخشهایی از اروپا، استرالیا و نیوزیلند، و شرق آسیا. [8] [88]
گردبادها بیشتر در بهار و کمترین شیوع را در زمستان دارند، اما گردبادها می توانند در هر زمانی از سال که شرایط مساعد رخ می دهد رخ دهد. [26] بهار و پاییز اوج فعالیت را تجربه میکنند، زیرا فصولی است که بادهای قویتر، برش باد و ناپایداری جوی وجود دارد. [89] گردبادها در ربع جلوی سمت راست طوفان های استوایی در حال سقوط متمرکز هستند که در اواخر تابستان و پاییز رخ می دهند. گردبادها همچنین می توانند در نتیجه ریزش های دیواره چشم ایجاد شوند که تا زمان سقوط به خشکی ادامه می یابد. [90]
وقوع گردباد به دلیل گرمایش خورشیدی به شدت به زمان روز بستگی دارد . [91] در سراسر جهان، بیشتر گردبادها در اواخر بعد از ظهر، بین ساعت 15:00 (3 بعد از ظهر) تا 19:00 (7 بعد از ظهر) به وقت محلی، با اوج آن نزدیک به 17:00 (5 بعد از ظهر) رخ می دهند. [92] [93] [94] [95] [96] گردبادهای مخرب می توانند در هر زمانی از روز رخ دهند. گردباد Gainesville در سال 1936، یکی از مرگبارترین گردبادهای تاریخ، در ساعت 8:30 صبح به وقت محلی رخ داد. [26]
بریتانیا بیشترین وقوع گردباد در واحد سطح زمین را در جهان دارد. [97] شرایط ناپایدار و جبهههای آب و هوایی جزایر بریتانیا را در همه زمانهای سال متقاطع میکنند و مسئول ایجاد گردبادها هستند که در نتیجه در همه زمانهای سال تشکیل میشوند. بریتانیا حداقل 34 گردباد در سال دارد و احتمالاً 50 مورد . به عنوان مثال، گردباد بیرمنگام در سال 2005 و گردباد لندن در سال 2006 هر دو F2 را در مقیاس فوجیتا ثبت کردند و هر دو خسارت و صدمات قابل توجهی به بار آوردند. [99]
ارتباط با گرایش های مختلف آب و هوایی و محیطی وجود دارد. به عنوان مثال، افزایش دمای سطح دریا در یک منطقه منبع (به عنوان مثال خلیج مکزیک و دریای مدیترانه ) میزان رطوبت جو را افزایش می دهد. افزایش رطوبت می تواند باعث افزایش آب و هوای شدید و فعالیت گردباد، به ویژه در فصل خنک شود. [100]
برخی شواهد نشان میدهند که نوسان جنوبی با تغییرات فعالیت گردباد، که بر اساس فصل و منطقه متفاوت است، و همچنین اینکه آیا فاز ENSO فاز ال نینو یا لا نینا است، همبستگی ضعیفی دارد . [101] تحقیقات نشان داده است که گردبادها و تگرگ های کمتری در زمستان و بهار در دشت های مرکزی و جنوبی ایالات متحده در طول ال نینو رخ می دهد، و بیشتر در طول لانینا رخ می دهد، نسبت به سال هایی که دما در اقیانوس آرام نسبتاً پایدار است. از شرایط اقیانوس می توان برای پیش بینی رویدادهای طوفان شدید بهاری چند ماه قبل استفاده کرد. [102]
تغییرات آب و هوایی ممکن است از طریق اتصالات از راه دور در جابجایی جریان جت و الگوهای آب و هوایی بزرگتر بر گردبادها تأثیر بگذارد. پیوند آب و هوا-گردباد توسط نیروهایی که بر الگوهای بزرگتر تأثیر می گذارند و طبیعت محلی و ظریف گردبادها مخدوش می شود. اگرچه منطقی است که گمان کنیم گرمایش جهانی ممکن است بر روند فعالیت گردباد تأثیر بگذارد، [103] چنین تأثیری به دلیل پیچیدگی، ماهیت محلی طوفان ها و مسائل کیفیت پایگاه داده هنوز قابل شناسایی نیست. هر اثری بر اساس منطقه متفاوت است. [104]
تلاش های جدی برای هشدار درباره گردبادها در اواسط قرن بیستم در ایالات متحده آغاز شد. قبل از دهه 1950، تنها روش شناسایی گردباد توسط کسی بود که آن را روی زمین می دید. اغلب، پس از طوفان، خبر وقوع گردباد به اداره هواشناسی محلی می رسید. با این حال، با ظهور رادار آب و هوا، مناطق نزدیک به یک دفتر محلی می توانند هشدارهای قبلی در مورد آب و هوای شدید دریافت کنند. اولین هشدارهای عمومی گردباد در سال 1950 صادر شد و اولین ساعت گردباد و چشم انداز همرفتی در سال 1952 به وجود آمد. در سال 1953 تأیید شد که پژواک هوک با گردباد مرتبط است. [105] با شناسایی این علائم رادار، هواشناسان میتوانند طوفانهایی را که احتمالاً گردبادهایی را تولید میکنند، از چندین مایل دورتر تشخیص دهند. [106]
امروزه اکثر کشورهای توسعه یافته دارای شبکه ای از رادارهای آب و هوا هستند که به عنوان روش اصلی شناسایی نشانه های قلاب که احتمالاً با گردبادها مرتبط هستند، عمل می کند. در ایالات متحده و چند کشور دیگر از ایستگاه های رادار هواشناسی داپلر استفاده می شود. این دستگاهها سرعت و جهت شعاعی (به سمت یا دور از رادار) بادهای درون یک طوفان را اندازهگیری میکنند و بنابراین میتوانند شواهدی از چرخش در طوفانها را از فاصله بیش از 160 کیلومتر (100 مایل) تشخیص دهند. هنگامی که طوفان ها از رادار دور هستند، فقط مناطقی که در بالای طوفان قرار دارند مشاهده می شوند و مناطق مهم زیر نمونه برداری نمی شوند. [107] وضوح داده ها نیز با فاصله از رادار کاهش می یابد. برخی از موقعیتهای هواشناسی که منجر به گردبادزایی میشوند به آسانی توسط رادار قابل تشخیص نیستند و توسعه گردباد ممکن است گاهی سریعتر از آنچه رادار بتواند یک اسکن را کامل کند و دستهای از دادهها را ارسال کند، رخ دهد. سیستمهای رادار هواشناسی داپلر میتوانند مزوسیکلونها را در یک طوفان ابرسلولی شناسایی کنند. این به هواشناسان اجازه می دهد تا تشکیلات گردباد را در طول طوفان های تندری پیش بینی کنند. [108]
در اواسط دهه 1970، خدمات ملی هواشناسی ایالات متحده (NWS) تلاشهای خود را برای آموزش دیدبانهای طوفان افزایش داد تا بتوانند ویژگیهای کلیدی طوفانها را که نشاندهنده تگرگ شدید، بادهای مخرب، و گردبادها، و همچنین خسارت طوفان و سیل ناگهانی است، شناسایی کنند . این برنامه Skywarn نام داشت و ناظران آن معاونان کلانتر محلی، سربازان ایالتی، آتش نشانان، رانندگان آمبولانس، اپراتورهای رادیویی آماتور ، دیده بانان دفاع مدنی (اکنون مدیریت اضطراری )، تعقیب کنندگان طوفان و شهروندان عادی بودند. هنگامی که هوای شدید پیش بینی می شود، دفاتر خدمات آب و هوای محلی از این ردیاب ها می خواهند که مراقب آب و هوای شدید باشند و هر گونه گردباد را فوراً گزارش دهند تا اداره بتواند در مورد خطر هشدار دهد. [ نیازمند منبع ]
Spotters معمولاً توسط NWS از طرف سازمان مربوطه خود آموزش می بینند و به آنها گزارش می دهند. سازمانها سیستمهای هشدار عمومی مانند آژیرها و سیستم هشدار اضطراری (EAS) را فعال میکنند و گزارش را به NWS ارسال میکنند. [109] بیش از 230000 دیده بان هواشناسی آموزش دیده Skywarn در سراسر ایالات متحده وجود دارد. [110]
در کانادا، شبکه ای مشابه از ناظران داوطلب آب و هوا به نام Canwarn با بیش از 1000 داوطلب به شناسایی آب و هوای شدید کمک می کند. [111] در اروپا، چندین کشور در حال سازماندهی شبکههای نقطهای تحت نظارت Skywarn Europe هستند [112] و سازمان تحقیقات گردباد و طوفان (TORRO) از سال 1974 شبکهای از نقطهبینها را در بریتانیا نگهداری میکند. [113]
به این دلیل که سیستمهای راداری مانند NEXRAD به جای گردباد، نشانههایی را شناسایی میکنند که حضور گردبادها را نشان میدهند، مورد نیاز هستند. [114] رادار ممکن است قبل از وجود هرگونه شواهد بصری از یک گردباد یا یک گردباد قریب الوقوع، هشدار بدهد، اما حقیقت زمینی یک ناظر می تواند اطلاعات قطعی را ارائه دهد. [115] توانایی نقطهنگار برای دیدن آنچه رادار نمیتواند بهویژه با افزایش فاصله از سایت رادار بسیار مهم است، زیرا پرتو رادار به تدریج در ارتفاع دورتر از رادار بالاتر میرود، عمدتاً به دلیل انحنای زمین، و پرتو نیز گسترش مییابد. . [107]
ردیاب های طوفان آموزش دیده اند تا تشخیص دهند طوفانی که از دور دیده می شود ابرسلول است یا خیر. آنها معمولاً به عقب آن نگاه می کنند، منطقه اصلی جریان صعودی و ورودی. در زیر این جریان صعودی یک پایه بدون باران وجود دارد و مرحله بعدی گردباد، تشکیل یک ابر دیواره چرخان است . اکثریت قریب به اتفاق گردبادهای شدید با یک ابر دیواره در پشت یک سوپرسل رخ می دهند. [74]
شواهد وجود یک سوپرسل بر اساس شکل و ساختار طوفان است و ویژگیهای برج ابری مانند برج بالابر سخت و قوی، بالای سربارهای مداوم و بزرگ، سندان سخت (بهویژه زمانی که در برابر بادهای قوی سطح بالایی قیچی میشود )، و یک پیچ چوب پنبهباز. نگاه یا خطوط. در زیر طوفان و نزدیکتر به جایی که بیشتر گردبادها یافت میشوند، شواهد وجود یک ابرسلول و احتمال وقوع گردباد شامل نوارهای ورودی (مخصوصاً در حالت خمیده) مانند "دم بیشتر" و سرنخهای دیگری مانند قدرت جریان ورودی، گرما و رطوبت است. از هوای ورودی، اینکه طوفان تا چه اندازه بر جریان خروجی یا جریان غالب ظاهر می شود و هسته بارشی جناح جلویی چقدر از ابر دیوار فاصله دارد. گردبادزایی به احتمال زیاد در فصل مشترک جریان رو به بالا و سمت پایین سمت عقب است و نیاز به تعادل بین جریان خروجی و ورودی دارد. [21]
فقط ابرهای دیواری که می چرخند گردبادها را تخم ریزی می کنند و معمولاً بین پنج تا سی دقیقه قبل از گردباد قرار دارند. ابرهای دیواری در حال چرخش ممکن است تجلی بصری یک مزوسیکلون سطح پایین باشد. به غیر از یک مرز سطح پایین، گردبادزایی بسیار بعید است، مگر اینکه جریان رو به پایین جناح عقب رخ دهد، که معمولاً با تبخیر ابر در مجاورت گوشهای از ابر دیواره مشهود است. یک گردباد اغلب با وقوع این اتفاق یا مدت کوتاهی پس از آن رخ می دهد. اول، یک ابر قیفی فرو میرود و تقریباً در همه موارد تا نیمههای راه میرسد، یک چرخش سطحی ایجاد شده است، که نشان میدهد یک گردباد روی زمین است قبل از اینکه چگالش گردش سطح را به طوفان متصل کند. گردبادها همچنین ممکن است بدون ابرهای دیواری، زیر خطوط کناری و در لبه جلویی ایجاد شوند. نقطهنظرها همه مناطق طوفان و پایه و سطح ابر را تماشا میکنند. [116]
گردبادی که بیشترین رکوردها را در تاریخ دارد گردباد سه ایالتی بود که در 18 مارس 1925 در بخش هایی از میسوری ، ایلینوی و ایندیانا غرش کرد . این گردباد احتمالاً F5 بود، اگرچه گردبادها در آن دوره در هیچ مقیاسی رتبه بندی نمی شدند. رکوردهای طولانی ترین طول مسیر (219 مایل؛ 352 کیلومتر)، طولانی ترین مدت (حدود 3.5 ساعت) و سریع ترین سرعت رو به جلو برای یک گردباد قابل توجه (73 مایل در ساعت؛ 117 کیلومتر در ساعت) در هر نقطه از زمین را دارد. علاوه بر این، مرگبارترین گردباد منفرد در تاریخ ایالات متحده است (695 کشته). [26] این گردباد همچنین پرهزینهترین گردباد تاریخ در آن زمان بود (بدون تعدیل تورم)، اما در سالهای پس از آن، اگر تغییرات جمعیت در طول زمان در نظر گرفته نشود، چندین گردباد دیگر از آن پیشی گرفتهاند. وقتی هزینه ها برای ثروت و تورم عادی می شود، امروز رتبه سوم را به خود اختصاص می دهد. [117]
مرگبارترین گردباد تاریخ جهان گردباد داولتیپور-سالتوریا در بنگلادش در 26 آوریل 1989 بود که حدود 1300 نفر را کشت. [86] بنگلادش حداقل 19 گردباد در تاریخ خود داشته است که باعث کشته شدن بیش از 100 نفر شده است که تقریباً نیمی از کل در سایر نقاط جهان است . [ نیازمند منبع ]
یکی از گسترده ترین طوفان های ثبت شده ، شیوع فوق العاده در سال 1974 بود که در 3 و 4 آوریل 1974، منطقه وسیعی از مرکز ایالات متحده و جنوب انتاریو را تحت تاثیر قرار داد . این شیوع 148 گردباد را در 18 ساعت نشان داد که بسیاری از آنها بودند. خشونت آمیز؛ هفت مورد با شدت F5 بودند و بیست و سه در قدرت F4 به اوج خود رسیدند. در زمان اوج آن، شانزده گردباد همزمان روی زمین بودند. بیش از 300 نفر، احتمالاً 330 نفر کشته شدند. [118]
در حالی که اندازهگیری مستقیم سرعت شدیدترین باد گردباد تقریباً غیرممکن است، زیرا بادسنجهای معمولی توسط بادهای شدید و زبالههای پرنده از بین میروند، برخی از گردبادها توسط واحدهای رادار داپلر سیار اسکن شدهاند که میتواند تخمین خوبی از بادهای گردباد ارائه دهد. بالاترین سرعت باد اندازهگیری شده در یک گردباد، که همچنین بالاترین سرعت باد ثبتشده روی این سیاره است، 301 ± 20 مایل در ساعت (32 ± 484 کیلومتر در ساعت) در گردباد F5 Bridge Creek-Moore، اوکلاهما ، است که 36 کشته برجای گذاشت. مردم [119] قرائت در حدود 100 فوت (30 متر) بالاتر از سطح زمین گرفته شد. [3]
طوفانهایی که گردباد تولید میکنند میتوانند دارای جریانهای صعودی شدیدی باشند که گاهی اوقات از 150 مایل در ساعت (240 کیلومتر در ساعت) فراتر میرود. زباله های گردباد را می توان به داخل طوفان مادر برد و مسافت بسیار زیادی را حمل کرد. گردبادی که در نوامبر 1915 گریت بند، کانزاس را تحت تاثیر قرار داد ، یک مورد شدید بود، جایی که یک "باران آوار" در 80 مایلی (130 کیلومتری) شهر رخ داد، یک کیسه آرد در 110 مایلی (180 کیلومتری) پیدا شد. و یک چک باطل شده از بانک گریت بند در مزرعه ای خارج از پالمیرا، نبراسکا ، در 305 مایلی (491 کیلومتری) شمال شرقی پیدا شد. [120] آبریزها و گردبادها به عنوان توضیحی برای نمونه هایی از باریدن ماهی و سایر حیوانات مطرح شده اند . [121]
اگرچه گردبادها می توانند در یک لحظه حمله کنند، اما اقدامات احتیاطی و پیشگیرانه ای وجود دارد که می توان برای افزایش شانس زنده ماندن انجام داد. مقاماتی مانند مرکز پیش بینی طوفان در ایالات متحده توصیه می کنند که در صورت صدور هشدار گردباد، یک برنامه از پیش تعیین شده داشته باشید. هنگامی که یک اخطار صادر می شود، رفتن به یک زیرزمین یا یک اتاق داخلی طبقه اول یک ساختمان محکم، شانس زنده ماندن را به شدت افزایش می دهد. [122] در مناطق مستعد گردباد، بسیاری از ساختمانها دارای انبارهای طوفانی زیرزمینی هستند که جان هزاران نفر را نجات دادهاند. [123]
برخی از کشورها آژانس های هواشناسی دارند که پیش بینی های گردباد را توزیع می کنند و سطح هشدار یک گردباد احتمالی را افزایش می دهند (مانند ساعت های گردباد و هشدارها در ایالات متحده و کانادا). رادیوهای هواشناسی هنگامی که یک هشدار آب و هوای شدید برای منطقه محلی صادر می شود، هشدار می دهند که عمدتاً فقط در ایالات متحده موجود است. هواشناسان توصیه می کنند که رانندگان وسایل نقلیه خود را در کنار جاده پارک کنند، مگر اینکه گردباد دور باشد و بسیار قابل مشاهده باشد، و یک پناهگاه محکم پیدا کنند. اگر هیچ پناهگاه محکمی در این نزدیکی نیست، پایین آمدن در یک خندق بهترین گزینه بعدی است. روگذرهای بزرگراهی یکی از بدترین مکانها برای پناه گرفتن در طول گردباد هستند، زیرا فضای تنگ میتواند در معرض افزایش سرعت باد و قیف کردن زبالهها در زیر پل هوایی باشد. [124]
فولکلور اغلب آسمان سبز را با گردبادها شناسایی می کند، و اگرچه این پدیده ممکن است با آب و هوای سخت مرتبط باشد، اما هیچ مدرکی وجود ندارد که آن را به طور خاص با گردباد مرتبط کند. [125] اغلب تصور می شود که باز کردن پنجره ها آسیب ناشی از گردباد را کاهش می دهد. در حالی که افت زیادی در فشار اتمسفر در داخل یک گردباد قوی وجود دارد، بعید است که اختلاف فشار باعث آسیب قابل توجهی شود. در عوض باز کردن پنجره ها ممکن است شدت آسیب گردباد را افزایش دهد. [126] یک گردباد شدید می تواند خانه را خراب کند، چه پنجره های آن باز باشد و چه بسته. [126] [127]
یکی دیگر از تصورات نادرست رایج این است که روگذرهای بزرگراهی سرپناه کافی را در برابر گردبادها فراهم می کنند. این باور تا حدی الهام گرفته از ویدئوی پرتیراژ شده است که در طول شیوع گردباد در سال 1991 در نزدیکی آندوور، کانزاس ضبط شده است ، جایی که یک خدمه خبری و چند نفر دیگر در زیر یک روگذر در Turnpike کانزاس پناه گرفتند و با خیال راحت یک گردباد را در حین عبور از نزدیکی سوار کردند. [128] با این حال، پل روگذر بزرگراه در هنگام گردباد مکان خطرناکی است، و سوژه های ویدیو به دلیل ترکیب نامحتملی از رویدادها امن باقی ماندند: طوفان مورد بحث یک گردباد ضعیف بود، گردباد مستقیماً به پل هوایی برخورد نکرد. [128] و خود پل روگذر طراحی منحصر به فردی داشت. با توجه به اثر ونتوری ، بادهای گردبادی در فضای محدود یک پل هوایی شتاب می گیرند. [129] در واقع، در سال 1999 طوفان اوکلاهاما در 3 مه 1999، سه روگذر بزرگراه مستقیماً توسط گردبادها مورد اصابت قرار گرفتند و در هر یک از سه مکان یک مرگ و میر همراه با بسیاری از جراحات تهدید کننده زندگی رخ داد. [130] در مقایسه، در طی همان شیوع گردباد، بیش از 2000 خانه به طور کامل ویران شد و 7000 خانه دیگر آسیب دیدند، و با این حال تنها چند ده نفر در خانه های خود جان باختند. [124]
یک باور قدیمی این است که گوشه جنوب غربی یک زیرزمین بیشترین محافظت را در هنگام گردباد فراهم می کند. امن ترین مکان کنار یا گوشه یک اتاق زیرزمینی در مقابل جهت نزدیک شدن گردباد (معمولاً گوشه شمال شرقی)، یا مرکزی ترین اتاق در پایین ترین طبقه است. پناه گرفتن در زیرزمین، زیر پلکان یا زیر یک مبلمان محکم مانند میز کار، شانس زنده ماندن را افزایش می دهد. [126] [127]
مناطقی وجود دارد که مردم معتقدند از گردبادها محافظت می شوند، چه با حضور در یک شهر، در نزدیکی یک رودخانه بزرگ، تپه یا کوه، یا حتی توسط نیروهای ماوراء طبیعی محافظت شوند. [131] گردبادها برای عبور از رودخانههای اصلی، بالا رفتن از کوهها، [132] درهها تأثیر میگذارند و به چندین مرکز شهر آسیب رساندهاند . به عنوان یک قاعده کلی، هیچ منطقه ای از گردباد در امان نیست، اگرچه برخی مناطق نسبت به سایرین مستعدتر هستند. [28] [126] [127]
هواشناسی علم نسبتاً جوانی است و مطالعه گردبادها هنوز جدیدتر است. اگرچه برای حدود 140 سال و به طور فشرده برای حدود 60 سال تحقیق شده است، هنوز جنبه هایی از گردباد وجود دارد که یک راز باقی مانده است. [133] هواشناسان درک نسبتاً خوبی از توسعه رعد و برق و مزوسیکلون [134] [135] و شرایط هواشناسی مساعد برای تشکیل آنها دارند. با این حال، گام از سوپرسل ، یا سایر فرآیندهای شکلدهی مربوطه، تا پیچندزایی و پیشبینی مزوسیکلونهای گردباد در مقابل غیرگردباد هنوز به خوبی شناخته نشده است و تمرکز تحقیقات زیادی است. [89]
همچنین مزوسیکلون سطح پایین و کشش گردابه سطح پایین که به یک گردباد منقبض میشود، مورد مطالعه قرار میگیرد، [89] بهویژه اینکه فرآیندها و رابطه محیط و طوفان همرفتی چیست. مشاهده شده است که گردبادهای شدید به طور همزمان با مزوسیکلون در بالا (به جای موفقیت در مزوسیکلوژنز) شکل می گیرند و برخی گردبادهای شدید بدون مزوسیکلون سطح متوسط رخ داده اند. [136]
به طور خاص، نقش جریانهای رو به پایین ، بهویژه جریانهای پایینطرف عقب ، و نقش مرزهای باروکلینیک ، حوزههای شدید مطالعه هستند. [137]
پیشبینی قابل اعتماد شدت و طول عمر گردباد همچنان یک مشکل باقی میماند، همانطور که جزئیات تأثیرگذار بر ویژگیهای گردباد در طول چرخه زندگی و گردباد آن نیز مشکل است. سایر زمینه های غنی تحقیق، گردبادهای مرتبط با مزوورتیکس ها در ساختارهای رعد و برق خطی و درون طوفان های استوایی هستند. [138]
هواشناسان هنوز مکانیسمهای دقیقی را نمیدانند که بیشتر گردبادها توسط آن شکل میگیرند، و گهگاهی گردبادها همچنان بدون هشدار گردباد برخورد میکنند. [139] تجزیه و تحلیل مشاهدات شامل ابزارهای ثابت و متحرک (سطحی و هوایی) درجا و سنجش از دور (غیرفعال و فعال) ایدههای جدیدی تولید میکند و مفاهیم موجود را اصلاح میکند. مدلسازی عددی همچنین بینشهای جدیدی را فراهم میکند، زیرا مشاهدات و اکتشافات جدید در درک فیزیکی ما ادغام میشوند و سپس در شبیهسازیهای کامپیوتری آزمایش میشوند که مفاهیم جدید را تأیید میکنند و همچنین یافتههای نظری کاملاً جدیدی را تولید میکنند، که بسیاری از آنها در غیر این صورت دست نیافتنی هستند. نکته مهم، توسعه فنآوریهای مشاهده جدید و نصب شبکههای رصد با وضوح مکانی و زمانی دقیقتر به افزایش درک و پیشبینی بهتر کمک کرده است. [140]
برنامههای تحقیقاتی، از جمله پروژههای میدانی مانند پروژههای VORTEX (تأیید منشأ چرخش در آزمایش گردباد)، استقرار TOTO (رصدخانه گردباد TOtable)، داپلر روی چرخها (DOW) و دهها برنامه دیگر، امیدوار است که بسیاری از برنامهها را حل کند. سوالاتی که هنوز هواشناسان را آزار می دهد. [49] دانشگاهها، سازمانهای دولتی مانند آزمایشگاه ملی طوفانهای شدید ، هواشناسان بخش خصوصی، و مرکز ملی تحقیقات جوی برخی از سازمانهایی هستند که در تحقیقات بسیار فعال هستند. با منابع مالی مختلف، چه خصوصی و چه دولتی، نهاد اصلی بنیاد ملی علوم است . [114] [141] سرعت تحقیق تا حدی توسط تعداد مشاهداتی که می توان انجام داد محدود می شود. شکاف در اطلاعات مربوط به باد، فشار و رطوبت در سراسر جو محلی؛ و قدرت محاسباتی موجود برای شبیه سازی. [142]
طوفان های خورشیدی مشابه گردبادها ثبت شده اند، اما مشخص نیست که چقدر با همتایان زمینی خود مرتبط هستند. [143]
گردبادهای شدید بدون مزوسیکلون
گردبادهای شدید بدون مزوسیکلون