Szkwał: Różnice pomiędzy wersjami

Linie szkwałowe, jeden z mechanizmów powstawiania szkwałów mają specjalne oznaczenie na mapach synoptycnzychsynoptycznych pogody.

<math> \Delta \theta_v(z) </math> jest zmianą temparaturytemperatury wirtualnej. Lewa strona równania reprezentuje energię kinetyczną ruchów turbulencyjnych w warstwie przyziemnej a prawa strona reprezentuje wyporność warstwy przyziemnej. Energia ruchów turbulencyjnych zależy od zmiany wiatru z wysokością w atmosferze (uskok, ścięcie wiatru), od temperatury, od transportu i dysypacji energii turbulencyjnej.

Nie wszystkie cząstki powietrza spełniają powyższy warunek. Maksimum wiatru w szkwale można otrzymacotrzymać ze wzoru

[[Plik:Tornadic supercell.jpg|thumb|350px|Schematyczna reprezentacja komórki burzowej, linilinii szkwałów i linialinii frontu. Niebieskie strzałki pokazujapokazuje na prądy zstępujące, czerwone strzałki pokazują prądy wstępujące]]

Szkwały konwekcyjne (burze) związane są z opadającymi wiatrami, tzw. prądami zstepujacymizstępującymi. Te prawie pionowe ruch powietrza są na powierzchni Ziemi odczuwalne jako gwałtowne porywy wiatru. Istnieją dwa rodzaje czasowych i przestrzennych prądów zstępujących: mikro i makro. Mikro prądy zstępujące mają skalę około 4 km i trwają pomiędzy 2-5 minut. Makro prądy zstępujące trwają dłużej od 5 do 20 minut i mają rozmiar 4-20km. Prądy wstępujące i zstępujące istnieją często razem. Prąd wstępujący, który zapoczątkowuje burzę pobiera energię ze strumieni ciepła - zarówno ze skraplającej się pary wodnej jak i strumienia ciepła od powierzchni Ziemi. Prąd ten jest wynoszony wysoko (ok. 10km) w atmosferze i czasami tworzy kowadło cumulonimbusa. Skraplająca się woda spada w średnich wysokościach nad Ziemią (około 5km) w postaci deszczu i zapoczątkowuje prąd zstępujący. Krople wody mogamogą wtedy parować a spadające kryształy topić się, te procesy oziębiają spadające powierzepowietrze. Skala przestrzenna prądów zstępujących zależy od wielkości prądów wstępujących.

Szkwały komórek burzowych występują często na liniach szkwałowych (ang. gust front) i związane są z prądami opadajacymiopadającymi (ang. downdraught). Rysunek przedstawia schematycznie linię szkwałową i linię zimnego frontu, pokazane są też dwa różne prądy zstępujące. Zielonym i czerwonym kolorem zaznaczone są prądy wstępujące. Niebieskim kolorem zaznaczone są prądy zstępujące - tzw. przedni i tylny prąd zstępujący. Czasami, ale nie zawsze w tego typu systemach burzowych pojawia się tornado.

Ocenę prędkości szkwału z komórek burzowych można dokonacdokonać na podstawie następujacegonastępującego równania

Szkwały wykorzystywane są w czasie regat zwłaszcza na małych jachtach. Istnieje przekonanie <ref> Steve Colgate, 1991, Colgate on Sailing, W. W. Norton </ref>, że wiatr z wysokością skręca się (ang. veering) zgodnie ze wskazówkami zegara. Wobec tego szkwały, które spadają z większej wysokości na powierzchnię ziemi, przy takim założeniu, także powinny się skręcać zgodnie ze wskazówkami zegara. Tak jest jednak tylko dla sytuacji opisywanej przez model opadającego wiatru w turbulentnej warstwie granicznej. Natomiast wiatry szkwałowe spod wypiętrzonych chmur mogą się skręcacskręcać, ale kierunek skrętu zależy od struktury i przesuwania się samej komórki burzowej. W przypadku braku innych przesłanek (np chmury) częstotoliwośćczęstotliwość przychodzenia szkwałów będzie zależeć od stabilności warstwy atmosfery w pobliżu Ziemi (ok. 1km). W regatach w klasach olimijskicholimpijskich ważne są też oscylacje i częstotliwość przychodzenia szkwałów.

Można to ocenić emiprycznieempirycznie w czasie regat. Szkwały można też mierzyć za pomocą bezpośrednich pomiarów prędkości wiatru. Duży dział fizyki atmosfery - turbulencja atmosferyczna w planetarnej warstwie granicznej - opisuje stabilność atmosfery.

W żeglarstwie transoceanicznym istotne są szkwały związane z komórkami burzowymi w strefie konwergencji tropikalnej czy burzach na strefach frontalnych. Globalne modele numeryczne prognoz pogody wykorzystują siatkę około 60km pomiędzy prognozowanymi punktami na Ziemi (w 2012 roku). Wobec tego pewne zjawiska podskalowe (poniżej tej siatki) nie są dobrze prognozowane przez modele globalne takie jak [[Global Forecast System|GFS]], [[Navy Operational Global Atmospheric Prediction System|NOGAPS]], czy model [[Europejskie Centrum Prognoz Średnioterminowych|ECMWF]]. Oceny szkwałów opierają się na uproszczonych modelach półempirycznych, takich jak zależność od szorstkości podłoża. W globalnych modelach fizyka procesów w warstwie granicznej jest stosunkowo uproszczona a wiele burz nie jest bezpośrednio prognozowanych ze względu na to, że mają one skalę mniejszą niż 60km. Modele mezoskalowe takie jak WRF, RAMS, MM5 umożliwiają prognozę pogody na gęstszej siatce (np 5-15km)i są lepsze w prognozach burz niż modele globalne. Mimo to, wiele podskalowych procesów, z którymi związane są silne i szkwaliste wiatry nie jest dobrze prognozowane. Obecnie (2012) prognozy szkwałów w strefie konwergencji tropikalnej powinny się opierać nie na globalnych modelach numerycznych ale na danych satelitarnych takich jak aktywne (CloudSat) lub pasywne (skaterometria) techniki teledetekcyjne. W szczególności wysokość wierzchołków chmur konwekcyjnych może być używana do oceny wiatrów powierzchniowych w związku z relacją pomiędzy aktywnościaaktywnością prądów wstępujących określających wierzchołki chmur a siłą prądów zstępujących. Przechodzenie stref frontalnych (zimny front) jest także ostrzeżeniem przed silnymi porywistymi wiatrami. W 2012 w żeglarstwie programy nawigacyjne koncentrują się na warunkach powierzchniowych, ale to struktura pionowa atmosfery określa możliwoścmożliwość występowania szkwałów. Jednym z indeksów używanych do oceny możliwości wystapieniawystąpienia konwekcji jest CAPE. Jest to indeks, który wykorzystuje informacje o strukturze pionowej atmosfery.

Ciągłe i bezpośrednie pomiary ekstremalnych wiatrów związanych ze szkwałami są dosyć trudne nad oceanami. Jedną z techniki jest [[skaterometria atmosfery]], która jest używana do oceny prędkości i kierunku wiatru na podstawie odbicia promieni mikrofalowych od powierzchni oceanu. Skaterometry mikrofalowe działają na zasadzie aktywnego radaru, wysyłają w kierunku oceanu fale mikrofalowe i odbierają ich odbicie od powierzchni oceanu. Technika ta umożliwia ocenę prędkości wiatru nawet jeżeli powyżej są chmury, z których nie pada deszcz. Niestety opady są nadal (2012) utrudnieniem w ocenie prędkości wiatru ze skaterometrów, chociaż dla intrumentuinstrumentu WindSat opracowano odpowiedznie algorytmy

<ref>[http://www.ssmi.com/windsat/windsat_browse.html RSS / WindSat Data / Browse<!-- Tytuł wygenerowany przez bota -->]</ref>. Inną techniką są pomiary echa od chmur z radaru umieszczonego w przestrzeni kosmicznej. Obecnie istnieje tylko jeden taki instrument - CloudSat. Wprawdzie CloudSat nie daje bezpośrednio informacji na temat prędkości wiatru na powierzchni Ziemi, ale można ocenić wysokość wierzchołków chmur i strukturę opadu (konwekcyjną vs stratyfikowaną). Pomiar ten jest jednak ograniczony ponieważ CloudSat nie skanuje powierzchni Ziemi. Pomiary w podczerwieni dają także informację na temat wysokości wierzchołków chmur ponieważ mierzona jest temperatura w jakiej nastepujenastępuje emisja promieniowania podczerwonego. Emisja ta zależy od wysokości chmur nad powierzchnią Ziemi. Istnieją sondy oceaniczne, np sieć [[Dryfter (oceanografia)|dryfterów]], które są w stanie dokonywać pomiarów wiatru przy powierzchni oceanu nawet w ekstremalnych warunkach takich jak huragany. Jednak ich operacyjne zastosowania są obecnie (2012) ograniczone.