שכבת ההסעה החופשית
במדעי האטמוספירה, שכבת ההסעה החופשית (Free Convective Layer, FCL) היא שכבת אי-יציבות מותנית או פוטנציאלית בטרופוספירה. זוהי שכבה שבה אוויר עולה יכול לחוות כוח ציפה חיובי (Positive Buoyancy Energy, PBE) כך שיכולה להתרחש הסעה עמוקה ולחה ( Deep Moist Convection, DMC). במדידה אטמוספירית (מדידת התפלגות אנכית של תכונות פיזיקליות לאורך עמודת אטמוספירה), זוהי השכבה שבין גובה ההסעה החופשית (LFC), לבין גובה שיווי המשקל (Equilibrium Level, EL). לשכבה זו תפקיד חשוב בתהליכים קונבקטיביים שונים, והיא מהווה גורם מרכזי בחיזוי סופות רעמים חזקות.
זוהי שכבת חוסר היציבות, "השטח החיובי" בדיאגרמות תרמודינמיות, בו חבילת אוויר שעולה היא חמה יותר מסביבתה. באמצעות אינטגרציה על אנרגיית ציפה מגובה ההסעה החופשית לגובה שיווי המשקל, מתקבלת כמות האנרגיה הפוטנציאלית הזמינה להסעה (Convective Available Potential Energy, CAPE (אנ')), המהווה אומדן לכמות האנרגיה המקסימלית הזמינה להסעה (קונבקציה). עומק שכבת ההסעה החופשית מבוטא בנוסחה:
- FCL = Z EL - Z LFC
אוֹ
- FCL = P EL - P LFC
כאשר Z מייצג גובה שכבה (שיווי משקל פחות הסעה חופשית), ו-P מייצג לחץ בשכבה.
הסעה עמוקה ולחה היא למעשה סופת רעמים או ענן סופת רעמים, אם כי חלק מהסעות אלה לא מייצרות ברקים, ולכן גם לא רעמים. מדובר בענני קומולוס דחוסים, או ענני קומולונימבוס. חבילת אוויר העולה משכבת פני הקרקע (שכבת הערבוב (Mixed Layer, ML) או שכבת הגבול (Planetary Boundary Layer, PBL, (אנ'))), חייבת לבצע עבודה במהלך מעבר דרך שכבה יציבה הנקראת עיכוב הסעה (Convective INhibition, CIN), אם זו קיימת. עבודה זו נובעת מהגברת חוסר היציבות בשכבות הנמוכות על ידי העלאת הטמפרטורה או נקודת הטל, או באמצעות עילוי מכני. בהיעדר מנגנון הרמה דינמי (עילוי מכני), חבילת האוויר חייבת להגיע לטמפרטורת ההסעה שלה (Convective Temperature, Tc) לפני שתתחיל הסעה לחה (כלומר היווצרות ענן) סמוך לגובה העיבוי הקונבקטיבי (Convective Condensation Level, CCL). מנגד, כאשר יש הרמה דינמית, בסיס הענן (cloud base) ייווצר סמוך לגובה העיבוי המורם (Lifting Condensation Level, LCL (אנ')). כאשר קיימת אינוורסיית חסימה, תהליך ההתאבכות יישאר רדוד ומקומי (בצורת ענני קומולוס קטנים), עד לפריצת שכבת עיכוב ההסעה. לאחר פריצה זו, תתפתח הסעה עמוקה ולחה כאשר החבילה מגיעה לגובה ההרמה החופשית, ונכנסת לשכבת ההסעה החופשית, כל עוד פעילות הכוח התרמי או המכני נמשכת ויש מספיק לחות זמינה בשכבת ההסעה). בגובה שיווי משקל, החבילה קרירה יותר מהסביבה ויציבה מבחינה תרמודינמית, אך היא ממשיכה לעלות באמצעות התנע שלה. בסופו של דבר היא מאטה עד לעצירה בגובה המרבי של החבילה (Maximum Parcel Level, MPL (אנ')) - מצב שיכול להתבטא ויזואלית כ"פסגה חודרת" (Overshooting top, בליטה דמוית כיפה היוצאת מראש הסדן של סופת רעמים אל תוך הסטרטוספירה התחתונה). בהנחה ואין השפעות אחרות, כמות CAPE גדולה יותר בשכבת ההסעה החופשית, ובמיוחד עובי גדול יותר של ה"שטח החיובי" (מדד הניתן לכימות בעזרת מדד ההרמה (Lifted Index, LI, (אנ')) בגובה הרלוונטי), גורמת לזרמים עולים חזקים ומהירים יותר.
קישורים חיצוניים
- Blanchard, David O. (Sep 1998). Assessing the Vertical Distribution of Convective Available Potential Energy. Weather and Forecasting, 13 (3): 870–877.
שכבת ההסעה החופשית41582465Q5500209