Bir gökgürültülü fırtına(oraj) 3 tetikleyiciye sahiptir: Nem, Kararsızlık ve Kaldırma(Lifting). Bu üç tetikleyiciden nem faktörü uygun olmadıkça diğer ikisi ne kadar yüksek olursa olsun oraj hiç bir zaman gerçekleşmez. Bu 3 tetikleyicinin dışında rüzgar makası(wind shear)'da şiddetli fırtınalar için vazgeçilmezdir.
Genel bir kural olarak, yüzey esaslı bir fırtınanın oluşması için yüzey çiğlenme noktasının 13 derece veya üzeri olması gerekir. Nemli adyabatik lapse rate'in(anlamı en aşağıda), daha soğuk dewpoint noktalarında daha stabil parsel lapse rate'e sahip olması nedeniyle, bu sıcaklıktan daha düşük bir çiy noktası, fırtınalar için elverişsiz olmaya başlar. Ama bu 13°C yüzey çiy noktasının(dewpoint) altında oraj oluşmayacağı anlamına da gelmez.
Ayrıca, aşağı seviyede nemlilik azaldıkça kararsızlık da azalır. Kararsızlık, bir hava parselinin çevresel havadan daha sıcak olduğunda ve pozitif buoyancy(yüzdürme) nedeniyle kendi kendine yükseldiğinde meydana gelir. Kararsızlık sıklıkla pozitif CAPE veya negatif LI değerleri kullanılarak ifade edilir. Kararsızlık, atmosferin aşağı seviyelerindeki havanın atmosferin üst seviyelerine yükselmesine izin veren şeydir. Kararsızlık olmadan, atmosfer derin taşınım ve fırtınaları desteklemeyecektir. Kararsızlık gündüz yerin ısınması ile artar. Kaldırma(Lift) bir hava parselinin atmosferin aşağı seviyelerinden pozitif yüzdürmenin gerçekleştiği seviyeye yükselmek için ivme kazandırır. Kararsızlık daha çok troposferin orta ve üst seviyelerinde olur, ancak aşağı troposferde olmaz. Kararlı hava genellikle negatif CAPE, konvektif engelleme(CIN) veya kapak(CAP) olarak adlandırılır.
Troposferin aşağı seviyelerindeki havanın alt seviyeli konvektif engelin üstesinden gelmesine izin veren Liftingtir. Lifting işlemi genellikle tetikleyici bir mekanizma olarak adlandırılır. Pek çok lifting mekanizması vardır. Birçoğunun listesi şöyledir: cepheler, aşağı seviye konverjansı, aşağı seviye nem adveksiyonu, vorticity(dinamik yükselme), jet streak, orografik yükselme. Tüm bu işlemler havayı yükselmeye zorlar. Bu lifting mekanizmalarının en iyi kombinasyonuna sahip bölge, genellikle fırtınaların ilk geliştiği yerdir. Nem ve kararsızlık da dikkate alınmalıdır. Önce bir fırtına oluşur ve en iyi kombinasyona sahip bölgeye doğru gelişir: yüksek PBL nemi, düşük CIN, CAPE ve kaldırma mekanizmaları.
Fırtına ile şiddetli fırtına arasındaki en önemli fark rüzgar alanıdır. Şiddetli bir fırtına için, bulunması gereken içerikler nem, kararsızlık, kaldırma, güçlü hızda ve yönü yukarı çıktıkça değişen rüzgar makasıdır(wind shear). İdeal olarak, rüzgar yüzeyden 700 milibar'a kadar 60 derece veya daha fazla açıya meyilli yönde değişmeli, 300 mb rüzgarları 70 knot'tan daha büyük olmalı ve 850 ila 700 mb rüzgarları (alçak seviye jetleri) 25 knot veya daha büyük olmalıdır. Wind shear aşağıdakilere yardımcı olur: Bir fırtınanın eğilmesine, yukarı çekişin(updraftın) kendisini daha uzun bir süre boyunca sürdürmesine izin verir, bu da bir mesosiklonun gelişmesine izin verir ve şartlar olgunlaşmışsa dönen havanın üst duvar içine alınmasına izin verir (Buna tornadogenesis denir).
Yukarı seviyeye çıkıldıkça rüzgarın artması Kümülonimbusun eğimini arttırır. Süperhücre tipi fırtınalarda ilk koşullardan biridir.
Şiddetli fırtınalar aynı zamanda normal gökgürültülü fırtınalarda da bu özelliklere sahip olma eğilimindedir: daha yüksek CAPE, atmosferin orta seviyelerinde daha kuru hava (konvektif kararsızlık), daha iyi nem konverjansı, baroklinik atmosfer ve daha güçlü lifting.
NEM
Düşük seviyeli nem, sınır tabakası çiy noktalarının incelenmesiyle değerlendirilir. Şiddetli gök gürültülü fırtınalar, yüzey çiğlenme noktası 13 C veya daha yüksek olduğunda(diğer parametrelerin tümü eşit sayılarak) daha muhtemeldir. Düşük çiy noktası değerleri yeterli gizli ısı salımını engeller ve hortum tehdidini önemli ölçüde azaltır.
Hortumlar, LCL(Lifting Condensation Level) seviyesi nispeten düşük olduğunda daha muhtemeldir(daha sonra işleyeceğiz.). Alt troposferdeki nemin derinliği ve nem alım oranının incelenmesi de önemlidir.
Aşağı troposferdeki nem eksikliği şiddetli fırtına tehdidini azaltırken, orta troposferdeki nem eksikliği, eğer aşağı troposferde bol miktarda nem varsa şiddetli fırtına tehdidine yardımcı olur. Konvektif (potansiyel) kararsızlık bu durumda mevcuttur.
Yüksek çiğlenme noktası değerlerinin sınır katmanına(boundary layer) eklenmesi, şiddetli hava koşullarında kararsızlığı artırabilir. Bu genellikle ılık bir okyanus kaynağından yapılan adveksiyon ile gerçekleştirilir.
KARARSIZLIK
Farklı kararsızlık türleri vardır. Kararsızlığın serbest bırakılması, havanın düşeyde hızlanmasına neden olur. Bu, havanın gökgürültülü fırtınalar için bu kadar hızlı yükselmesinin nedenidir. Kararsızlık, pozitif yüzdürme nedeniyle havanın kendi başına serbestçe yükseleceği bir durumdur.
Örnek olarak, yüzme havuzunun dibinde bir basketbol düşünün. Basketbol serbest bırakıldığında, havuzun tepesine yükselir. Basketbol topu yükselir, çünkü etrafındaki sudan daha az yoğundur. Benzer bir işlem atmosferde kararsızlık serbest bırakıldığında da meydana gelir. Alt troposferdeki hava, çevresindeki havadan daha az yoğun hale gelinceye kadar kaldırılır. Daha az yoğun olduğunda, kendi kendine yükselir. Yükselme hızı, yükselen hava ile etraftaki hava arasındaki yoğunluk farkına bağlıdır. Herhangi bir fırtınanın yükselişinde, yükselen hava, çevreleyen havadan daha az yoğun olduğu için yükselen bir hareket meydana gelir.
PARSEL KARARSIZLIĞI
Parsel kararsızlığı (Statik Kararsızlık olarak da adlandırılır) CAPE ve/veya Lifted Index incelenerek değerlendirilir. İki yaygın CAPE ölçüsü SBCAPE (yüzey bazlı CAPE) ve MUCAPE'dir(2.500 J/kg'ın üzerindeki değerler oldukça büyük kararsızlıktır. Aynı şekilde -7'den küçük LI değerleride, aşırı kararsızlığı temsil eder.) Yüksek kararsızlık, updraft içinde yüksek ivmelere izin verir. Dolu üretimi için güçlü bir updraft önemlidir. Fırtınanın updraft hızı √2*CAPE'dir.
GİZLİ KARARSIZLIK
Bu, gizli ısının serbest bırakılmasından kaynaklanan kararsızlıktır. Gizli kararsızlık, PBL(Planetary Boundary Layer)'deki veya yoğunlaşmanın başladığı bölgedeki ortalama çiğlenme noktası arttıkça artar. Salınan ısı ne kadar yüksek olursa, bir parsel hava o kadar sıcak olacaktır. PBL çok ıslak ve nemliyse, nemli lapse rate hızı, atmosferin aşağı seviyelerinde yükselen bir hava parselinin yüksekliğiyle soğumasına (belki de sadece 4 C/km) neden olacaktır. Kaldırılması için yeterli miktarda neme sahip bir fırtına, kuru hava alan bir fırtınadan daha fazla gizli kararsızlığa sahip olacaktır. Körfezlerden ve okyanus akıntılarından gelen ılık ve nemli hava gizli kararsızlığı artırıcı faktördür.
KONVEKTİF (POTANSİYEL) KARARSIZLIK
Konvektif (potansiyel olarak da adlandırılır) kararsızlık, kuru orta seviye hava, alt troposferdeki ılık ve nemli havanın üzerinde etkili olduğunda ortaya çıkar. Konvektif kararsızlık, yüzeyden orta seviyelere dinamik kaldırma, alt troposferden yükseltilmiş nemli bir adyabatik lapse rate ve orta troposferde yükseltilmiş havadan kuru bir adyabatik lapse rate ürettiğinde salınır. Zamanla, bu atmosferdeki lapse rate'i arttırır ve çok az SBCAPE içeren veya olmayan bir atmosferin büyük SBCAPE'li (yüzeyden kaldırılan bir hava parseline göre) değişmesine neden olabilir. Kuru hava kaldırıldığında nemli doymuş havaya kıyasla daha hızlı soğur.
Konvektif kararsızlık, atmosferin orta seviyeleri oldukça kuru olduğunda ve PBL'de yüksek çiğ noktası (ve doygun koşullara yakın) bulunduğunda mevcuttur. Su buharı görüntüsü atmosferdeki 600 ila 300 milibar aralığındaki nemi tespit eder. Su buharı görüntülerinde koyu renk, atmosferin orta ve üst seviyelerinde nem eksikliği anlamına gelir. Aşağı seviyeli nem profilini değerlendirmek için yüzey, 850 mb ve 700 mb haritaları kullanılabilir. Konvektif kararsızlığı analiz etmenin en iyi yolu, bir Skew-T diyagramı kullanmaktır. Neredeyse doymuş alt troposfer ile kuru orta seviyeler arasındaki sınırda bir hydrolapse(yüksek hızlı çiy noktası azalması) olacaktır.
Kuru havayı ve nemli havayı yüzeye yakın bir yerde ayıran genellikle bir enverziyon olacaktır. Kuru hava yüksekliği genel olarak elevated mixed layer (EML) olarak adlandırılır. Bu enverziyon önemlidir, çünkü ısı, nem ve kararsızlık bu “kapak” enverziyonu altında gün içerisinde oluşabilir. CAP kırıldıktan sonra patlayıcı taşınım meydana gelebilir.(CAP'lar hakkında daha detaylı bilgi için CAP)
Aşağıda bir konvektif kararsızlık gösteren sounding. Sabah soundingi, önemli bir CAPE olmadığını gösterir. Bununla birlikte, bir tahminci gündüz ısıtmanın SBCAPE'yi artırmasını bekler. Eğer bu sounding ortamında liftingde meydana gelirse, CAPE daha da artacaktır, çünkü lifting orta seviyeleri aşağı seviyelerden daha büyük bir oranda soğutacaktır.