Fırtınalar genellikle sıcak ve güneşli günlerde oluşur; en sık ilkbahar, yaz ve sonbahar aylarında. Fırtınalar gelişimleri sırasında genellikle üç farklı aşamadan geçerler: oluşum aşaması, olgunlaşma aşaması ve dağılma aşaması. Bir fırtınanın oluşması için neme, kararsız havaya ve bu iki hava unsurunun atmosfere yükselebileceği bazı araçlara ihtiyacı vardır. Kararsız bir atmosfer, atmosferde yükseldikçe hava sıcaklığındaki bir düşüş ile karakterize edilir. Birçok gök gürültülü fırtına, zıt hava sıcaklığı, nem ve yoğunluğun bulunduğu rüzgar yakınsama bölgeleri boyunca oluşur.
Sıcak güneşli günlerde, ısı Dünya’nın yüzeyi tarafından emilir. Yüzey seviyesindeki hava, Güneş’ten gelen radyasyonla ısıtılır. Isınan hava, çevredeki havadan daha hafif hale gelir ve atmosfere doğru yükselir. Isıtılmış hava, konveksiyon yoluyla yavaş yavaş daha soğuk ve kuru hava ile karışır. Isınan hava atmosferde daha yüksek irtifalarda doyma seviyelerine ulaştığında, bulutlara yoğunlaşarak çevredeki havaya gizli ısı yayar. Bu şekilde, konveksiyon ve gizli ısının serbest bırakılması, 20 km (12 mil) yüksekliğe ulaşabilecek bulutları oluşturmak için bir araya gelir.
Konveksiyon
Dünya yüzeyindeki bazı bölgeler, güneş enerjisini diğerlerinden daha verimli bir şekilde emer. Bu bölgelerin üzerindeki hava, çevresinden daha sıcak ve daha az yoğun hale gelir. Bu, bir hava parselinin yükselmesine neden olur ve yükseldikçe genişler ve soğur. Atmosferde daha yüksek enlemlerde, hava parseli, konveksiyon işlemi ile daha soğuk hava ile karışır. Su buharı yoğuşması sırasında açığa çıkan gizli ısı, çevreleyen havayı ısıtır, daha yükseğe çıkmasına neden olur ve alttan daha sıcak, nemli havanın kendisini buluta ekleyerek dikey bir kümülüs bulutu oluşturmasına izin verir.
Büyüme aşaması
Bu aşamada, ılık ve nemli bir hava parseli yükselirken, yukarıdaki daha kuru, daha soğuk hava ile temas ettiğinde konveksiyon yoluyla soğur. Bulut yoğunlaşma ile oluşmaya başladığında, su buharı sıvı veya katı hale dönüştüğünde gizli ısı açığa çıkar. Bu, buluttaki yükselen havayı çevreleyen havadan daha sıcak tutar. Bulut, altındaki yükselen hava tarafından pompalanarak büyümeye devam ediyor. Birkaç dakika içinde devasa bir dikey bulut gelişebilir. Büyüme aşaması sırasında, yukarı hava akımları, bulutun içinde asılı duran buz kristallerini ve su damlacıklarını korur. Ayrıca, bu aşamada genellikle yağmur veya şimşek olmaz.
Bir bulut olgunluğa ulaştığında, tepesi genellikle genişler ve genellikle bir bulut stratosfere ulaştığında meydana gelen bir örs şekline ulaşır. Daha yüksek enlemlerde, donma sıcaklıkları, genellikle eriyerek sıvıya dönüşmeden önce yere düşen ve yere değen dolu ve sulu kar oluşumuna neden olur. Olgun aşamada, su damlacıkları sıcak yükselen havanın üstesinden gelmek için yeterince büyük hale gelir ve yağış olarak düşmeye başlar ve soğuk bir aşağı çekiş oluşturur. Soğuk aşağı hava akımı Dünya’nın yüzeyine dokunduğunda, hava her yöne yatay olarak yayılır ve bir rüzgar cephesi oluşturur. Bulutun merkezinde yukarı ve aşağı hava akımları oluşur ve şiddetli türbülans yaratır. Bulutun her iki ucundaki farklı elektrik yükleri şimşek ve gök gürültüsü üretir.
dağılma aşaması
Bir fırtına olgun aşamasına girdikten 15-20 dakika sonra dağılmaya başlar. Bu aşama, fırtına cephesi azaldığında meydana gelir ve yukarı hava akımlarının buluta girmesini önler. Dağılma aşaması sırasında, aşağı akımlar hakimdir ve nihayetinde bir fırtınayı tetikleyen nemli yukarı akımların oluşumunu engeller. Sıcak, nemli hava artık fırtınaya nüfuz edemez hale geldikten sonra, fırtına yavaş yavaş durur. Fırtına yavaş yavaş yok olurken, su damlacıkları artık oluşmaz ve mevcut olan tek damlacıklar hızla buharlaşarak yalnızca yüksek irtifa sirrusu, örs şeklindeki bulutu bırakır.
Bir fırtına genellikle üç aşamadan yaklaşık bir saat veya daha kısa sürede geçer. Tipik olarak, bir fırtına oluşturmak için hızlı yükselen hava parsellerine ihtiyaç vardır. Kararsız bir atmosferde hızla yükselen hava parselleri oluşur. Genel olarak, Dünya yüzeyine yakın hava ne kadar sıcaksa, yüksek rakımlarda hava o kadar soğuktur. Sıcaklığa ek olarak, zemin yüzeyindeki nem, atmosferin kararsızlığına katkıda bulunabilir. Ulusal Hava Durumu Servisi’ne göre, yaz aylarında, öğleden sonraları Güneş yüzey havasını ısıttığında gök gürültülü fırtınalar gelişir. Kararsız bir atmosferde, hava parselleri yükselecek ve bulutlar, yağış ve şimşek üretecektir.
