Linia szkwału, a właściwie quasi-liniowy układ konwekcyjny (QLCS), to linia burz, często tworząca się wzdłuż lub przed frontem chłodnym. Na początku XX wieku termin ten był używany jako synonim frontu chłodnego (któremu często towarzyszą gwałtowne i porywiste zmiany wiatru). Liniowe struktury burzowe często zawierają obfite opady, grad, częste wyładowania atmosferyczne, silne wiatry prostoliniowe, a czasami tornada lub trąby wodne. Szczególnie silne wiatry prostoliniowe mogą występować tam, gdzie struktura liniowa formuje się w kształt łuku echa. Tornada mogą występować w obrębie (LEWP), gdzie obecne są mezoskalowe obszary układy niżowe. Niektóre bow echo mogą urosnąć do rangi derecho, gdy przemieszczają się szybko przez duży obszar.
Teoria frontu polarnego została opracowana przez Jacoba Bjerknesa, na podstawie gęstej sieci punktów obserwacyjnych w Skandynawii podczas I wojny światowej. Teoria ta proponowała, aby główny napływ do cyklonu był skoncentrowany wzdłuż dwóch linii konwergencji, jednej przed niżem, a drugiej ciągnącej się za niżem. Wlekąca się strefa konwergencji była określana jako linia szkwału lub front chłodny. Obszary chmur i opadów wydawały się być skupione wzdłuż tej strefy konwergencji. Koncepcja stref frontowych doprowadziła do powstania koncepcji mas powietrza. Natura trójwymiarowej struktury cyklonu została przedstawiona po rozwoju sieci badających całą troposferę w latach 40 ubiegłego wieku.
Zorganizowane obszary aktywności burzowej wzmacniają istniejące wcześniej strefy frontów i mogą wyprzedzać fronty chłodne. Wyprzedzenie to ma miejsce w strefie wiatrów zachodnich, gdzie strumień górnego poziomu rozdziela się na dwa strumienie. Powstały w ten sposób mezoskalowy układ konwekcyjny (MCS) tworzy się w miejscu rozszczepienia górnego poziomu we wzorze wiatru w obszarze najlepszego napływu z niskiego poziomu.
Konwekcja przemieszcza się następnie na wschód i w kierunku równika do sektora ciepłego, równolegle do linii grubości warstwy niskiej. Kiedy konwekcja jest silnie liniowa lub zakrzywiona, MCS jest nazywany linią squall, z cechą umieszczoną na krawędzi wiodącej znaczącej zmiany wiatru i wzrostu ciśnienia. Cecha ta jest powszechnie przedstawiana w ciepłym sezonie w całych Stanach Zjednoczonych na analizach powierzchniowych, jako że leżą one w obrębie ostrych koryt powierzchniowych.
Mniejsze chmury cumulus lub stratocumulus, wraz z cirrusami, a niekiedy altocumulusami lub cirrocumulusami, mogą występować przed linią szkwału. Chmury te są wynikiem rozpadu dawnych chmur cumulonimbus lub obszaru niewielkiej niestabilności przed główną linią szkwału.
Gdy superkomórki i wielokomórkowe burze rozpraszają się z powodu słabego ścinania wiatru lub słabych mechanizmów wznoszenia (np. znacznego ukształtowania terenu lub braku ogrzewania w ciągu dnia), związany z nimi front może wyprzedzić samą linię szkwału, a obszar niskiego ciśnienia w skali synoptycznej może się wtedy wypełnić, prowadząc do osłabienia frontu chłodnego. Zasadniczo burza wyczerpała swoje ciągi wznoszące, stając się układem zdominowanym przez ciąg ujemny. Obszary rozpraszających się burz typu squall line mogą być regionami o niskim CAPE, niskiej wilgotności, niewystarczającej sile wiatru lub słabej dynamice synoptycznej (np. wypełnienie przez niż górnego poziomu).
Z tego miejsca następuje ogólne rozrzedzenie linii szkwału: wiatry z czasem słabną, granice odpływu znacznie osłabiają wznoszenia, a chmury tracą swoją grubość.
Obszar wiodący linii szkwału składa się przede wszystkim z wielu prądów wstępujących lub pojedynczych regionów wstępujących, wznoszących się od poziomu gruntu do najwyższych partii troposfery, kondensujących wodę i budujących ciemną, złowieszczą chmurę do takiej, której szczyt i kowadło są zauważalne (dzięki wiatrom w skali synoptycznej). Ze względu na chaotyczny charakter updraftów i downdraftów istotne są perturbacje ciśnienia. Ochłodzone przez opady powietrze z downdraftów zwykle wychodzi tuż nad powierzchnię i unosi powietrze do updraftów, o ile nie tryska zbyt daleko i nie odcina tego napływu. Wizualnie proces ten może przybrać postać chmury szelfowej, często o turbulentnym wyglądzie.
Wał szkwałowy na czele linii szkwału związanej z MCS
Perturbacje ciśnienia
Perturbacje ciśnienia wokół burz są godne uwagi. Przy szybkim wyporze w dolnych i środkowych warstwach dojrzałej burzy, updraft i downdraft tworzą wyraźne mezocentra ciśnienia. Ponieważ burze organizują się w linie szkwałowe, północny koniec linii szkwałowej jest powszechnie określany jako koniec cykloniczny, podczas gdy strona południowa obraca się antycyklonalnie (na półkuli północnej). Ze względu na siłę Coriolisa, północny koniec może rozwijać się dalej, tworząc niż o kształcie przecinka, lub kontynuować wzór przypominający squall line.
Turbulentna podstawa wału szkwałowego świadczy o dużej dynamice w obrębie mezoskalowego układu burzowego
Ścinanie wiatru
Siła wiatru jest ważnym aspektem linii szkwału. W środowiskach o niskim lub średnim ścinaniu dojrzałe burze przyczyniają się do powstawania umiarkowanych ilości spływów, wystarczających do stworzenia mechanizmu podnoszenia krawędzi czołowej – frontu szkwałowego. W środowiskach o wysokiej sile ścinania, tworzonych przez przeciwstawne wiatry strumieniowe na niskim poziomie i wiatry synoptyczne, prądy wstępujące i w konsekwencji zstępujące mogą być znacznie bardziej intensywne (powszechne w superkomórkowych mezocyklonach). Odpływ zimnego powietrza z obszaru śladowego linii szkwału do strumienia średniego poziomu, co wspomaga procesy wstępujące.
Wskaźniki ciężkiej pogody
Silne linie szkwału są zazwyczaj wygięte z powodu formowania się silniejszego mezoskalowego układu wysokiego ciśnienia (mezohigh) w obrębie obszaru konwekcyjnego w wyniku silnego ruchu opadającego za linią opadów kulistych, który może przybrać formę downburstu. Różnica ciśnień pomiędzy mezoskalowym wyżem a niższym ciśnieniem przed linią opadów powoduje silny wiatr, który jest najsilniejszy tam, gdzie linia jest najbardziej wygięta.
Innym wskaźnikiem obecności trudnych warunków pogodowych wzdłuż linii szkwału jest jej przekształcenie się we wzór fali echa liniowego (LEWP). LEWP to specjalna konfiguracja w linii burz konwekcyjnych, która wskazuje na obecność obszaru niskiego ciśnienia i możliwość wystąpienia szkodliwych wiatrów, dużego gradu i tornad. Na każdym załamaniu linii LEWP znajduje się mezoskalowy obszar niskiego ciśnienia, który może zawierać tornado. W odpowiedzi na bardzo silny odpływ na południowy zachód od niżu mezoskalowego, część linii wybrzusza się na zewnątrz, tworząc bow echo. Za tym wybrzuszeniem leży mezoskalowy obszar wysokiego ciśnienia.
Derecho (z hiszpańskiego: „derecho”, co oznacza „prosto”) to rozległa i długotrwała, gwałtowna, konwekcyjna burza z wiatrem w linii prostej, związana z szybko przemieszczającym się pasmem silnych burz, zwykle przyjmująca formę łuku echa. Derecho wieje zgodnie z kierunkiem ruchu towarzyszących mu burz, podobnie jak front szkwałowy, z tą różnicą, że za frontem szkwałowym wiatr jest trwały i zazwyczaj zwiększa swoją siłę. Jako zjawisko ciepłej pogody, derecho występują głównie latem, między majem a sierpniem na półkuli północnej. Mogą wystąpić o każdej porze roku i występują równie często w nocy, jak i w godzinach dziennych.
Chmura szelfowa często poprzedza nadejście linii szkwału
Tradycyjne kryteria, które odróżniają derecho od poważnej burzy to utrzymujący się wiatr o prędkości 58 mil na godzinę (93 km/h) podczas burzy, w przeciwieństwie do porywów, wysoka lub szybko wzrastająca prędkość do przodu, oraz zasięg geograficzny (zazwyczaj 250 mil morskich (500 km; 300 mil) długości). Ponadto, mają one charakterystyczny wygląd na radarze (bow echo); kilka unikalnych cech, takich jak tylne wcięcie napływu i bookend vortex, i zwykle manifestują dwa lub więcej downbursts. Chociaż burze te najczęściej występują w Ameryce Północnej, derechos występują w innych miejscach na świecie, w tym również w Europie oraz Polsce. Poza Ameryką Północną mogą być nazywane różnymi nazwami. Na przykład, w Bangladeszu i przyległych częściach Indii, typ burzy znany jako „Nor’wester” może być postępującym derecho.