Мезомасштабная конвективная система ( MCS ) представляет собой комплекс гроз , который организуется в масштабе, большем, чем отдельные грозы, но меньшем, чем внетропические циклоны , и обычно сохраняется в течение нескольких часов или более. Общая облачность и схема осадков мезомасштабной конвективной системы могут быть круглыми или линейными по форме и включать такие погодные системы , как тропические циклоны , линии шквалов , снежные явления с эффектом озера , полярные депрессии и мезомасштабные конвективные комплексы (MCC), и обычно образуются вблизи погодных фронтов . Тип, который формируется в теплое время года над сушей, был отмечен в Северной и Южной Америке, Европе и Азии, с максимумом активности, отмеченным в конце дня и вечерние часы.
Формы MCS, которые развиваются в тропиках, используют либо зону межтропической конвергенции (ITCZ), либо муссонные ложбины в качестве фокуса для своего развития, как правило, в теплый сезон между весной и осенью. Исключением являются полосы снега с эффектом озера , которые образуются из-за перемещения холодного воздуха через относительно теплые водоемы и происходят с осени по весну. Полярные депрессии являются вторым особым классом MCS, которые образуются в высоких широтах в холодное время года. После того, как родительская MCS умирает, может произойти дальнейшее развитие грозы в связи с ее остаточным мезомасштабным конвективным вихрем (MCV). Мезомасштабные конвективные системы важны для климатологии осадков в Соединенных Штатах над Великими равнинами , поскольку они приносят региону около половины годового количества осадков в теплый сезон. [1]
Мезомасштабные конвективные системы — это грозовые области, которые могут быть круглыми или линейными по форме, порядка 100 километров (62 миль) или более в одном направлении, но меньше, чем внетропические циклоны [2] и включают такие системы, как тропические циклоны, линии шквалов и мезомасштабные конвективные комплексы (MCC), среди прочих. MCS — более обобщенный термин, который включает системы, которые не удовлетворяют более строгим критериям размера, формы или продолжительности MCC. Они имеют тенденцию образовываться вблизи погодных фронтов и перемещаться в области диффузии толщиной 1000-500 мб , которые являются областями, где градиент температуры от низкого до среднего уровня расширяется, что обычно направляет грозовые кластеры в теплый сектор внетропических циклонов или в сторону экватора теплых фронтов . Они также могут образовываться вдоль любых конвергентных зон в тропиках. Недавнее исследование показало, что они имеют тенденцию образовываться, когда температура поверхности колеблется более чем на 5 градусов между днем и ночью. [3] Их образование отмечено по всему миру, от фронта Мэйю на Дальнем Востоке до глубоких тропиков. [4]
Существует четыре основных типа гроз: одноячеечная , многоячеечная , линия шквала (также называемая многоячеечной линией) и суперячейка . Какой тип образуется, зависит от нестабильности и относительных ветровых условий в разных слоях атмосферы (« сдвиг ветра »). Одноячеечные грозы образуются в условиях низкого вертикального сдвига ветра и длятся всего 20–30 минут. Организованные грозы и грозовые кластеры/линии могут иметь более длительные жизненные циклы, поскольку они образуются в условиях достаточной влажности, значительного вертикального сдвига ветра (обычно более 25 узлов (13 м/с) в нижних 6 километрах (3,7 мили) тропосферы ) [ 5] ), что способствует развитию более сильных восходящих потоков, а также различных форм суровой погоды. Суперячейка является самой сильной из гроз, чаще всего связанной с крупным градом, сильным ветром и образованием торнадо.
Значения осадков более 31,8 миллиметров (1,25 дюйма) благоприятствуют развитию организованных грозовых комплексов. [6] Те, у кого выпадают сильные дожди, обычно имеют значения осадков более 36,9 миллиметров (1,45 дюйма). [7] Для развития организованной конвекции обычно требуются значения CAPE выше 800 Дж/кг . [8]
Мезомасштабный конвективный комплекс (МКК) — это уникальный вид мезомасштабной конвективной системы, которая определяется характеристиками, наблюдаемыми на инфракрасных спутниковых снимках . Их площадь вершин холодных облаков превышает 100 000 квадратных километров (39 000 квадратных миль) с температурой менее или равной −32 °C (−26 °F); и площадь вершины облаков составляет 50 000 квадратных километров (19 000 квадратных миль) с температурой менее или равной −52 °C (−62 °F). Определения размеров должны соблюдаться в течение шести часов или более. Его максимальная протяженность определяется как момент, когда облачный щит или общая облачная формация [9] достигают своей максимальной площади. Его эксцентриситет (малая ось/большая ось) больше или равен 0,7 при максимальной протяженности, поэтому они довольно круглые. Они долговечны, образуются ночью , поскольку имеют тенденцию формироваться ночью, и обычно содержат сильные дожди, ветер, град , молнии и, возможно, торнадо . [10]
Линия шквала — это вытянутая линия сильных гроз , которая может формироваться вдоль и/или впереди холодного фронта . [11] [12] В начале 20 века этот термин использовался как синоним холодного фронта . [13] Линия шквала содержит сильные осадки , град , частые молнии , сильные прямые ветры и, возможно, торнадо и водяные смерчи . [14] Суровая погода в виде сильных прямых ветров может ожидаться в областях, где сама линия шквала имеет форму дугообразного эха , в пределах части линии, которая выгибается больше всего. [15] Торнадо можно обнаружить вдоль волн в пределах волновой картины линейного эха , или LEWP, где присутствуют мезомасштабные области низкого давления . [16] Некоторые дуговые эхо, которые развиваются в летний сезон, известны как дерехо , и они довольно быстро перемещаются по большим участкам территории. [17] На заднем крае дождевого щита, связанного с развитыми линиями шквала, может образоваться кильватерный след , представляющий собой мезомасштабную область низкого давления, которая формируется за мезомасштабной системой высокого давления, обычно присутствующей под дождевым пологом, которая иногда связана с тепловым взрывом . [ 18] Другой термин, который может использоваться в связи с линией шквала и эховыми сигналами от носа, — это квазилинейные конвективные системы (QLCS) . [19]
Тропический циклон — это довольно симметричная штормовая система, характеризующаяся низким центром давления и многочисленными грозами, которые производят сильные ветры и проливные дожди. Тропический циклон питается теплом, выделяющимся при подъеме влажного воздуха, что приводит к конденсации водяного пара, содержащегося во влажном воздухе. Он подпитывается другим тепловым механизмом, чем другие циклонические штормы, такие как северо-восточные , европейские штормы и полярные циклоны , что приводит к их классификации как штормовых систем с «теплым ядром». [20]
Термин «тропический» относится как к географическому происхождению этих систем, которые часто формируются в тропических регионах земного шара, так и к их формированию в морских тропических воздушных массах . Термин «циклон» относится к циклонической природе таких штормов, с вращением против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном полушарии . В зависимости от их местоположения и силы тропические циклоны называются другими именами, такими как ураган, тайфун, тропический шторм, циклонический шторм, тропическая депрессия или просто как циклон. Вообще говоря, тропический циклон называют ураганом ( от имени древнего центральноамериканского божества ветра, Хуракана ) в Атлантическом и восточном Тихом океанах, тайфуном через северо-западную часть Тихого океана и циклоном через в южном полушарии и Индийском океане. [21]
Тропические циклоны могут вызывать чрезвычайно сильные ветры и проливные дожди, а также высокие волны и разрушительные штормовые нагоны . [22] Они развиваются над большими объемами теплой воды, [23] и теряют свою силу, если перемещаются по суше. [24] Вот почему прибрежные регионы могут получить значительный ущерб от тропического циклона, в то время как внутренние регионы относительно защищены от сильных ветров. Однако сильные дожди могут вызывать значительные наводнения внутри страны, а штормовые нагоны могут вызывать обширные прибрежные наводнения на расстоянии до 40 километров (25 миль) от береговой линии. Хотя их воздействие на человеческое население может быть разрушительным, тропические циклоны также могут облегчать условия засухи . [25] Они также переносят тепло и энергию из тропиков в умеренные широты , что делает их важной частью глобального механизма циркуляции атмосферы . В результате тропические циклоны помогают поддерживать равновесие в тропосфере Земли .
Многие тропические циклоны развиваются , когда атмосферные условия вокруг слабого возмущения в атмосфере благоприятны. Другие образуются, когда другие типы циклонов приобретают тропические характеристики. Затем тропические системы перемещаются направляющими ветрами в тропосфере ; если условия остаются благоприятными, тропическое возмущение усиливается и может даже развить глаз . С другой стороны, если условия вокруг системы ухудшаются или тропический циклон выходит на сушу, система ослабевает и в конечном итоге рассеивается. Тропический циклон может стать внетропическим по мере продвижения к более высоким широтам, если его источник энергии меняется с тепла, выделяемого конденсацией, на разницу температур между воздушными массами; [20] С эксплуатационной точки зрения тропический циклон обычно не считается субтропическим циклоном во время его внетропического перехода. [26]
Снег с эффектом озера образуется зимой в форме одной или нескольких удлиненных полос, когда холодные ветры перемещаются по длинным пространствам более теплой озерной воды, обеспечивая энергию и собирая водяной пар , который замерзает и оседает на подветренных берегах . [27] Тот же эффект над водоемами с соленой водой называется снегом с эффектом океана , [28] снегом с эффектом моря , [29] или даже снегом с эффектом залива . [30] Эффект усиливается, когда движущаяся воздушная масса поднимается орографическим эффектом более высоких высот на подветренных берегах. Это поднятие может производить узкие, но очень интенсивные полосы осадков, которые оседают со скоростью многих дюймов снега в час и часто приносят обильные снегопады. Районы, затронутые снегом с эффектом озера, называются снежными поясами . Этот эффект наблюдается во многих местах по всему миру, но наиболее известен в густонаселенных районах Великих озер Северной Америки. [31]
Если температура воздуха недостаточно низкая, чтобы удерживать осадки в замороженном состоянии, они выпадают в виде дождя с эффектом озера. Для того чтобы образовался дождь или снег с эффектом озера, воздух, движущийся через озеро, должен быть значительно холоднее, чем приземный воздух (который, вероятно, будет близок к температуре поверхности воды). В частности, температура воздуха на высоте, где давление воздуха составляет 850 миллибар (или 1,5 километра (0,93 мили) над уровнем моря), должна быть на 13 °C (24 °F) ниже температуры воздуха у поверхности. [31] Эффект озера, возникающий, когда воздух при 850 миллибарах на 25 °C (45 °F) холоднее температуры воды, может привести к грозовому снегу , снежным ливням, сопровождающимся молниями и громом (из-за большего количества энергии, доступной из-за возросшей нестабильности). [32]
Полярный минимум — это мелкомасштабная, симметричная, кратковременная система низкого атмосферного давления (депрессия), которая находится над океаническими областями к полюсу от главного полярного фронта как в Северном, так и в Южном полушариях. Системы обычно имеют горизонтальный масштаб длины менее 1000 километров (620 миль) и существуют не более пары дней. Они являются частью более крупного класса мезомасштабных погодных систем. Полярные минимумы может быть трудно обнаружить с помощью обычных метеорологических отчетов, и они представляют опасность для высокоширотных операций, таких как судоходство и газовые и нефтяные платформы. Полярные минимумы упоминаются многими другими терминами, такими как полярный мезомасштабный вихрь, арктический ураган, арктический минимум и депрессия холодного воздуха. Сегодня этот термин обычно зарезервирован для более энергичных систем, которые имеют приповерхностные ветры со скоростью не менее 17 метров в секунду (38 миль в час). [33]
Период времени на Равнинах, когда грозовые зоны наиболее распространены, длится с мая по сентябрь. Мезомасштабные конвективные системы развиваются в регионе в течение этого периода времени, при этом основная часть активности происходит между 6 и 9 часами вечера по местному времени. Мезомасштабные конвективные системы приносят от 30 до 70 процентов годового количества осадков теплого сезона на Равнины. [34] Подмножество этих систем, известное как мезомасштабные конвективные комплексы, приводит к выпадению до 10% годового количества осадков на Равнинах и Среднем Западе. [35] Линии шквалов составляют 30% крупных грозовых комплексов, которые перемещаются через регион. [36]
В то время как большинство формируется над континентом, некоторые MCS формируются во второй половине августа и сентябре над западным Средиземноморьем. MCS, возникающие над Европой, тесно связаны с горными хребтами. В среднем, европейские MCS перемещаются с востока на северо-восток, формируясь около 3 часов дня по местному солнечному времени , длятся 5,5 часов, рассеиваясь около 9 часов вечера по LST. Около 20% MCS над Европой не формируются во время максимального нагрева. Их средняя максимальная протяженность составляет около 9000 квадратных километров (3500 квадратных миль). [37]
Мезомасштабные конвективные системы, которые могут перерасти в тропические циклоны, формируются вдоль таких областей, как тропические волны или восточные волны, которые движутся на запад вдоль муссонных ложбин и внутритропической зоны конвергенции в регионах с обильной влажностью на низком уровне, конвергентными поверхностными ветрами и дивергентными ветрами наверху. Обычно это происходит к северу от экватора от Африки через Атлантический и восточный Тихий океаны, а также через северо-западный и юго-западный Тихий океаны, от Австралии на восток в Океанию, Индийский океан, Индонезию и с юго-востока Бразилии в южную часть Атлантического океана. Это также иногда отмечается в юго-восточной части Тихого океана в умеренные или прохладные годы ЭНЮК , за пределами Эль-Ниньо. [38] Более интенсивные системы формируются над сушей, чем над водой. [39]
В случаях снега с эффектом озера и полярных циклонов конвективные системы формируются над теплыми водоемами, когда холодный воздух проносится над их поверхностью и приводит к увеличению влажности и значительному вертикальному движению. Это вертикальное движение приводит к развитию ливней и гроз в областях циклонического течения на задней стороне внетропических циклонов . [31] [33]
Мезомасштабный конвективный вихрь (MCV) — это центр низкого давления среднего уровня внутри MCS, который втягивает ветры в круговую схему или вихрь. После того, как родительский MCS умирает, этот вихрь может сохраняться и приводить к будущему конвективному развитию. С ядром всего от 30 миль (48 км) до 60 миль (97 км) и до 8 километров (5,0 миль) в глубину, [40] MCV может иногда порождать мезомасштабную поверхностную область низкого давления, которая появляется в мезомасштабных анализах погоды на поверхности . Но MCV может жить своей собственной жизнью, сохраняясь в течение нескольких дней после того, как его родительский MCS рассеялся. [41] Осиротевший MCV иногда затем становится семенем следующей вспышки грозы. MCV, который движется в тропические воды, такие как Мексиканский залив , может служить ядром для тропического шторма или урагана. [42] Хорошим примером этого является ураган Барри (2019) .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )