Мезомасштабная конвективная система ( MCS ) представляет собой комплекс гроз , который организуется в масштабе больше, чем отдельные грозы, но меньше, чем внетропические циклоны , и обычно сохраняется в течение нескольких часов или более. Общая картина облаков и осадков мезомасштабной конвективной системы может иметь круглую или линейную форму и включать погодные системы, такие как тропические циклоны , линии шквалов , снежные явления, вызываемые озером , полярные минимумы и мезомасштабные конвективные комплексы (MCC), и обычно формируются вблизи погодные фронты . Тип, формирующийся в теплое время года над сушей, был отмечен в Северной и Южной Америке, Европе и Азии, причем максимум активности отмечался в ближе к вечеру и в вечерние часы.
Формы MCS, развивающиеся в тропиках, используют либо внутритропическую зону конвергенции (ITCZ), либо муссонные впадины в качестве очага своего развития, как правило, в теплый сезон между весной и осенью. Единственным исключением являются снежные полосы с эффектом озера , которые образуются из-за движения холодного воздуха через относительно теплые водоемы и возникают с осени по весну. Полярные депрессии — второй особый класс МЦС, формирующийся в высоких широтах в холодное время года. После смерти родительской MCS может произойти более позднее развитие грозы в связи с ее остатком мезомасштабного конвективного вихря (MCV). Мезомасштабные конвективные системы важны для климатологии осадков в Соединенных Штатах на Великих равнинах, поскольку они приносят в регион около половины годового количества осадков в теплый сезон. [1]
Мезомасштабные конвективные системы представляют собой грозовые области, которые могут иметь круглую или линейную форму, порядка 100 километров (62 миль) или более в поперечнике в одном направлении, но меньше, чем внетропические циклоны, [2] и включают такие системы, как тропические циклоны, линии шквалов. и мезомасштабные конвективные комплексы (МКК) и другие. MCS — это более общий термин, который включает в себя системы, которые не удовлетворяют более строгим критериям размера, формы или продолжительности MCC. Они имеют тенденцию образовываться вблизи погодных фронтов и перемещаться в области с разницей толщины 1000–500 мб , то есть в области, где градиент температуры от низкого до среднего уровня расширяется, что обычно направляет грозовые кластеры в теплый сектор внетропических циклонов или к экватору теплых фронты . Они также могут образовываться в любых конвергентных зонах в тропиках. Недавнее исследование показало, что они имеют тенденцию образовываться, когда температура поверхности днем и ночью меняется более чем на 5 градусов. [3] Их формирование отмечено по всему миру, от фронта Мэйю на Дальнем Востоке до глубоких тропиков. [4]
Существует четыре основных типа гроз: одноячеечная, многоячеечная, шкваловая линия (также называемая многоячеечной линией) и суперячейка . Какой тип образуется, зависит от нестабильности и относительного ветрового режима в разных слоях атмосферы (« сдвиг ветра »). Одноячеечные грозы образуются в условиях слабого вертикального сдвига ветра и длятся всего 20–30 минут. Организованные грозы и грозовые кластеры/линии могут иметь более длительный жизненный цикл, поскольку они формируются в условиях достаточной влажности и значительного вертикального сдвига ветра (обычно более 25 узлов (13 м/с) в самых нижних 6 километрах (3,7 мили) тропосферы ) . [5] ), что способствует развитию более сильных восходящих потоков, а также различных форм суровой погоды. Суперячейка — самая сильная из гроз, чаще всего связанная с сильным градом, сильным ветром и образованием торнадо.
Уровень осадков более 31,8 мм (1,25 дюйма) благоприятствует развитию организованных грозовых комплексов. [6] В тех регионах, где выпадают обильные осадки, обычно уровень воды в осадках превышает 36,9 миллиметров (1,45 дюйма). [7] обычно превышает 25 узлов (13 м/с), [5] Для развития организованной конвекции обычно требуются значения CAPE выше 800 Дж/кг. [8]
Мезомасштабный конвективный комплекс (MCC) — это уникальный вид мезомасштабной конвективной системы, который определяется характеристиками, наблюдаемыми на инфракрасных спутниковых изображениях . Их площадь вершин холодных облаков превышает 100 000 квадратных километров (39 000 квадратных миль) с температурой ниже или равной -32 ° C (-26 ° F); и площадь верхней части облаков 50 000 квадратных километров (19 000 квадратных миль) с температурой ниже или равной -52 ° C (-62 ° F). Определения размеров должны соблюдаться в течение шести часов или более. Его максимальная протяженность определяется тогда, когда облачный щит или общее образование облаков [9] достигает максимальной площади. Его эксцентриситет (малая ось/большая ось) в максимальной степени больше или равен 0,7, поэтому они довольно круглые. Они долгоживущие, формируются в ночное время , поскольку имеют тенденцию образовываться в одночасье, и обычно сопровождаются сильными дождями, ветром, градом , молниями и, возможно, торнадо . [10]
Линия шквала — это вытянутая линия сильных гроз , которая может образоваться вдоль или перед холодным фронтом . [11] [12] В начале 20 века этот термин использовался как синоним холодного фронта . [13] Линия шквала сопровождается сильными осадками , градом , частыми молниями , сильными прямыми ветрами и, возможно, торнадо и водяными смерчами . [14] Суровые погодные условия в виде сильного прямолинейного ветра можно ожидать в районах, где сама линия шквала имеет форму носового эха , в пределах той части линии, которая выгибается сильнее всего. [15] Торнадо можно обнаружить вдоль волн в пределах линейной эхо-волновой структуры , или LEWP, где присутствуют мезомасштабные области низкого давления . [16] Некоторые эхо-сигналы, возникающие в летний сезон, известны как дерехо и распространяются довольно быстро через большие участки территории. [17] На заднем крае дождевого щита, связанного со зрелыми линиями шквалов, может образоваться след , который представляет собой мезомасштабную область низкого давления, которая образуется за мезомасштабной системой высокого давления, обычно присутствующей под дождевым навесом, которые иногда связанный с тепловым взрывом . [18] Другой термин, который можно использовать в сочетании с линиями шквалов и эхо-сигналами, — это квазилинейные конвективные системы (QLCS) . [19]
Тропический циклон — достаточно симметричная штормовая система, характеризующаяся центром низкого давления и многочисленными грозами, вызывающими сильные ветры и паводковые дожди. Тропический циклон питается теплом, выделяющимся при подъеме влажного воздуха, в результате чего конденсируется водяной пар , содержащийся во влажном воздухе. Он подпитывается другим тепловым механизмом, чем другие циклонические ураганы, такие как северо-восточные , европейские ураганы и полярные циклоны , что приводит к их классификации как штормовые системы с «теплым ядром». [20]
Термин «тропический» относится как к географическому происхождению этих систем, формирующихся зачастую в тропических регионах земного шара, так и к их формированию в морских тропических воздушных массах . Термин «циклон» относится к циклоническому характеру 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 циклон. Вообще говоря, тропический циклон называют ураганом (от имени древнего центральноамериканского божества ветра Хуракана ) в Атлантическом и восточном Тихом океанах, тайфуном в северо-западной части Тихого океана и циклоном в южной части Тихого океана. 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 на больших водоемах с теплой водой, [23] и теряют свою силу, если передвигаются по суше. [24] Именно по этой причине прибрежные регионы могут получить значительный ущерб от тропического циклона, в то время как внутренние регионы относительно защищены от сильных ветров. Однако проливные дожди могут вызвать значительные наводнения внутри страны, а штормовые нагоны могут вызвать обширные прибрежные наводнения на расстоянии до 40 километров (25 миль) от береговой линии. Хотя их воздействие на население может быть разрушительным, тропические циклоны также могут облегчить условия засухи . [25] Они также переносят тепло и энергию из тропиков и переносят их 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 при благоприятных атмосферных условиях вокруг слабого возмущения в атмосфере. Другие образуются, когда другие типы циклонов приобретают тропические характеристики. Тропические системы затем перемещаются направляющими ветрами в тропосфере ; если условия остаются благоприятными, тропическое беспокойство усиливается и может даже развиться глаз . На другом конце спектра, если условия вокруг системы ухудшаются или тропический циклон обрушивается 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 изменится с тепла, выделяемого при конденсации, 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 с более теплой озерной водой, обеспечивая энергию и собирая водяной пар , который замерзает и откладывается на подветренных берегах . [27] Тот же эффект над водоемами с соленой водой называется снегом с эффектом океана , [28] снегом с морским эффектом , [29] или даже снегом с эффектом залива . [30] Эффект усиливается, когда движущаяся воздушная масса поднимается из-за орографического эффекта возвышенностей на подветренных берегах. Это поднятие может привести к образованию узких, но очень интенсивных полос осадков, которые выпадают со скоростью несколько дюймов снега в час и часто приводят к обильным снегопадам. Районы, затронутые снежным эффектом озер, называются снежными поясами . Этот эффект наблюдается во многих местах по всему миру, но наиболее известен в населенных районах Великих озер Северной Америки. [31]
Если температура воздуха недостаточно низкая, чтобы осадки замерзли, они выпадают в виде дождя с эффектом озера. 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 водной поверхности). В частности, температура воздуха на высоте, где давление воздуха составляет 850 миллибар (или на высоте 1,5 км (0,93 мили)), должна быть на 13 ° C (24 ° F) ниже, чем температура воздуха на поверхности. [31] Эффект озера, возникающий, когда воздух при давлении 850 миллибар на 25 °C (45 °F) холоднее температуры воды, может вызывать грозу , снег, ливни, сопровождаемые молниями и громом (из-за большего количества энергии, доступной от повышенного нестабильность). [32]
Полярный минимум — это мелкомасштабная, симметричная, недолговечная атмосферная система низкого давления (впадина), которая находится над областями океана к полюсу от главного полярного фронта как в Северном, так и в Южном полушариях. Системы обычно имеют горизонтальную протяженность менее 1000 километров (620 миль) и существуют не более пары дней. Они являются частью более широкого класса мезомасштабных погодных систем. Полярные минимумы трудно обнаружить с помощью обычных сводок погоды, и они представляют опасность для операций в высоких широтах, таких как судоходство и газовые и нефтяные платформы. Полярные минимумы обозначались многими другими терминами, такими как полярный мезомасштабный вихрь, арктический ураган, арктический минимум и депрессия холодного воздуха. Сегодня этот термин обычно применяется к более энергичным системам, в которых скорость ветра у поверхности составляет не менее 17 метров в секунду (38 миль в час). [33]
Период времени на равнинах, где наиболее распространены грозовые зоны, колеблется с мая по сентябрь. В этот период времени в регионе развиваются мезомасштабные конвективные системы, причем основная часть активности происходит между 18:00 и 21:00 по местному времени. Мезомасштабные конвективные системы приносят на равнины от 30 до 70 процентов годовых осадков теплого сезона. [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 по региону. [36]
Хотя большинство из них формируется над континентом, некоторые MCS формируются во второй половине августа и сентябре над западным Средиземноморьем. Возникновение MCS над Европой тесно связано с горными хребтами. В среднем европейское MCS движется с востока на северо-восток, образуя около 15:00 по местному солнечному времени , длится 5,5 часов и рассеивается около 21:00 по местному времени. Около 20% МКС в Европе не образуются при максимальном нагреве. Их средняя максимальная площадь составляет около 9000 квадратных километров (3500 квадратных миль). [37]
Мезомасштабные конвективные системы, которые могут развиваться в тропические циклоны, формируются вдоль таких областей, как тропические волны или восточные волны, которые продвигаются на запад вдоль муссонных впадин и внутритропической зоны конвергенции в регионах с обильной влажностью на низком уровне, сходящимися приземными ветрами и расходящимися ветрами наверху. Обычно это происходит к северу от экватора , от Африки через Атлантический и восточный части Тихого океана, а также через северо-запад и юго-запад Тихого океана, от Австралии на восток до Океании, Индийского океана, Индонезии и от юго-востока Бразилии до южной части Атлантического океана. Это также иногда отмечается в юго-восточной части Тихого океана в умеренные или прохладные годы ЭНСО , за пределами Эль-Ниньо. [38] Над сушей образуются более интенсивные системы, чем над водой. [39]
В случае озерного снега и полярных депрессий конвективные системы формируются над теплыми водоемами при прохождении холодного воздуха по их поверхности и приводят к увеличению влажности и значительному вертикальному движению. Это вертикальное движение приводит к развитию ливней и гроз в районах циклонического течения на тыльной стороне внетропических циклонов . [31] [33]
Мезомасштабный конвективный вихрь (MCV) — это центр низкого давления среднего уровня внутри MCS, который притягивает ветры в кружащуюся структуру или вихрь. После смерти родительской MCS этот вихрь может сохраниться и привести к будущему развитию конвекции. Имея ядро размером от 30 до 60 миль (97 км) и глубиной до 8 километров (5,0 миль), [40] MCV может время от времени создавать мезомасштабную область низкого давления на поверхности, которая появляется в мезомасштабных анализах приземной погоды. . Но MCV может жить собственной жизнью, сохраняясь до нескольких дней после того, как его родительский MCS рассеялся. [41] Иногда осиротевшие MCV становятся семенем следующей вспышки грозы. MCV, который движется в тропические воды, такие как Мексиканский залив , может послужить ядром тропического шторма или урагана. [42] Хорошим примером этого является ураган «Барри» (2019 г.) .
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )