Замерзающий дождь — это дождь, поддерживаемый при температуре ниже нуля окружающей воздушной массой , которая вызывает замерзание при контакте с поверхностями. В отличие от смеси дождя и снега или ледяной крупы , замерзающий дождь состоит исключительно из жидких капель. Капли дождя переохлаждаются , проходя через слой воздуха ниже нуля на высоте сотен метров над землей, а затем замерзают при ударе о любую поверхность, с которой они сталкиваются, включая землю, деревья, электрические провода, самолеты и автомобили. [1] Образующийся лед, называемый гололедом , может накапливаться толщиной в несколько сантиметров и покрывать все открытые поверхности. Код METAR для замерзающего дождя — FZRA .
Шторм, который создает значительную толщину гололеда из-за замерзающего дождя, часто называют ледяным штормом . Хотя эти штормы не особенно сильны, ледяной дождь печально известен тем, что создает проблемы для движения по дорогам, ломает ветки деревьев и обрывает линии электропередач из-за веса накапливающегося льда. Обрушенные линии электропередач вызывают перебои в подаче электроэнергии в пострадавших районах, в то время как накопившийся лед также может представлять значительную опасность наверху. Он также известен тем, что чрезвычайно опасен для самолетов, поскольку лед может эффективно «переформовывать» форму аэродинамического профиля и поверхностей управления полетом . (См. атмосферное обледенение .) [2]
Замерзающий дождь часто ассоциируется с приближением теплого фронта , когда воздух с температурой ниже нуля или ниже нуля задерживается в самых нижних слоях атмосферы, в то время как теплый воздух переносится наверх. [3] Это происходит, например, когда система низкого давления перемещается из долины реки Миссисипи в сторону Аппалачей и долины реки Святого Лаврентия в Северной Америке в холодное время года, а сильная система высокого давления располагается дальше на востоке. Такая ситуация известна как запруда холодного воздуха и характеризуется очень холодным и сухим воздухом на поверхности в области высокого давления. Теплый воздух из Мексиканского залива часто является топливом для замерзающих осадков. [4]
Замерзающий дождь образуется, когда падающий снег сталкивается со слоем теплого воздуха наверху, обычно около уровня 800 мбар (800 гПа ; 80 кПа ), в результате чего снег тает и превращается в дождь. По мере того, как дождь продолжает падать, он проходит через слой замерзающего воздуха прямо над поверхностью и охлаждается до температуры ниже нуля (0 °C или 32 °F или 273 K). Если этот слой замерзающего воздуха достаточно глубокий, капли дождя могут успеть замерзнуть в ледяные крупинки (мокрый снег), прежде чем достигнуть земли. Однако, если слой замерзающего воздуха у поверхности очень мелкий, капли дождя, падающие через него, не успеют замерзнуть и упадут на землю в виде переохлажденного дождя. Когда эти переохлажденные капли соприкасаются с землей, линиями электропередач, ветвями деревьев, самолетом или чем-либо еще при температуре ниже 0 °C, часть капель мгновенно замерзает, образуя тонкую пленку льда, отсюда и замерзающий дождь. [5] [6] Конкретный физический процесс, посредством которого это происходит, называется зародышеобразованием . [7]
Наблюдения за поверхностью, осуществляемые штатными или автоматическими станциями, являются единственным прямым подтверждением замерзающего дождя. Ни на одном типе метеорологического радара , будь то доплеровский или обычный, нельзя увидеть непосредственно замерзающий дождь, дождь или снег . Однако можно оценить площадь, покрытую замерзающим дождем, с помощью радара косвенно. [8] [9]
Интенсивность радиолокационных эхосигналов ( отражательная способность ) пропорциональна форме (вода или лед) осадков и их диаметру. Фактически, дождь имеет гораздо большую отражательную способность, чем снег, но его диаметр намного меньше. Таким образом, отражательная способность дождя, исходящего от растаявшего снега, лишь немного выше. Однако в слое, где тает снег, мокрые хлопья все еще имеют большой диаметр и покрыты водой, поэтому радиолокационные отражения намного сильнее. [8] [9]
Наличие этой яркой полосы указывает на наличие теплого слоя над землей, где может таять снег. Это может привести к выпадению дождя на земле или возможности замерзающего дождя, если температура ниже нуля. Сопроводительное изображение показывает, как такой артефакт может быть обнаружен с помощью поперечного сечения через данные радара. [8] [9] Высота и наклон яркой полосы дадут подсказки о размерах области, где происходит таяние. Затем можно связать эту подсказку с поверхностными наблюдениями и числовыми моделями прогнозирования для получения выходных данных, таких как те, которые видны в телевизионных программах о погоде, где эхо-сигналы радара отчетливо отображаются как дождевые, смешанные и снежные осадки.
Замерзающий дождь часто вызывает крупные отключения электроэнергии, образуя гололед. Когда замерзающий дождь или морось слабые и непродолжительные, образовавшийся лед тонкий и обычно наносит лишь незначительный ущерб (освобождая деревья от мертвых ветвей и т. д.). [10] Однако, когда его накапливается большое количество, это один из самых опасных видов зимней опасности. [11] Когда слой льда превышает приблизительно 6,4 мм (0,25 дюйма) [ необходима ссылка ] , ветви деревьев с ветвями, сильно покрытыми льдом, могут сломаться под огромным весом и упасть на линии электропередач. Ветреные условия и молнии , если они присутствуют, усугубляют ущерб. Линии электропередач, покрытые льдом, становятся чрезвычайно тяжелыми, в результате чего опорные столбы, изоляторы и линии ломаются. Лед, образующийся на дорогах, делает передвижение транспортных средств опасным. В отличие от снега, мокрый лед почти не обеспечивает сцепления, и транспортные средства будут скользить даже на пологих склонах. Поскольку замерзающий дождь не падает на землю в виде ледяной крупы (называемой «мокрый снег»), а все еще в виде капли дождя, он принимает форму земли или объекта, например, ветки дерева или автомобиля. Это создает один толстый слой льда , часто называемый «гололедью».
Замерзающий дождь и гололедица в больших масштабах называются ледяным штормом . Воздействие на растения может быть серьезным, так как они не могут выдержать вес льда. Деревья могут сломаться, так как они находятся в состоянии покоя и хрупкие в зимнюю погоду. Сосны также становятся жертвами ледяных штормов, так как их иголки будут ловить лед, но не смогут выдержать вес. В феврале 1994 года сильный ледяной шторм нанес ущерб более чем на 1 миллиард долларов в южных штатах США, в первую очередь в Миссисипи, Теннесси, Алабаме и западной части Северной Каролины, особенно в Аппалачах. Один особенно сильный ледяной шторм обрушился на восточную Канаду и северные части Нью-Йорка и Новой Англии во время североамериканского ледяного шторма 1998 года . [12] [10]
Ледяной дождь считается чрезвычайно опасным для самолетов, так как он вызывает очень быстрое структурное обледенение , замораживая необходимые компоненты. Большинство вертолетов и небольших самолетов не имеют необходимого противообледенительного оборудования для полетов в условиях ледяного дождя любой интенсивности, а сильный ледяной дождь может вывести из строя даже самые сложные противообледенительные системы на больших самолетах. Обледенение может увеличить вес самолета, но обычно недостаточно, чтобы вызвать опасность. Основная опасность исходит от льда, изменяющего форму его аэродинамических поверхностей . Это уменьшит подъемную силу и увеличит сопротивление . Все три фактора увеличивают скорость сваливания и ухудшают летно-технические характеристики самолета, что значительно затрудняет набор высоты или даже ее поддержание.
Самолет может легче всего избежать замерзающего дождя, переместившись в более теплый воздух. В большинстве случаев это потребует снижения самолета, что он обычно может сделать безопасно и легко даже при умеренном накоплении структурного льда. Однако замерзающий дождь сопровождается температурной инверсией наверху , что означает, что самолету необходимо подняться, чтобы перейти в более теплый воздух, что является потенциально сложной и опасной задачей даже при небольшом количестве скопления льда.
Например, в 1994 году рейс American Eagle Flight 4184 столкнулся с интенсивным воздушным движением и плохой погодой, из-за чего прибытие этого рейса в международный аэропорт О'Хара в Чикаго , где он должен был приземлиться по пути из Индианаполиса, штат Индиана . ATR-72, двухмоторный турбовинтовой самолет на борту которого находились 68 человек, вошел в зону ожидания в 105 км или 65 милях к юго-востоку от О'Хара. Когда самолет кружил, переохлажденные капли облаков, замерзающий дождь или морось образовали гребень льда на верхней поверхности его крыльев, в конечном итоге заставив автопилот самолета внезапно отключиться, и пилоты потеряли управление. ATR развалился при ударе о поле внизу; все пассажиры и экипаж погибли.
В одном случае было замечено, что ледяной дождь оседал на висящих гниющих яблоках и немедленно покрывал их глазурью, создавая глазурованный слой. Из-за более низкой температуры замерзания яблок , чем воды, при более высокой температуре яблоки оттаивали раньше, чем лед, затем гниющая яблочная кашица выскальзывала со дна, оставляя ледяные оболочки. [13] Эти ледяные оболочки в форме яблок были названы призрачными яблоками и были замечены в Мичигане , США [13] в феврале 2019 года. Похожее явление наблюдалось в феврале 2015 года в Гринвилле, Северная Каролина , когда джип, выехавший задним ходом с парковки, оставил после себя ледяной панцирь своей нижней передней части (с решеткой и бампером ), стоящий на сосульках . [14]
