Запруда холодного воздуха , или CAD , представляет собой метеорологическое явление, которое включает в себя систему высокого давления ( антициклон ), ускоряющуюся к экватору к востоку от горного хребта, ориентированного с севера на юг, из-за образования барьерной струи за холодным фронтом , связанным с полярной частью разделенный желоб верхнего уровня. Первоначально система высокого давления движется к полюсу от горного хребта с севера на юг. Как только он движется к полюсу и к востоку от хребта, поток огибает высокие берега, приближаясь к горам, образуя барьерную струю, которая направляет прохладный воздух вниз по участку земли к востоку от гор. Чем выше горная цепь, тем глубже холодная воздушная масса задерживается к востоку от нее, тем большим препятствием она становится в структуре потока и тем более устойчивой она становится к вторжениям более мягкого воздуха.
По мере того, как экваториальная часть системы приближается к клину холодного воздуха, развиваются постоянная низкая облачность, такая как слоистая облачность , и осадки , такие как морось , которые могут сохраняться в течение длительных периодов времени; целых десять дней. Сами осадки могут создать или усилить эффект запруды, если максимум со стороны полюса относительно слабый. Если такие явления ускорятся через горные перевалы, это может привести к опасному ускорению ветров в горных ущельях , таких как ветры Теуантепесер и Санта-Ана . Эти явления обычно наблюдаются в северном полушарии, в центральной и восточной части Северной Америки , к югу от Альп в Италии, а также вблизи Тайваня и Кореи в Азии. События в южном полушарии были отмечены в Южной Америке к востоку от Анд.
Запруды холодного воздуха обычно происходят в средних широтах, поскольку этот регион находится в западных широтах , области, где фронтальные вторжения являются обычным явлением. Когда арктические колебания отрицательны и давление над полюсами выше, поток более меридиональный, дует от направления полюса к экватору, что приносит холодный воздух в средние широты. [1] Запруды холодного воздуха наблюдаются в южном полушарии к востоку от Анд, при этом прохладные вторжения наблюдаются даже к экватору, вплоть до 10-й параллели юга . [2] В северном полушарии распространенные ситуации возникают вдоль восточной стороны хребтов в системе Скалистых гор над западными частями Великих равнин , а также различных других горных хребтов (таких как Каскады ) вдоль западного побережья Соединенные Штаты. [3] Первоначальное возникновение вызвано обращенной к полюсу частью расколотой впадины верхнего уровня, причем запруживание предшествовало приходу более экваториальной части. [4]
Некоторые из событий запруды холодного воздуха, которые происходят к востоку от Скалистых гор, продолжаются на юг к востоку от Восточной Сьерра-Мадре через прибрежную равнину Мексики через перешеек Теуантепек . Дальнейшее движение прохладного воздуха происходит внутри перешейка, что может привести к ураганным ветрам, называемым Теуантепесер . Другие распространенные случаи запруды холодного воздуха происходят на прибрежной равнине восточно-центральной части Северной Америки, между Аппалачами и Атлантическим океаном . [5] В Европе районы к югу от Альп могут быть подвержены запрудам холодного воздуха. [4] В Азии запруды холодного воздуха были зафиксированы вблизи Тайваня и Корейского полуострова . [6] [7]
Холодные волны на восточных склонах Скалистых гор, Исландии, Новой Зеландии [8] и восточной Азии отличаются от холодного воздуха, запруживающего восточнее Аппалачей, из-за более широких горных хребтов , наклонного рельефа и отсутствия восточного тела теплая вода. [9]
Обычное развитие CAD происходит, когда прохладная область высокого давления вклинивается к востоку от горной цепи, ориентированной с севера на юг. По мере приближения системы с запада формируется устойчивый слой облаков с соответствующими осадками , который сохраняется по всему региону в течение длительных периодов времени. Разница температур между более теплым побережьем и внутренними частями к востоку от местности может превышать 36 градусов по Фаренгейту (20 градусов по Цельсию), при этом дождь у побережья и замерзшие осадки, такие как снег, мокрый снег и ледяной дождь, выпадают внутри страны в более холодное время года. год. В Северном полушарии две трети таких явлений происходят в период с октября по апрель, причем летним событиям предшествует прохождение холодного фронта . [10] В Южном полушарии они зарегистрированы в период с июня по ноябрь. [2] События запруды холодным воздухом, которые происходят, когда родительская поверхностная система высокого давления относительно слаба, с центральным давлением ниже 1028,0 миллибар (30,36 дюйма рт. ст.) или остается прогрессирующей особенностью (последовательное движение на восток), может быть значительно усилена облачностью. и сами осадки. Облака и осадки повышают давление на уровне моря в этом районе на 1,5–2,0 мб (0,04–0,06 дюйма рт. ст.). [11] Когда поверхность поднимается в сторону от берега, сами осадки могут вызвать событие CAD. [12]
Этот алгоритм используется для идентификации конкретного типа событий CAD на основе гребня поверхностного давления, связанного с ним холодного купола и агеострофического северо-восточного потока, который течет под значительным углом к изобарической схеме. Эти значения рассчитываются с использованием почасовых данных приземных погодных наблюдений . Лапласиан давления на уровне моря или потенциальная температура в нормальном к горам направлении, перпендикулярном горной цепи , обеспечивает количественную меру интенсивности гребня давления или связанного с ним холодного купола. Алгоритм обнаружения основан на лапласианах ( ), оцененных для трех нормальных к горам линий, построенных на основе наземных наблюдений внутри и вокруг области, подверженной воздействию подпруживания холодным воздухом – области подпруживания. «x» обозначает либо давление на уровне моря, либо потенциальную температуру (θ), а индексы 1–3 обозначают станции, идущие с запада на восток вдоль линии, а «d» представляет расстояние между двумя станциями. Отрицательные значения Лапласа обычно связаны с максимумами давления на центральной станции, тогда как положительные значения Лапласа обычно соответствуют более низким температурам в центре разреза. [13]
Когда происходит запруживание холодного воздуха, это позволяет холодному воздуху подниматься к экватору в пораженной зоне. В спокойных, нештормовых ситуациях холодный воздух будет беспрепятственно продвигаться вперед до тех пор, пока область высокого давления не перестанет оказывать никакого влияния из-за недостаточного размера или выхода из нее. Эффекты запруды холодного воздуха становятся более заметными (а также более сложными), когда штормовая система взаимодействует с распространяющимся холодным воздухом.
Последствия запруды холодного воздуха к востоку от Каскадов в Вашингтоне усиливаются чашеобразной топографией Восточного Вашингтона . Холодный арктический воздух, текущий на юг из Британской Колумбии через долину реки Оканоган, заполняет бассейн, заблокированный с юга Голубыми горами . Плотина холодного воздуха приводит к тому, что холодный воздух скапливается вдоль восточных склонов Каскада, особенно в нижних перевалах, таких как перевал Сноквалми и перевал Стивенс . Более мягкий воздух под влиянием Тихого океана, движущийся на восток над Каскадами, часто поднимается вверх из-за холодного воздуха в перевалах и удерживается на месте холодным воздухом, запруживающим к востоку от Каскадов. В результате на перевалах часто выпадает больше снега, чем на более высоких участках Каскадов, что позволяет кататься на лыжах на перевалах Сноквалми и Стивенс. [14]
Ситуация во время ветровых явлений Теуантепесерс и Санта-Ана более сложна, поскольку они возникают, когда воздух, устремляющийся на юг из-за плотины холодного воздуха к востоку от Восточной Сьерра-Мадре и Сьерра-Невады соответственно, ускоряется, когда он движется через разрывы в местности. Санта-Ана еще больше осложняется нисходящим воздухом или феновыми ветрами , которые высыхают и нагреваются с подветренной стороны Сьерра -Невады и прибрежных хребтов, что приводит к опасной ситуации с лесными пожарами .
Эффект, известный как «клин», является наиболее широко известным примером запруды холодным воздухом. В этом сценарии штормовая система, расположенная ближе к экватору, принесет с собой более теплый воздух над поверхностью (около 1500 метров (4900 футов)). Этот более теплый воздух будет перемещаться над более холодным воздухом на поверхности, который удерживается на месте системой высокого давления, направленной к полюсу. Этот температурный профиль, известный как температурная инверсия , приведет к мороси, дождю, ледяному дождю , мокрому снегу или снегу. Когда температура на поверхности выше нуля, может произойти морось или дождь. Снег или ледяные крупинки образуются, когда существует слой воздуха выше точки замерзания с воздухом ниже нуля как над ним, так и под ним. Это вызывает частичное или полное таяние любых снежинок, попадающих сквозь теплый слой. Попадая обратно в нижезамерзающий слой ближе к поверхности, они повторно замерзают в ледяные гранулы. Однако если подмерзающий слой под теплым слоем слишком мал, осадки не успеют повторно замерзнуть, и в результате на поверхности образуется ледяной дождь . [15] Более толстый или сильный холодный слой, при котором верхний теплый слой не нагревается значительно выше точки плавления, приведет к выпадению снега.
Блокировка происходит, когда хорошо зарекомендовавшая себя система высокого давления в направлении полюса находится рядом или в пределах пути наступающей штормовой системы. Чем толще холодная воздушная масса, тем эффективнее она может блокировать вторжение более мягкой воздушной массы. Глубина холодной воздушной массы обычно меньше горного барьера, создавшего CAD. Некоторые события на Межгорном Западе могут длиться десять дней. Загрязняющие вещества и дым могут оставаться во взвешенном состоянии в стабильной воздушной массе плотины холодного воздуха. [16]
Часто бывает труднее предсказать эрозию события САПР, чем его развитие. Численные модели имеют тенденцию недооценивать продолжительность события. Объемное число Ричардсона , Ri, рассчитывает вертикальный сдвиг ветра , чтобы помочь спрогнозировать эрозию. Числитель соответствует прочности инверсионного слоя, разделяющего холодный купол САПР и окружающую атмосферу над ним. Знаменатель выражает квадрат вертикального сдвига ветра в инверсионном слое. Малые значения числа Ричардсона приводят к турбулентному перемешиванию, которое может ослабить инверсионный слой и способствовать разрушению холодного купола, что приведет к завершению события CAD. [9]
Одним из наиболее эффективных механизмов эрозии является импорт более холодного воздуха, также известный как адвекция холодного воздуха , вверх. При максимальной адвекции холода над инверсионным слоем охлаждение наверху может ослабнуть в инверсионном слое, что приводит к перемешиванию и гибели CAD. Число Ричардсона уменьшается за счет ослабления инверсионного слоя. Холодная адвекция способствует опусканию и высыханию, что способствует солнечному нагреву под инверсией. [9]
Солнечное отопление способно разрушить событие CAD, нагревая поверхность при отсутствии густой облачности. Однако даже неглубокий слой пласта в холодное время года может сделать солнечное отопление неэффективным. Во время перерывов в пасмурность в теплое время года поглощение солнечной радиации на поверхности нагревает холодный купол, снова снижая число Ричардсона и способствуя перемешиванию. [9]
В Соединенных Штатах по мере продвижения системы высокого давления на восток, к Атлантике, северные ветры вдоль юго-восточного побережья уменьшаются. Если северо-восточные ветры сохраняются в южной области плотины, подразумевается чистая дивергенция. Расхождение у поверхности уменьшает глубину холодного купола, а также способствует опусканию воздуха, что может уменьшить облачность. Уменьшение облачности позволяет солнечному нагреву эффективно нагревать холодный купол от поверхности вверх. [9]
Высокая статическая стабильность инверсионного слоя CAD обычно препятствует турбулентному перемешиванию даже при наличии вертикального сдвига ветра. Однако если сдвиг усиливается в дополнение к ослаблению инверсии, холодный купол становится уязвимым для перемешивания, вызванного сдвигом. В отличие от солнечного отопления, эрозия событий САПР происходит сверху вниз. Смешение происходит, когда глубина северо-восточного потока становится все более мелкой, а сильный южный поток движется вниз, что приводит к сильному сдвигу. [9]
Эрозия холодного купола обычно сначала происходит вблизи границ, где слой относительно неглубокий. По мере того как смешивание прогрессирует и холодный купол разрушается, граница холодного воздуха – часто обозначаемая как прибрежный или теплый фронт – будет перемещаться вглубь суши, уменьшая ширину холодного купола. [9]
Разработана объективная схема классификации отдельных типов событий ИБС на юго-востоке США. Каждая схема основывается на мощности и расположении материнской системы высокого давления.
Классические события CAD характеризуются сухим синоптическим воздействием, частичным диабатическим воздействием и сильным родительским антициклоном (системой высокого давления), расположенным к северу от Аппалачского региона плотин. Сильная система высокого давления обычно определяется как центральное давление более 1030,0 мб (30,42 дюйма рт. ст.). Северо-восток США является наиболее благоприятным местом для системы высокого давления в классических событиях САПР. [9]
Для классических событий с диабатическим усилением за 24 часа до начала ИБС заметная струя мощностью 250 мб простирается с юго-запада на северо-восток через восточную часть Северной Америки. Общая область желоба присутствует на уровнях 500 и 250 мб к западу от струи. Родительская система высокого давления сосредоточена над верхней частью Среднего Запада под областью входа струи мощностью 250 МБ, создавая условия для CAD к востоку от Скалистых гор . [13]
Для классических событий с сухим началом струя мощностью 250 мб слабее и центрируется дальше на восток по сравнению с классическими событиями с диабатическим усилением. Джет также не простирается так далеко на юго-запад, как в случае с диабатически усиленными классическими событиями САПР. Центр системы высокого давления находится дальше на восток, поэтому хребет простирается на юг, в юго-центральную часть востока Соединенных Штатов. Хотя оба типа классических событий начинаются по-разному, их результаты очень похожи. [13]
Когда родительский антициклон слабее или расположен не идеально, диабатический процесс должен начать способствовать развитию CAD. В сценариях, в которых вклад сухого синоптического воздействия и диабатических процессов в равной степени вносится, это считается гибридным событием запруды. [9] Джет мощностью 250 мб слабее и немного южнее по сравнению с классическим составным потоком за 24 часа до начала CAD. Поскольку материнская поверхность находится высоко дальше на запад, она продвигается на восток к северным Великим равнинам и западному региону Великих озер, расположенному под областью сливающегося потока из струи мощностью 250 мб. [13]
События на месте являются самыми слабыми и часто наиболее недолговечными из типов событий САПР. Эти события происходят при отсутствии идеальных синоптических условий, когда положение антициклона, расположенного далеко от берега, крайне неблагоприятно. [9] В некоторых случаях на месте барьерный градиент давления в основном обусловлен циклоном на юго-западе, а не антициклоном на северо-востоке. [13] Диабатические процессы приводят к стабилизации воздушной массы, приближающейся к Аппалачам. Диабатические процессы необходимы для событий in-situ. Эти события часто приводят к образованию слабых и узких плотин. [9]
Прогнозы погоды во время событий САПР особенно подвержены неточностям. Особенно трудно предсказать тип осадков и ежедневные высокие температуры. Численные погодные модели, как правило, более точны в прогнозировании развития событий САПР и менее точны в прогнозировании их разрушения. Ручное прогнозирование может обеспечить более точные прогнозы. Опытный прогнозист будет использовать числовые модели в качестве руководства, но при этом учитывать неточности и недостатки модели. [17]
Событие CAD в Аппалачах в октябре 2002 г. иллюстрирует некоторые недостатки краткосрочных моделей погоды для прогнозирования события CAD. Это событие характеризовалось стабильным насыщенным слоем холодного воздуха от поверхности до уровня давления 700 мб над штатами Вирджиния, Северная Каролина и Южная Каролина. Эта масса холодного воздуха была заблокирована Аппалачами и не рассеялась, даже когда прибрежный циклон на востоке усилился. Во время этого события краткосрочные погодные модели предсказывали это холодное массовое прояснение, что привело к более благоприятным погодным условиям для региона, таким как более теплые условия и отсутствие слоя слоистых облаков. Однако модель работала плохо, поскольку она не учитывала чрезмерное пропускание солнечной радиации через слои облаков и мелкое перемешивание, чему способствовала схема конвективной параметризации модели. Хотя эти ошибки были исправлены в обновленных моделях, они привели к неточному прогнозу. [9]
![{\displaystyle Ri={\frac {g\Delta \theta _{v}/\theta _{v}}{[(\Delta U)^{2}+(\Delta V)^{2}]/\ Дельта Z}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a9c50928c5cd1bb1c603f95bad1a7e226688d12d)
{{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )