Снег с эффектом озера образуется в более прохладных атмосферных условиях, когда холодная воздушная масса движется по длинным пространствам более теплой озерной воды. Нижний слой воздуха, нагретый озерной водой, вбирает в себя водяной пар из озера и поднимается через более холодный воздух. Затем пар замерзает и оседает на подветренных (по ветру) берегах. [1]
Тот же эффект происходит и над водоемами с соленой водой , когда это называется эффектом океана или эффектом залива . Эффект усиливается, когда движущаяся воздушная масса поднимается орографическим влиянием более высоких высот на подветренных берегах. Это поднятие может привести к узким, но очень интенсивным полосам осадков , которые выпадают со скоростью многих дюймов снега в час, что часто приводит к большому общему количеству выпавшего снега .
Районы, затронутые эффектом озера и параллельными явлениями «эффекта океана», называются снежными поясами . К ним относятся районы к востоку от Великих озер в Северной Америке, западное побережье северной Японии, озеро Байкал в России и районы вблизи Большого Соленого озера , Черного моря , Каспийского моря , Балтийского моря , Адриатического моря , Северного моря и других.
Метели, вызванные эффектом озера, — это условия, подобные метелям , возникающие из-за снега, вызванного эффектом озера. При определенных условиях сильные ветры могут сопровождать снег, вызванный эффектом озера, создавая условия, похожие на метели; однако продолжительность события часто немного меньше, чем требуется для предупреждения о метелях как в США, так и в Канаде. [2]
Если температура воздуха достаточно низкая, чтобы осадки оставались замороженными, они выпадают в виде снега с эффектом озера. Если нет, то они выпадают в виде дождя с эффектом озера. Для образования дождя или снега с эффектом озера воздух, движущийся через озеро, должен быть значительно холоднее поверхностного воздуха (который, вероятно, будет близок к температуре поверхности воды). В частности, температура воздуха на высоте, где давление воздуха составляет 850 миллибар (85 кПа ) (примерно 1,5 километра или 5000 футов по вертикали), должна быть на 13 °C (23 °F) ниже температуры воздуха у поверхности. Эффект озера, возникающий, когда воздух при 850 миллибар (85 кПа ) намного холоднее поверхности воды, может привести к грозовому снегу , снежным ливням, сопровождающимся молниями и громом (вызванным большим количеством энергии, доступной из-за возросшей нестабильности).
Для формирования осадков, вызванных эффектом озера, необходимы некоторые ключевые элементы, которые определяют его характеристики: нестабильность, разгон, сдвиг ветра, влажность выше по течению, озера с наветренной стороны, синоптическое (крупномасштабное) воздействие, орография/топография, а также снежный или ледяной покров.
Разница температур приблизительно в 13 °C (23 °F) между температурой озера и высотой в атмосфере (около 1500 м или 5000 футов, на которой барометрическое давление составляет 850 мбар или 85 кПа) обеспечивает абсолютную нестабильность и позволяет интенсивно переносить тепло и влагу по вертикали. На атмосферный градиент и конвективную глубину напрямую влияют как мезомасштабная среда озера, так и синоптическая среда; более глубокая конвективная глубина с все более крутыми градиентами и подходящим уровнем влажности допускает более толстые, высокие облака осадков эффекта озера и, естественно, гораздо большую интенсивность осадков. [3]
Расстояние, которое воздушная масса проходит над водоемом, называется разгон. Поскольку большинство озер имеют неправильную форму, разные угловые градусы перемещения дают разные расстояния; как правило, для образования осадков с эффектом озера требуется разгон не менее 100 км (60 миль). Как правило, чем больше разгон, тем больше осадков выпадает. Большие разгоны дают пограничному слою больше времени для насыщения водяным паром и для передачи тепловой энергии от воды к воздуху. Когда воздушная масса достигает другой стороны озера, двигатель подъема и охлаждения водяного пара выпадает в виде конденсата и выпадает в виде снега, обычно в пределах 40 км (25 миль) от озера, но иногда и до 150 км (100 миль). [4]
Направленный сдвиг является одним из важнейших факторов, определяющих развитие шквалов; среды со слабым направленным сдвигом обычно производят более интенсивные шквалы, чем среды с более высокими уровнями сдвига. Если направленный сдвиг между поверхностью и высотой в атмосфере, на которой барометрическое давление составляет 700 мб (70 кПа), больше 60°, то можно ожидать только шквалов. Если направленный сдвиг между водоемом и вертикальной высотой, на которой давление составляет 700 мб (70 кПа), составляет от 30° до 60°, то возможны слабые полосы эффекта озера. В средах, где сдвиг составляет менее 30°, можно ожидать сильные, хорошо организованные полосы. [5]
Сдвиг скорости менее критичен, но должен быть относительно равномерным. Разница скорости ветра между поверхностью и вертикальной высотой, на которой давление составляет 700 мб (70 кПа), не должна превышать 40 узлов (74 км/ч), чтобы предотвратить сдвиг верхних частей полосы. Однако, предполагая, что ветры на поверхности до 700 мб (70 кПа) равномерны, более высокая общая скорость работает на более быстрый перенос влаги из воды, и полоса затем перемещается гораздо дальше вглубь суши. [5]
Более низкая относительная влажность вверх по течению, эффект озера затрудняет образование конденсата, облаков и осадков. Обратное верно, если влажность вверх по течению имеет высокую относительную влажность, что позволяет конденсации, облакам и осадкам из-за эффекта озера образовываться легче и в большем количестве. [6]
Любой большой водоем против ветра влияет на осадки эффекта озера с подветренной стороны озера по ветру, добавляя влагу или уже существующие полосы эффекта озера, которые могут снова усилиться над озером по ветру. Озера против ветра не всегда приводят к увеличению осадков по ветру. [7]
Вихревая адвекция наверху и большой подъем в верхних слоях атмосферы способствуют увеличению перемешивания и глубины конвекции, в то время как адвекция холодного воздуха снижает температуру и увеличивает нестабильность. [8]
Обычно осадки, вызванные эффектом озера, увеличиваются с высотой над уровнем моря, поскольку топографические воздействия вытесняют осадки и иссушают шквал гораздо быстрее. [9]
По мере того, как озеро постепенно замерзает, его способность производить осадки с эффектом озера уменьшается по двум причинам. Во-первых, открытая свободная ото льда поверхность жидкости озера сокращается. Это сокращает расстояния до поверхности. Во-вторых, температура воды близка к точке замерзания, что снижает общую скрытую тепловую энергию, доступную для создания шквалов. Чтобы прекратить производство осадков с эффектом озера, полное замерзание часто не является необходимым. [10]
Даже когда осадки не выпадают, холодный воздух, проходящий над более теплой водой, может образовывать облачный покров. Быстро движущиеся циклоны средних широт, известные как Альбертские клипперы , часто пересекают Великие озера. После прохождения холодного фронта ветры, как правило, переключаются на северо-запад, и частой картиной является формирование долговременной области низкого давления над Канадскими приморскими провинциями , которая может тянуть холодный северо-западный воздух через Великие озера в течение недели или более, что обычно отождествляется с отрицательной фазой Североатлантического колебания (САК). Поскольку преобладающие зимние ветры, как правило, холоднее воды большую часть зимы, юго-восточные берега озер почти постоянно покрыты облаками, что приводит к использованию термина «Великий серый фанк» в качестве синонима зимы. [ необходима цитата ] Эти области предположительно содержат население, которое страдает от высоких показателей сезонного аффективного расстройства , типа психологической депрессии, которая, как считается, вызвана недостатком света. [ 11 ] [ необходима цитата ]
Холодные ветры зимой обычно дуют с северо-запада в районе Великих озер, вызывая самые драматичные снегопады на южном и восточном берегах Великих озер . Этот эффект озера приводит к гораздо большему количеству снегопадов на южном и восточном берегах по сравнению с северным и западным берегами Великих озер.
Наиболее пострадавшие районы включают Верхний полуостров Мичигана ; Северный Нью-Йорк и Центральный Нью-Йорк ; особенно регион Таг-Хилл , Западный Нью-Йорк ; Северо-западная Пенсильвания ; Северо-восточный Огайо ; Юго-западный Онтарио и Центральный Онтарио; Северо-восточный Иллинойс (вдоль береговой линии озера Мичиган); Северо-западный и северо-центральный регион Индианы (в основном между Гэри и Элкхартом ); Северный Висконсин (около озера Верхнее); и Западный Мичиган . [12]
Снега, образующиеся в результате воздействия озера на плато Таг-Хилл (к востоку от озера Онтарио ), часто могут устанавливать ежедневные рекорды по количеству выпавших снегов в Соединенных Штатах. На Таг-Хилле обычно выпадает более 20 футов (240 дюймов; 610 см) снега каждую зиму. [13] Самые заснеженные части Таг-Хилла, расположенные недалеко от пересечения городов Монтегю , Оцеола , Редфилд и Уорт , в среднем ежегодно выпадает более 300 дюймов (760 см) снега. [14]
С 3 по 12 февраля 2007 года снежный эффект озера оставил 141 дюйм (358 см) снега за 10 дней в Норт-Редфилде на плато Таг-Хилл. [15] [16] Другие примеры крупных продолжительных снежных бурь с эффектом озера на Таг-Хилл включают 27 декабря 2001 года - 1 января 2002 года, когда 127 дюймов (320 см) снега выпало за шесть дней в Монтегю, 10-14 января 1997 года, когда 110,5 дюймов (281 см) снега выпало за пять дней в Норт-Редфилде, и 15-22 января 1940 года, когда более восьми футов снега выпало за восемь дней в Барнс-Корнерс. [16]
Сиракьюс, штат Нью-Йорк , расположенный прямо к югу от плато Таг-Хилл, получает значительное количество снега из озера Онтарио, и в среднем здесь выпадает 115,6 дюймов (294 см) снега в год, что является достаточным количеством снегопадов, чтобы считаться одним из самых «снежных» крупных городов в Америке. [17] [18]
Озеро Эри производит аналогичный эффект для зоны, простирающейся от восточных пригородов Кливленда через Эри до Буффало . [19] Остатки снега, образовавшегося в результате воздействия озера, из озера Эри, как было замечено, достигают на юге округа Гарретт, штат Мэриленд , и на востоке Женевы, штат Нью-Йорк . [20] Поскольку Эри не такое глубокое, как другие озера, оно быстро прогревается весной и летом и часто является единственным Великим озером, которое замерзает зимой. [21] После замерзания образовавшийся ледяной покров смягчает снег, образовавшийся в результате воздействия озера, по ветру от озера. На основании данных о стабильных изотопах из озерных отложений в сочетании с историческими записями об увеличении снега, образовавшегося в результате воздействия озера, было предсказано, что глобальное потепление приведет к дальнейшему увеличению снега, образовавшегося в результате воздействия озера. [22]
Очень большой снежный пояс в Соединенных Штатах существует на Верхнем полуострове Мичигана , недалеко от городов Хоутон , Маркетт и Мунисинг . Эти районы обычно получают 250–300 дюймов (635–762 см) снега каждый сезон. [23] Для сравнения, на западном берегу, в Дулуте, штат Миннесота, выпадает 78 дюймов (198 см) за сезон. [24]
Западный Мичиган , западный Северный Нижний Мичиган и Северная Индиана могут получить сильный эффект озёрного снега, когда ветры проходят над озером Мичиган и оставляют снег над Маскегоном , Траверс-Сити , Гранд-Рапидс , Каламазу , Нью-Карлайлом , Саут-Бендом и Элкхартом , но эти снега значительно ослабевают перед Лансингом или Форт-Уэйном, штат Индиана . Когда ветры становятся северными или выстраиваются между 330 и 390°, может образоваться одна полоса озёрного эффекта снега, которая простирается вдоль озера Мичиган. Этот длинный захват часто приводит к очень интенсивному, но локализованному, району сильного снегопада, затрагивающему такие города, как Ла-Порт и Гэри . [25]
Снег, вызванный эффектом озера, практически не встречается в Детройте, Толедо , Милуоки , Торонто и Чикаго, поскольку доминирующие ветры в регионе дуют с северо-запада, что делает их наветренными по отношению к соответствующим Великим озерам, хотя они также в крайне редких случаях видели небольшое количество снега, вызванного эффектом озера, во время восточных или северо-восточных ветров. Чаще всего северная сторона системы низкого давления собирает больше влаги над озером по мере продвижения на восток, создавая явление, называемое осадками, усиленными озером. [25] Однако в таких местах, как Алтуна, штат Пенсильвания , или Окленд, штат Мэриленд, гораздо больше шансов получить снег, вызванный эффектом озера, чем в любом из вышеупомянутых мест, несмотря на большее расстояние от озер, из-за того, что они находятся на подветренной стороне озера.
Поскольку Юго-Западное Онтарио окружено водой с трех сторон, многие части Юго-Западного и Центрального Онтарио получают большую часть своего зимнего снега из озерного эффекта снега. [26] Этот регион печально известен белыми облачностями, которые могут внезапно снизить видимость на шоссе на самой загруженной трассе Северной Америки ( шоссе Онтарио 401 ) [27] от ясной до нулевой. Наиболее часто поражаемый регион простирается от Порт-Стэнли на западе, полуострова Брюс на севере, Ниагары-он-те-Лейк на востоке и Форт-Эри на юге. Самые большие накопления обычно случаются на полуострове Брюс, который находится между озером Гурон и заливом Джорджиан. Пока Великие озера не замерзли, единственное время, когда на полуострове Брюс не выпадает озерный эффект снега, — это когда ветер дует прямо с юга.
Южные и юго-восточные стороны Большого Соленого озера получают значительный эффект снега озера. Поскольку Большое Соленое озеро никогда не замерзает, эффект озера может влиять на погоду вдоль фронта Уосатч круглый год. Эффект озера в значительной степени способствует ежегодному количеству выпадающего снега в 55–80 дюймов (140–203 см), зарегистрированному к югу и востоку от озера, и в среднем достигает 500 дюймов (13 м) снега в хребте Уосатч . Снег, который часто очень легкий и сухой из-за полузасушливого климата, называют «Самым большим снегом на Земле» в горах. Эффект озера способствует примерно шести-восьми снегопадам в год в Солт-Лейк-Сити , причем около 10% осадков города вносятся этим явлением. [28]
Однажды в декабре 2016 года в центральной части Миссисипи выпал снег с эффектом озера из полосы озера у водохранилища Росс-Барнетт . [29]
На Западном побережье иногда случаются ливни с эффектом океана, обычно в виде дождя на более низких высотах к югу от устья реки Колумбия . Они происходят всякий раз, когда арктическая воздушная масса из западной Канады вытягивается на запад через Тихий океан, как правило, через долину Фрейзера , возвращаясь к берегу вокруг центра низкого давления. Холодный воздух, текущий на юго-запад из долины Фрейзера, может также собирать влагу над проливом Джорджия и проливом Хуан-де-Фука , а затем подниматься над северо-восточными склонами Олимпийских гор , вызывая сильный локальный снег между Порт-Анджелесом и Секимом , а также в районах округа Китсап и региона Пьюджет-Саунд . [30]
Хотя снег любого типа очень редок во Флориде, явление снега с эффектом залива наблюдалось вдоль северного побережья Мексиканского залива несколько раз в истории. Совсем недавно, 24 января 2003 года, выпал снег с эффектом океана, когда ветер с Атлантики в сочетании с температурой воздуха в диапазоне 30 °F на короткое время принес снежные шквалы на Атлантическое побережье северной Флориды, которые можно было наблюдать в воздухе вплоть до мыса Канаверал . [31]
Поскольку южная часть Черного моря относительно теплая (около 13 °C или 55 °F в начале зимы, обычно от 10 до 6 °C или от 50 до 43 °F к концу), достаточно холодный воздух наверху может вызвать значительные снегопады за относительно короткий период времени. [32] Кроме того, холодный воздух, когда он прибывает в регион, имеет тенденцию двигаться медленно, создавая дни, а иногда и недели случайных снегопадов с эффектом озера. [32]
Самый густонаселенный город в регионе, Стамбул , очень подвержен снегопаду из-за эффекта озера, и это погодное явление происходит почти каждую зиму, несмотря на зимние средние значения в 5 °C (41 °F), что сопоставимо с Парижем . [33] Во многих случаях снегопады из-за эффекта озера длились более недели, а официальные общие показатели глубины снега за один шторм превышали 80 сантиметров (2,6 фута; 31 дюйм) в центре города и 104 сантиметра (3,41 фута; 41 дюйм) вокруг города. [34] [33] [35] Ранее неофициальные измерения часто были выше из-за относительной нехватки достаточно старых метеостанций в регионе; некоторые источники утверждают, что во время метели в марте 1987 года выпало до 4 метров (13 футов; 160 дюймов) снега. [36]
Между тем, снегопад в горных провинциях этого региона усиливается орографическим эффектом , что часто приводит к выпадению снега высотой в несколько метров, особенно на больших высотах.
В Северной Европе холодные, сухие воздушные массы из России могут дуть над Балтийским морем и вызывать сильные снежные шквалы в районах южного и восточного побережья Швеции, а также на датском острове Борнхольм , восточном побережье Ютландии и северном побережье Польши . Для северных частей Балтийского моря это происходит в основном в начале зимы, так как оно замерзает позже. Юго-Восточная Норвегия также может испытывать сильные морские снегопады с восточно-северо-восточными ветрами. Особенно в прибрежных районах от Крагерё до Кристиансанна в прошлом были невероятные глубины снега с интенсивными устойчивыми снежными полосами из Скагерака (прибрежный город Арендал зафиксировал 280 см (110 дюймов) за одну неделю в конце февраля 2007 года). [37] Хотя Фенноскандия изобилует озерами, этот тип снегопада в них редок из-за мелкого пресноводного замерзания рано в холодных внутренних районах. Одно примечательное исключение произошло в середине мая 2008 года, когда в Лександе на давно незамерзающем озере Сильян на землю выпало 30 см (12 дюймов) воды. [38]
Японское море вызывает снегопады в горных западных японских префектурах Ниигата и Нагано , части которых известны под общим названием « страна снега » ( Юкигуни ). Помимо Японии, такие условия испытывают большая часть приморской Кореи и полуострова Шаньдун . [39]
Сильные ветры и очень большое, глубокое озеро усиливают снегопад вокруг озера Байкал осенью; однако почти вся поверхность озера замерзает с января до весны, что исключает эффект снега озера. [40]
Перемещение полярных или сибирских центров высокого давления вдоль Каспийского моря относительно относительно более теплой воды этого моря может вызвать сильные снегопады на северном побережье Ирана. Несколько метелей были зарегистрированы в этом регионе в течение последних десятилетий. В феврале 2014 года сильные снегопады достигли 200 см (79 дюймов) на побережье в провинциях Гилян и Мазендеран в Иране. Самый сильный снегопад был зарегистрирован в деревне Абкенар около лагуны Энзели . [41] [42] [43] [44]
В Соединенном Королевстве восточные ветры, приносящие холодный континентальный воздух через Северное море , могут привести к похожему явлению. На местном уровне это также известно как «снег с эффектом озера», несмотря на то, что снег приходит с моря, а не с озера. [46] Аналогично во время северо-западного ветра могут образовываться снежные ливни, приходящие из Ливерпульского залива , спускающиеся по Чеширскому ущелью , вызывая снегопад в Западном Мидленде — это образование привело к белому Рождеству 2004 года в этом районе, а совсем недавно — к сильному снегопаду 8 декабря 2017 года и 30 января 2019 года. [47] [48]
Самый известный пример произошел в январе 1987 года , когда рекордно холодный воздух (связанный с верхним минимумом) переместился через Северное море в сторону Великобритании. Результатом стало более 2 футов снега для прибрежных районов, что привело к тому, что сообщества были отрезаны от света более чем на неделю. Последнее из этих событий, затронувших восточное побережье Великобритании, произошло 30 ноября 2017 года; 28 февраля 2018 года; и 17 марта 2018 года; в связи с холодной волной в Великобритании и Ирландии 2018 года . [49] Второе событие зимы 2017/18 было особенно суровым, с выпадением до 27,5 дюймов (70 см) в общей сложности за 27–28 число. [50]
Аналогичным образом, северные ветры, дующие через относительно теплые воды Ла-Манша во время холодных периодов, могут принести значительные снегопады во французский регион Нормандия, где в марте 2013 года были зафиксированы снежные заносы высотой более 10 футов (3 м). [51]
Предупреждения о снегопаде, вызванном эффектом озера: