Jump to content

Стинг струя

Схема фронтов и воздушных потоков, связанных с внетропическим циклоном в северном полушарии, вид сверху
Горизонтальная структура
Схема фронтов и воздушных потоков, связанных с внетропическим циклоном в северном полушарии, вид под косым углом
Вертикальная структура
Воздушные потоки, связанные с бурно развивающимися внетропическими циклонами. Острая струя (обозначенная как «SJ») может возникнуть в области лобового перелома , когда циклон достигнет своей зрелой стадии.

Ядовитая струя это узкий, переходный и мезомасштабный воздушный поток, который спускается из средней тропосферы на поверхность в некоторых внетропических циклонах . [1] Когда они присутствуют, ядовитые струи вызывают одни из самых сильных ветров на уровне поверхности во внетропических циклонах и могут вызывать разрушительные порывы ветра со скоростью более 50 м / с (180 км / ч; 110 миль в час). [2] [3] [4] Жаловые струи недолговечны, их длительность составляет порядка нескольких часов. [5] а территория, подверженная сильным ветрам, обычно не шире 100 км (62 миль), что делает их воздействие весьма локализованным. Исследования выявили жалящие струи в циклонах средних широт, главным образом в северной Атлантике и Западной Европе, хотя они могут возникать и в других местах. Штормы, вызывающие жалящие струи, имеют тенденцию следовать Шапиро-Кейзера модели развития внетропических циклонов . Среди этих штормов, как правило, образуются жалящие струи после наибольшей скорости усиления шторма.

Впервые реактивные самолеты были официально идентифицированы в 2004 году Китом Браунингом из Университета Рединга при анализе великого шторма 1987 года , хотя синоптики знали о его последствиях, по крайней мере, с конца 1960-х годов. [6] Острая струя выходит из конца облачной головки внетропического циклона – крючкообразной области облачности вблизи центра низкого давления – и ускоряется по мере спуска на поверхность. Множественные механизмы, объясняющие, почему образуются реактивные струи и почему они ускоряются при спуске; фронтолиз , высвобождение условной симметричной нестабильности и испарительное охлаждение часто упоминаются как факторы, влияющие на развитие реактивной струи. Наличие этих факторов можно использовать для прогнозирования самих струй, поскольку струи слишком малы, чтобы их можно было определить с помощью большинства глобальных погодных моделей . Скорость ветра, поднимаемого на поверхность реактивной струей, зависит от стабильности атмосферы в приземном слое воздуха . Жгучие струи могут создавать несколько зон разрушительного ветра, а один циклон может создавать несколько язвительных струй.

Климатология и структура

[ редактировать ]
Спутниковый снимок большого внетропического циклона
Великий шторм 1987 года стал первым штормом, для которого была обнаружена реактивная струя.

Струи Sting имеют ширину примерно 10–20 км (6–12 миль) и действуют 3–4 часа. [7] Они частично характеризуются своим среднетропосферным происхождением и ускорением нисходящего воздуха и отличаются от низкотропосферных воздушных потоков, сопровождающих холодные и теплые конвейерные ленты внетропических циклонов . [8] [9] Жгучие струи представляют собой один из возможных механизмов, посредством которого во внетропических циклонах могут возникать сильные ветры, не вызываемые непосредственно атмосферной конвекцией . [10]

Не все циклоны в средних широтах производят жалящие струи; в большинстве случаев сильные приземные ветры, возникающие во внетропических циклонах, возникают из-за холодных и теплых конвейерных лент. [9] Один анализ показал, что они наблюдаются у 39–49% самых сильных внетропических циклонов в Северной Атлантике . [11] Почти треть самых сильных ураганов, обрушившихся на Соединенное Королевство с 1993 по 2013 год, вызвали выбросы реактивных струй. [12] В Северной Атлантике циклоны, образующие ядовитые струи, имеют тенденцию следовать обычным траекториям штормов и возникают к югу от 50° с.ш. , что позволяет предположить потенциальное влияние теплого и влажного воздуха на формирование ядовитых струй. [13] [14] Развитие реактивной струи также представляется более вероятным в случае взрывоопасных штормов. [15] Данные повторного анализа атмосферы показывают, что жалящие струи чаще встречаются над водой, чем над сушей. [13] но реактивные струи могут развиваться полностью над континентальной сушей. [16] Повышенная влажность, связанная с изменением климата, может усилить нестабильность атмосферы , которая способствует развитию ядовитых струй, потенциально увеличивая долю внетропических циклонов с ядовитыми струями и их интенсивность. [17] [18] [19] Частота сильных ураганов и ураганов в целом также может увеличиться с изменением климата; [20] одно исследование оценило увеличение на 60% возникновения условий, способствующих развитию реактивных струй над Северной Атлантикой, к 2100 году, если RCP8.5 . предположить [21]

Пояснительная диаграмма, показывающая этапы модели Шапиро – Кейзера.
Циклоны с жалящими струями имеют тенденцию развиваться в соответствии с моделью Шапиро-Кейзера .

Циклоны, производящие струйные струи, обычно следуют эволюции, предусмотренной моделью Шапиро-Кейзера . [22] В четырехступенчатой ​​модели фронтальный перелом – дискретное отделение холодного фронта от центра низкого давления – происходит во время развития внетропического циклона, когда холодный фронт движется перпендикулярно теплому фронту. [23] [6] Во время штормов Шапиро-Кейзера температурный контраст, первоначально связанный с теплым фронтом , охватывает центр низкого давления, образуя изогнутый назад фронт , когда циклон достигает своей зрелой стадии; [22] наиболее разрушительные внетропические циклоны демонстрируют эти признаки развития. [24] Крюкообразная голова облака , выровненная по направлению к загнутой назад передней части, характерна для штормов, образующих жалящие струи. [3] Острая струя возникает к экватору от центра циклона в конце загнутого назад фронта и вблизи кончика облачной головы после стадии фронтального разрушения модели Шапиро-Кейзера. [22] [3] Обычно это происходит после самого быстрого усиления шторма и до его пиковой интенсивности. [25] Метеоролог Кейт Браунинг из Университета Рединга официально идентифицировал реактивные струи в статье, опубликованной в 2004 году, в которой анализируются сильные ветры, связанные с Великим штормом в октябре 1987 года . [26] Его изобретение «жалящей струи» отдало должное новаторской работе норвежских метеорологов середины 20-го века, которые сравнили область сильных ветров в конце загнутых назад окклюзий во время штормов, обрушившихся на Норвегию , с «ядовитым хвостом» скорпиона . . [22]

Жгучие струи могут привести к прояснению облаков в пограничном слое планеты, что видно на спутниковых снимках за кончиком облачной шапки. [2] в форме дуги или шеврона Неглубокие слоистые облака в сухой щели внетропического циклона также могут сопровождать жалящие струи. [27] и некоторые из этих особенностей облаков могут напрямую способствовать интенсивности реактивной струи. [28] Однако для окончательной идентификации реактивных струй необходимо подтверждение наличия нисходящего воздушного потока. [2] и обнаружение может быть затруднено при рутинных метеорологических наблюдениях. [26] Большинство идентификаций реактивных струй были получены на основе результатов числовых моделей погоды . [29] Струи-жала были обнаружены во время нескольких ураганов над восточной частью Северной Атлантики и Западной Европы, включая шторм 1987 года. [30] [31] Исследования реактивных самолетов за пределами Северной Атлантики были ограничены. [31] при этом тематические исследования в первую очередь сосредоточены на европейских ураганах, затрагивающих Британские острова . [16] Тем не менее, наблюдаемые условия, способствующие развитию реактивных струй, не являются уникальными для северной Атлантики. [13] Жгучие струи могут возникать во время ураганов в северной части Тихого океана. [32] но может быть менее значительным для ураганов на северо-западе Тихого океана . [33] Первые воздушные наблюдения за реактивной струей на месте были проведены во время циклона Фридхельм в 2011 году в рамках полевой кампании «Диабатическое влияние на мезомасштабные структуры во внетропических штормах» (DIAMET). [30]

Разработка

[ редактировать ]
Иллюстрация типичного пути внетропического циклона и пострадавших районов.
Идеализированное изображение траектории внетропического циклона и полос сильных ветров. Узкая жалящая струя появляется в период самого быстрого усиления шторма.

Жгучие струи исходят из головы облака и опускаются в коридор сухого воздуха, связанный с циклонами средних широт. [3] Нисходящий воздух начинается на средних уровнях тропосферы, между 600 и 800 гПа уровнями давления . [8] Механизмы, вызывающие начальный спуск воздуха и ускорение ветра в реактивной струе, недостаточно изучены. [1] с исследованиями, обнаруживающими как подтверждающие, так и опровергающие доказательства предлагаемых механизмов. [16] На эти качества реактивных струй могут влиять процессы как синоптического, так и мезомасштабного масштаба . [31] Жаловые струи опускаются из средней тропосферы со скоростью примерно 10 см/с (0,33 фута/с), достигая поверхности в течение нескольких часов. [34] Спуск может быть вызван сильным фронтолизисом экваториально от центра циклона. [1] Теплый воздух, первоначально принесенный в циклон теплой конвейерной лентой, опускается после достижения фронтолитической области, обеспечивая один из возможных процессов, посредством которых развиваются язвенные струи. Эта область фронтолиза, связанная с загнутым назад фронтом, уникальна для штормов Шапиро-Кейзера. [34] Появление полосчатых структур в головке облака, связанных с наклонными циркуляциями с чередованием областей восходящего и нисходящего воздуха – возможно, свидетельствующее о возникновении условной симметричной неустойчивости (УСИ) – также может играть непосредственную роль в развитии реактивной струи с опусканием воздуха в один из нисходящих потоков облаков. [35] Наличие нитевидных полос облаков в головке облака, разделенных одной или несколькими безоблачными областями, косвенно свидетельствует о возможном наличии реактивных струй. Метеорологическое бюро использовало появление полос в головах облаков для оперативного прогнозирования струйных струй. [36] Наклонный характер струи также наблюдался при наблюдениях с помощью профилометра ветра . [37] Возникновение симметричной нестабильности – формы инерционной нестабильности, не зависящей от влаги – также может быть связано с образованием реактивной струи. [38]

Иллюстрация процессов, которые могут способствовать образованию струйных струй.
Множественные атмосферные процессы могут способствовать образованию и усилению реактивной струи.

Стинговые струи не получают высокую скорость ветра из-за реактивного течения в верхних слоях тропосферы. [39] Вместо этого воздух, связанный с реактивной струей, первоначально имеет меньший импульс в средней тропосфере и ускоряется по мере спуска. [1] Скорость снижения реактивной струи зависит от нестабильности тропосферы. [40] на что, в свою очередь, может влиять местное поведение водяного пара , например, за счет испарительного охлаждения или выделения CSI. [1] Оба эти процесса могут влиять на усиление реактивной струи на разных этапах. [41] Снижение стабильности из-за испарительного охлаждения или потоков тепла и влаги с поверхности может привести к более быстрым вертикальным движениям. [2] Вода из ливней, связанных с наклонными восходящими потоками внутри облачной шапки, или из более высоких облаков может попадать в области спуска. [35] [6] испарение и охлаждение воздуха по мере продвижения струи жало в сухую зону лобового перелома. [42] Испарительное охлаждение может привести к снижению потенциальной температуры и повышению удельной влажности воздуха в реактивных струях; [35] повышенная плотность охлажденного воздуха относительно окружающей среды заставляет его опускаться вниз. [7] Альтернативно, ускорение ветра в реактивной струе может быть связано с тем, что воздух сталкивается с более сильными градиентами давления при спуске и вращении вокруг центра низкого давления . [1] [43] и разрушительные реактивные ветры могут быть достигнуты без усиления испарительного охлаждения или выброса CSI. [44] В северном полушарии самые сильные градиенты давления в циклоне Шапиро-Кейзера часто наблюдаются в юго-западной части циклона, где обнаруживаются струйные струи. [45]

Воздух, переносимый реактивной струей, быстро опускается из средней тропосферы. [35] Траектория реактивной струи следует по наклонной траектории с постоянной потенциальной температурой по влажному термометру . [8] Как только он достигает планетарного пограничного слоя , атмосферная конвекция и турбулентное перемешивание внутри этого слоя приносят высокий импульс, связанный с ускоренным воздушным потоком, на поверхность, создавая интенсивные приземные ветры, связанные с струями жал. [35] Степень, в которой воздух реактивной струи достигает поверхности, зависит от стабильности пограничного слоя. [31] По сравнению с другими областями циклонов средних широт, область лобового разлома, в которую опускаются струи, более нейтрально устойчива к конвекции, что позволяет сильным порывам более эффективно достигать поверхности. [46] Дестабилизация воздуха в верхней части пограничного слоя также может привести к падению реактивной струи. [47] Однако устойчивость пограничного слоя в некоторых случаях может быть достаточно высокой, чтобы предотвратить попадание нисходящей реактивной струи на поверхность. [31] Отпечаток жалящих струй может проявляться в виде локально интенсивной области скорости приземного ветра, хотя такие максимумы могут возникать в результате сочетания как жалящих струй, так и холодного воздуха, обертывающего область низкого давления ( холодную конвейерную ленту ). [2] Хотя реактивная струя возникает над холодной конвейерной лентой, она может опускаться на поверхность перед кончиком холодной конвейерной ленты, создавая отчетливую область сильных ветров. [5] или усилить уже существующие ветры на холодной конвейерной ленте; [17] оба обстоятельства могут возникнуть в течение жизненного цикла циклона. [48] Ширина полосы разрушительных ветров, создаваемых реактивными струями, составляет менее 100 км (62 мили). [46] В циклоне могут одновременно присутствовать несколько струйных струй, а одна струя может создавать несколько максимумов ветра. [30]

Прогнозирование и моделирование

[ редактировать ]
Графики смоделированного внетропического циклона
Присутствие DSCAPE в головах облаков может сигнализировать о развитии реактивных струй.

Особенности внетропических циклонов, наблюдаемые на спутниковых изображениях и приписываемые жалящим струям, очевидны только тогда, когда жалящие струи неизбежны или уже происходят. Более долгосрочные прогнозы реактивных струй основаны на оценке того, благоприятствуют ли более общие условия окружающей среды развитию циклона Шапиро-Кейзера. [49] Острые струи можно воспроизвести в атмосферных моделях , но для разрешения мезомасштабной струи необходимо достаточно высокое пространственное разрешение. [50] Горизонтальный интервал между ячейками сетки модели должен быть меньше примерно 10–15 км (6,2–9,3 миль), чтобы отображать струи жал, а для разрешения локализованных деталей необходимо более высокое разрешение. [51] Они могут использоваться синоптиками; однако масштаб струйных струй близок к пределу разрешения глобальных моделей численного прогноза погоды на большие расстояния , что делает ансамблевое прогнозирование с использованием их явного появления в результатах глобальных моделей непрактичным. [49] Трудности с параметризацией планетарного пограничного слоя также приводят к трудностям с изображением реактивных струй в компьютерных моделях. [25]

В качестве показателя для прямого моделирования реактивных струй взаимосвязь между CSI и реактивными струями может быть использована для идентификации «предшественников реактивных струй»: свойств циклонов, которые могут генерировать реактивные струи. [49] Потенциал CSI для усиления спуска реактивных струй количественно оценивается с помощью доступной потенциальной энергии наклонной конвекции нисходящего потока (DSCAPE), которая измеряет теоретическую максимальную кинетическую энергию , которую может достичь нисходящий пакет воздуха , оставаясь насыщенным и сохраняя геострофический абсолютный импульс. [52] [а] Метод идентификации предшественников реактивных струй в данных с низким разрешением был опубликован в журнале Meteorological Applications в 2013 году, в котором предполагается, что предшественники характеризуются высоким DSCAPE (более 200 Дж кг). −1 ) для воздушных посылок, спускающихся из средней тропосферы в зоне фронтального разлома и относительной влажности менее 80 процентов . [54] Основываясь на этом алгоритме, Университет Рединга разработал средство прогнозирования, используемое Метеорологическим бюро, выделяющее предшественники реактивных струй на основе наличия достаточно высокого DSCAPE в облачной головке смоделированных циклонов. [52]

См. также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Геострофический абсолютный импульс определяется как , где – составляющая геострофического ветра , перпендикулярная градиенту температуры, параметр Кориолиса , а это положение вдоль оси координат , совмещенное с градиентом температуры, такое, что увеличивается в сторону более теплого воздуха. [53]
  1. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Шульц и Браунинг, 2017 , стр. 63–64.
  2. ^ Перейти обратно: а б с д и Шульц и Браунинг 2017 , с. 65.
  3. ^ Перейти обратно: а б с д Бейкер 2009 , с. 143.
  4. ^ Гликсман и др. 2023 , с. 2174.
  5. ^ Перейти обратно: а б Кларк и Грей, 2018 , с. 967.
  6. ^ Перейти обратно: а б с Мартинес-Альварадо, Weidle & Gray, 2010 , с. 4055.
  7. ^ Перейти обратно: а б Слоусон, Никола (18 февраля 2022 г.). «Что такое «жалящая струя»? Ученые предупреждают о повторении феномена 1987 года» . Хранитель . Проверено 18 декабря 2023 г.
  8. ^ Перейти обратно: а б с Бейкер, Грей и Кларк, 2014 , с. 97.
  9. ^ Перейти обратно: а б Грей и др. 2021 , с. 369.
  10. ^ Нокс и др. 2011 , с. 63.
  11. ^ Шульц и Браунинг 2017 , стр. 64.
  12. ^ «Что такое реактивный самолет?» . MetMatters . Королевское метеорологическое общество.
  13. ^ Перейти обратно: а б с Кларк и Грей, 2018 , с. 964.
  14. ^ Мартинес-Альварадо и др. 2012 , с. 7.
  15. ^ Харт, Грей и Кларк, 2017 , с. 5468.
  16. ^ Перейти обратно: а б с Эйзенштейн, Пантильон и Книпперц 2020 , с. 187.
  17. ^ Перейти обратно: а б Мартинес-Альварадо и др. 2018 , с. 1.
  18. ^ Книпперц, Пантильон и Финк 2018 .
  19. ^ Литтл, Пристли и Катто, 2023 , с. 1.
  20. ^ Мэннинг и др. 2022 , с. 2402.
  21. ^ Катто и др. 2019 , с. 413.
  22. ^ Перейти обратно: а б с д Шульц и Браунинг 2017 , с. 63.
  23. ^ Кларк и Грей 2018 , с. 945.
  24. ^ Браунинг 2004 , с. 375.
  25. ^ Перейти обратно: а б Хьюсон и Ной, 2015 , с. 10.
  26. ^ Перейти обратно: а б Кларк и Грей, 2018 , с. 944.
  27. ^ Браунинг и Филд 2004 , с. 287.
  28. ^ Браунинг и др. 2015 , с. 2970.
  29. ^ Кларк и Грей 2018 , с. 953.
  30. ^ Перейти обратно: а б с Кларк и Грей, 2018 , с. 950.
  31. ^ Перейти обратно: а б с д и Кларк и Грей, 2018 , с. 966.
  32. ^ Пичугин, Гурвич и Баранюк 2023 , с. 1.
  33. ^ Mass & Dotson 2010 , с. 2526.
  34. ^ Перейти обратно: а б Шульц и Сенкевич 2013 , стр. 607–611.
  35. ^ Перейти обратно: а б с д и Бейкер 2009 , с. 144.
  36. ^ Кларк и Грей 2018 , с. 952.
  37. ^ Партон и др. 2009 , с. 663.
  38. ^ Кларк и Грей 2018 , с. 961.
  39. ^ Кларк и Грей 2018 , с. 965.
  40. ^ Бейкер, Грей и Кларк, 2014 , с. 96.
  41. ^ Уилл, Кларк и Грей, 2018 , с. 896.
  42. ^ Грей и др. 2011 , с. 1499.
  43. ^ «Стинг-Джет» . Учебный модуль по циклогенезу . EUMeTrain. 2020 . Проверено 18 декабря 2023 г.
  44. ^ Смарт и Браунинг 2014 , с. 609.
  45. ^ Кларк и Грей 2018 , с. 958.
  46. ^ Перейти обратно: а б Кларк и Грей, 2018 , с. 963.
  47. ^ Ривьер, Рикар и Арбогаст 2020 , с. 1819.
  48. ^ Мартинес-Альварадо и др. 2014 , с. 2593.
  49. ^ Перейти обратно: а б с Грей и др. 2021 , с. 370
  50. ^ Коронель и др. 2016 , с. 1781.
  51. ^ Кларк и Грей 2018 , с. 955.
  52. ^ Перейти обратно: а б Грей и др. 2021 , стр. 370–371.
  53. ^ Шульц и Шумахер 1999 , с. 2712.
  54. ^ Мартинес-Альварадо и др. 2013 , стр. 52–53.

Источники

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: ac011c2795fbe363cea0bfc599e5aeb2__1705619820
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ac/b2/ac011c2795fbe363cea0bfc599e5aeb2.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Sting jet - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)