Расщепляющийся шторм

— Расщепляющийся шторм это явление, когда конвективная гроза разделяется на две суперячейки , одна из которых распространяется влево ( левый двигатель ), а другая вправо ( правый двигатель ) от направления среднего сдвига ветра через глубокий слой атмосферы. тропосфера . В большинстве случаев это среднее направление сдвига ветра примерно совпадает с направлением среднего ветра. Каждая полученная ячейка несет восходящий поток , который вращается противоположно восходящему потоку в другой ячейке, при этом левый двигатель демонстрирует восходящий поток, вращающийся по часовой стрелке, а правый двигатель демонстрирует восходящий поток, вращающийся против часовой стрелки. Раскол шторма, если он и происходит, обычно происходит в течение часа после его формирования.

Расщепление шторма в присутствии большого количества окружающей поперечной завихренности , характеризуемой прямым годографом , приводит к одинаково сильным левым и правым движениям. Расколы штормов также происходят в средах, где присутствует продольная завихренность, что характеризуется более изогнутым годографом. Однако в этой ситуации один восходящий поток имеет большее преимущество перед другим, при этом более слабый раскол быстро рассеивается; в этом случае менее предпочтительное разделение может быть настолько слабым, что процесс не будет заметен на радиолокационных изображениях . В северном полушарии, где кривизна годографа имеет тенденцию идти по часовой стрелке, клетки, движущиеся вправо, имеют тенденцию быть более сильными и устойчивыми; обратное верно в Южном полушарии, где кривизна годографа имеет тенденцию быть против часовой стрелки.

Характеристики

Расщепление шторма было обнаружено с помощью метеорологического радара в 1960-х годах. ^{[ 1 ]}^: 220 Расщепление шторма наиболее предпочтительно, когда направление сдвига ветра совпадает с движением шторма, состояние, известное как поперечная завихренность (согласно правилу правой руки , направление вращения окружающей среды, связанное с этой завихренностью, будет перпендикулярно движению шторма). . ^{[ 2 ]}^: 234 Такие условия можно определить количественно, имея низкую спиральность относительно шторма , и их можно связать с прямыми годографами . ^{[ 2 ]}^{: 234, 236} В этих случаях сдвиг ветра в нижней и средней тропосфере в основном однонаправленный. ^{[ 3 ]} Расщепление имеет тенденцию происходить примерно через 30–60 минут после формирования родительской грозы и может происходить неоднократно, пока присутствует достаточная поперечная завихренность. Наличие окружающей завихренности приводит к появлению рулонов горизонтального вращения , с которыми может столкнуться развивающийся шторм. ^{[ 2 ]}^: 234 Поскольку формирующий восходящий поток, связанный со штормом, тянет это вращение вверх и в шторм, вращение наклоняется в вертикальное положение на противоположных флангах восходящего потока. С одной стороны это приводит к вращению по часовой стрелке , а с другой – против часовой стрелки. Эти области вращения расположены под прямым углом к направлению сдвига ветра, причем одна происходит слева от этого направления, а другая — справа. ^{[ 2 ]}^{: 234–235} В Северном полушарии левое вращение является антициклоническим, а правое — циклоническим. ^{[ 1 ]}^: 220 Вращение приводит к развитию нового вращающегося восходящего потока под каждой областью вращения, который отделяется друг от друга, образуя два отдельных шторма; ^{[ 4 ]}^: 289 поскольку обе ячейки имеют вращающиеся восходящие потоки, обе являются суперячейками . ^{[ 3 ]} Этот процесс можно ускорить, если между двумя восходящим потоком выпадают осадки, охлаждающие воздух и вызывающие нисходящее сопротивление , которое устраняет первоначальный восходящий поток и еще больше разделяет разделенные ячейки. ^{[ 2 ]}^: 234^{[ 3 ]}^{[ 1 ]}^: 220^{[ 4 ]}^: 289

Как только шторм разделяется на две части, шторм, разделяющийся влево, имеет тенденцию двигаться в направлении слева от направления среднего сдвига ветра, тогда как шторм, разделяющийся вправо, движется вправо от направления среднего сдвига ветра. Из-за такого поведения разделенные штормы известны как левые и правые . Результирующее движение влево или вправо, совершаемое разделенными штормами, может быть более или менее совмещено с направлением сдвига окружающего ветра. Это увеличивает или уменьшает окружающую поперечную завихренность, попадающую в разделенные восходящие потоки, соответственно, в системе отсчета разделенных штормов. Шторм, который движется в направлении, все более отклоняющемся от направления сдвига ветра, привлекает все более продольную завихренность. Обычно это правостороннее движение в Северном полушарии и левое движение в Южном полушарии; в любом случае это шторм с циклоническим вращением. ^{[ 2 ]}^: 234 Хотя расщепление шторма может уменьшить поперечную завихренность, поперечная завихренность все еще может присутствовать. Таким образом, движущиеся влево и вправо штормы могут неоднократно подвергаться дальнейшему расщеплению штормов, если сохраняется значительная поперечная завихренность. ^{[ 2 ]}^: 236

Физические процессы внутри суперячеек и взаимодействие с окружающей их средой усложняют прогнозирование движения суперячейок, включая левые и правые двигатели. ^{[ 2 ]}^: 240 Обычно используемые методы аппроксимации движения расщепляющихся штормов имеют тенденцию оценивать движение на основе эмпирически наблюдаемых отклонений от среднего вектора сдвига ветра. ^{[ 2 ]}^: 240^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Если завихрение окружающей среды полностью поперечное, расщепление шторма приводит к образованию двух противоположно вращающихся ячеек одинаковой интенсивности. При этом обе бури симметрично отклоняются от среднего направления сдвига ветра. ^{[ 2 ]}^: 240 Левый двигатель приобретает все большую завихренность по часовой стрелке, а правый двигатель приобретает все большую завихренность против часовой стрелки. В отсутствие силы Кориолиса обе клетки являются зеркальными отражениями друг друга. Однако сила Кориолиса делает циклоническую ячейку немного сильнее. ^{[ 3 ]} Из-за турбулентного трения направление сдвига ветра обычно меняется вблизи поверхности, так что годографы редко бывают прямыми в нижней тропосфере. ^{[ 1 ]}^: 224 Если направление сдвига ветра меняется с высотой, так что присутствует некоторая продольная завихренность, поглощение завихренности разделенными восходящими потоками приводит к усилению одного восходящего потока и подавлению другого. Если годограф поворачивается по часовой стрелке с высотой, усиливается правый двигатель, а если годограф поворачивается против часовой стрелки, усиливается левый двигатель. ^{[ 2 ]}^: 238 Большая часть разницы в силе разделенных ячеек возникает из-за направленного сдвига ветра, а не из-за силы Кориолиса. ^{[ 4 ]}^: 289 Расщепление штормов становится менее выраженным по мере увеличения кривизны годографа, что приводит к образованию более короткоживущих антициклонических ячеек. ^{[ 3 ]} В крайних случаях, когда имеется сильно искривленный годограф, подавленный восходящий поток с самого начала будет настолько слабым, что процесс расщепления не будет заметен на радаре, и доминирующая ячейка будет присутствовать сразу же после начала конвекции. ^{[ нужна ссылка ]} В то время как суперячейки циклонического расщепления (правые движущие силы в Северном полушарии) изучались более широко из-за их обычно большей продолжительности и возникновения суровой погоды , антициклонические суперячейки также могут вызывать суровую погоду. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}

Когда развиваются множественные грозы, разделяющиеся штормы могут взаимодействовать с другими разделяющимися штормами. Если линия бурь развивается вдоль границы , бури на концах линии обычно являются наиболее изолированными и свободными от взаимодействия с расщепляющимися ячейками. ^{[ 1 ]}^: 252

Динамика

Движение частиц воздуха в атмосфере может вызвать локальное увеличение давления воздуха перед пакетом воздуха и снижение давления воздуха вслед за пакетом, когда пакет взаимодействует с окружающим воздухом. Такие изменения давления известны как динамические возмущения давления . Внутри вращающегося восходящего потока изменение этого динамического возмущения давления $p'_{d}$ с высотой $z$ может быть аппроксимировано как комбинация линейного и нелинейного члена:

{\frac {\partial p_{d}'}{\partial z}}\propto 2{\frac {\partial }{\partial z}}\mathbf {S} \cdot \nabla _{h}w'-{\frac {1}{2}}{\frac {\partial \zeta '^{2}}{\partial z}}

где $\mathbf {S}$ представляет собой средний вектор вертикального сдвига ветра, $\nabla _{h}w'$ представляет горизонтальный градиент вертикального ветра, связанный с восходящим потоком, и $\zeta$ - завихренность восходящего потока.

Когда горизонтальное вращение впервые возникает в восходящем потоке, оно создает циклонический и антициклонический вихрь на противоположных сторонах восходящего потока, при этом сила этих вихрей обычно максимальна в средней тропосфере примерно на 4–8 км (2,5–5,0 миль) над уровнем моря. поверхность. ^{[ 2 ]}^: 234 Каждый вихрь связан с минимальным давлением воздуха наверху в центре вихря, при этом окружающий воздух находится в циклострофическом равновесии . ^{[ 4 ]}^: 289 Независимо от знака завихренности (т.е. направления вращения ), величина $\zeta '^{2}$ в месте расположения вихрей имеет тенденцию к увеличению от поверхности вверх к средней тропосфере, где вихри наиболее выражены. Таким образом, $p'_{d}$ уменьшается с высотой, что приводит к вертикальному градиенту давления и способствует движению вверх под двумя вихрями. Это создает два новых восходящих потока на противоположных сторонах исходного восходящего потока. Генерация восходящих потоков на флангах исходного восходящего потока вызывает горизонтальное распространение восходящего потока и сдвиг, так что ячейка, расщепляющаяся влево, продолжает двигаться влево относительно вектора сдвига, в то время как ячейка, расщепляющаяся вправо, движется вправо. ^{[ 6 ]} Это означает, что начальное расщепление грозы определяется нелинейной динамикой . ^{[ 2 ]}^: 234 Поскольку наклон горизонтальной завихренности в вертикальную наиболее выражен на флангах восходящего потока, разделенные штормы продолжают удаляться от среднего направления сдвига ветра. ^{[ 2 ]}^: 236 В тех случаях, когда завихренность преимущественно направлена вдоль потока, что характеризуется сильно искривленным годографом, линейный член оказывает более сильное влияние на вертикальные возмущения динамического давления. Таким образом, расщепление шторма менее предпочтительно, когда окружающая завихренность направлена вдоль потока. ^{[ 2 ]}^: 238

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Блюштейн, Ховард Б. (2013). Сильные конвективные штормы и торнадо: наблюдения и динамика . Берлин: Шпрингер. ISBN 978-3642053818 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот Марковски, Пол; Ричардсон, Иветт (5 февраля 2010 г.). «Организация изолированной конвекции». Мезомасштабная метеорология в средних широтах . дои : 10.1002/9780470682104 . ISBN 9780470682104 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Дэвис-Джонс, Роберт (май 2015 г.). «Обзор динамики суперячейки и торнадо». Атмосферные исследования . 158–159: 274–291. дои : 10.1016/j.atmosres.2014.04.007 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Хауз, Роберт А. (1994). Динамика облаков . Сан-Диего: Академическая пресса. ISBN 9780123568809 .
^ Эдвардс, Роджер; Томпсон, Ричард Л.; Харт, Джон А. (13 августа 2002 г.). Проверка методов прогнозирования движения Supercell (PDF) . 21-я конференция по сильным локальным штормам / 19-я конференция по анализу и прогнозированию погоды / 15-я конференция по численному прогнозированию погоды. Сан-Антонио, Техас.
^ Jump up to: ^а ^б Зейтлер, Джон В.; Банкерс, Мэтью Дж. (2005). «Оперативное прогнозирование движения суперячейки: обзор и тематические исследования с использованием нескольких наборов данных» (PDF) . Национальный дайджест погоды . 29 (1). Национальная метеорологическая ассоциация: 82–97.
^ Досталек, Джон Ф.; Уивер, Джон Ф.; Филлипс, Дж. Лорен (июнь 2004 г.). «Аспекты торнадической левосторонней грозы 25 мая 1999 г.». Погода и прогнозирование . 19 (3): 614–626. doi : 10.1175/1520-0434(2004)019<0614:AOATLT>2.0.CO;2 .
^ Линдси, Дэниел Т.; Банкерс, Мэтью Дж. (1 февраля 2005 г.). «Наблюдения за тяжелой леводвижущейся суперячейкой 4 мая 2003 г.». Погода и прогнозирование . 20 (1): 15–22. дои : 10.1175/WAF-830.1 .

[Bluestein_2013-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Блюштейн, Ховард Б. (2013). Сильные конвективные штормы и торнадо: наблюдения и динамика . Берлин: Шпрингер. ISBN 978-3642053818 .

[Markowski_and_Richardson_2010-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот Марковски, Пол; Ричардсон, Иветт (5 февраля 2010 г.). «Организация изолированной конвекции». Мезомасштабная метеорология в средних широтах . дои : 10.1002/9780470682104 . ISBN 9780470682104 .

[Davies-Jones_2015-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Дэвис-Джонс, Роберт (май 2015 г.). «Обзор динамики суперячейки и торнадо». Атмосферные исследования . 158–159: 274–291. дои : 10.1016/j.atmosres.2014.04.007 .

[Houze_1994-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Хауз, Роберт А. (1994). Динамика облаков . Сан-Диего: Академическая пресса. ISBN 9780123568809 .

[Edwards_et_al._2002-5] Эдвардс, Роджер; Томпсон, Ричард Л.; Харт, Джон А. (13 августа 2002 г.). Проверка методов прогнозирования движения Supercell (PDF) . 21-я конференция по сильным локальным штормам / 19-я конференция по анализу и прогнозированию погоды / 15-я конференция по численному прогнозированию погоды. Сан-Антонио, Техас.

[Zeitler_and_Bunkers_2005-6] Jump up to: ^а ^б Зейтлер, Джон В.; Банкерс, Мэтью Дж. (2005). «Оперативное прогнозирование движения суперячейки: обзор и тематические исследования с использованием нескольких наборов данных» (PDF) . Национальный дайджест погоды . 29 (1). Национальная метеорологическая ассоциация: 82–97.

[Dostalek_et_al._2004-7] Досталек, Джон Ф.; Уивер, Джон Ф.; Филлипс, Дж. Лорен (июнь 2004 г.). «Аспекты торнадической левосторонней грозы 25 мая 1999 г.». Погода и прогнозирование . 19 (3): 614–626. doi : 10.1175/1520-0434(2004)019<0614:AOATLT>2.0.CO;2 .

[8] Линдси, Дэниел Т.; Банкерс, Мэтью Дж. (1 февраля 2005 г.). «Наблюдения за тяжелой леводвижущейся суперячейкой 4 мая 2003 г.». Погода и прогнозирование . 20 (1): 15–22. дои : 10.1175/WAF-830.1 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]