Soğuk hava barajı - Cold-air damming

Yaklaşan bir fırtına sisteminin önündeki sıcak hava, bir dağ silsilesinin doğusunda hapsolmuş soğuk havanın önüne geçtiğinde, uzun süre bulutluluk ve yağış meydana gelebilir.

Soğuk hava setlenmesi veya CAD , a, meteorolojik bir kapsar olgu , yüksek basınç sistemi ( antisiklon nedeniyle oluşumuna bir kuzey-güney yönlendirilmiş dağ equatorward doğusunda hızlandırıcı) bariyer jet bir arkasında soğuk cephe ve kutuplara kısmı ile ilişkili bölünmüş bir üst seviye oluğu. Başlangıçta, yüksek basınçlı bir sistem kuzey-güney dağ silsilesinin kutbuna doğru hareket eder. Bir kez kutuplara doğru ve sıranın doğusuna doğru aktığında, yükseklerin etrafındaki akış dağlara doğru yükselir ve soğuk havayı dağların doğusundaki bir alana akıtan bir bariyer jeti oluşturur. Dağ silsilesi ne kadar yüksekse, soğuk hava kütlesi doğusuna o kadar derinleşir ve akış düzeni içinde ne kadar büyük engel olursa, daha yumuşak havanın müdahalelerine karşı o kadar dirençli hale gelir.

Sistemin ekvatora doğru olan kısmı soğuk hava kamasına yaklaştıkça, stratus gibi sürekli düşük bulutluluk ve çiseleyen yağmur gibi yağışlar gelişir ve bunlar uzun süreler boyunca oyalanabilir; on gün kadar. Poleward yüksek nispeten zayıfsa, yağışın kendisi engelleyici bir imza oluşturabilir veya güçlendirebilir. Bu tür olaylar dağ geçitlerinde hızlanırsa , Tehuantepecer ve Santa Ana rüzgarları gibi tehlikeli şekilde hızlanan dağ-boşluk rüzgarları ortaya çıkabilir . Bu olaylar, Kuzey Yarımküre'de orta ve doğu Kuzey Amerika'da, İtalya'da Alpler'in güneyinde ve Asya'da Tayvan ve Kore yakınlarında yaygın olarak görülür. Güney Yarımküre'deki olaylar, And Dağları'nın doğusundaki Güney Amerika'da kaydedildi.

Konum

Bu TRMM hava durumu uydusu , 16 Aralık 2000'de 1315 UTC'de bir Tehuantepecer'in rüzgar etkisini gösteriyor.

Soğuk hava barajı tipik olarak orta enlemlerde meydana gelir, çünkü bu bölge önden müdahalelerin yaygın olduğu bir bölge olan Westerlies'de bulunur . Tüm Arktik salınım negatif ve basınçlar kutuplarda yüksek akış orta enlemlerde soğuk hava getiren ekvator karşı kutup yönünde esen, daha meridyen olup. And Dağları'nın doğusundaki güney yarım kürede soğuk hava barajı gözlenirken, güney 10. paralel kadar ekvator yönünde görülen soğuk akınlar da görülüyor . Kuzey yarımkürede, Büyük Ovalar'ın batı kısımları üzerindeki Rocky Dağları sistemi içindeki sıraların doğu tarafında ve Amerika Birleşik Devletleri'nin batı kıyısı boyunca çeşitli diğer dağ sıralarında ( Cascades gibi ) yaygın durumlar meydana gelir . Başlangıç, bölünmüş bir üst seviye teknesinin kutup yönündeki kısmından kaynaklanır, setleme daha ekvatora doğru olan kısmın gelişinden önce gelir.

Rockies'in doğusunda meydana gelen soğuk hava baraj olaylarından bazıları, Tehuantepec Kıstağı boyunca Meksika kıyı ovası boyunca Sierra Madre Oriental'in doğusuna doğru güneye doğru devam ediyor . Kıstağın içinde daha fazla soğuk hava hunisi meydana gelir, bu da fırtına rüzgarlarına ve Tehuantepecer olarak adlandırılan kasırga kuvvetine yol açabilir . Soğuk hava barajının diğer yaygın örnekleri, Appalachian Dağları ve Atlantik Okyanusu arasındaki doğu-orta Kuzey Amerika'nın kıyı ovasında gerçekleşir . Avrupa'da, Alplerin güneyindeki bölgeler soğuk hava barajına eğilimli olabilir. Asya'da, Tayvan ve Kore Yarımadası yakınlarında soğuk hava barajı belgelenmiştir .

Rocky Dağları, İzlanda, Yeni Zelanda ve Doğu Asya'nın doğu yamaçlarındaki soğuk dalgalar, daha geniş dağ sıraları , eğimli araziler ve doğudaki ılık su kütlesinin olmaması nedeniyle Appalachians'ın doğusundaki soğuk havadan farklıdır .

Gelişim

CAD'nin olağan gelişimi, kuzey-güney yönelimli bir dağ zincirinin doğusunda serin bir yüksek basınç alanının kamalanmasıdır. Bir sistem batıdan yaklaştıkça, yağışla ilişkili kalıcı bir bulut güvertesi oluşur ve bölge boyunca uzun süre oyalanır. Daha sıcak kıyılar ile arazinin doğusundaki iç kısımlar arasındaki sıcaklık farkları, kıyıya yakın yerlerde yağmur ve kar, karla karışık yağmur ve dondurucu yağmur gibi donmuş yağışlar, daha soğuk zamanlarda iç kısımlara düşerek 36 Fahrenheit'i (20 santigrat derece) aşabilir. yıl. Kuzey Yarımküre'de, bu tür olayların üçte ikisi Ekim ve Nisan ayları arasında gerçekleşir ve yaz etkinliklerinden önce arka kapı soğuk cephesinin geçişi gelir . Güney Yarımkürede, Haziran ve Kasım ayları arasında gerçekleştiği belgelenmiştir. Ana yüzey yüksek basınç sistemi nispeten zayıf olduğunda, merkezi basıncı 1.028,0 milibarın (30,36 inHg) altında olduğunda veya aşamalı bir özellik olarak kaldığında (sürekli olarak doğuya doğru hareket ettiğinde) meydana gelen soğuk hava engelleme olayları, bulutluluk ve yağışın kendisi tarafından önemli ölçüde arttırılabilir. . Bulutlar ve yağış , bölgedeki deniz seviyesi basıncını 1,5 ila 2,0 mb (0,04 ila 0,06 inHg) artıracak şekilde hareket eder . Yüzey yüksekliği denizden uzaklaştığında, yağışın kendisi CAD olayına neden olabilir.

Tespit etme

Algılama algoritması

Güneydoğu ABD'deki CAD algılama algoritmasında kullanıma uygun etiketli hava istasyonlarının haritası

${\displaystyle \nabla ^{2}x={\frac {{\frac {x_{3}-x_{2}}{d_{2-3}}}-{\frac {x_{2}-x_{ 1}}{d_{1-2}}}}{{\frac {1}{2}}(d_{2-3}+d_{1-2})}}}$

Bu algoritma, yüzey basınç sırtına, onunla ilişkili soğuk kubbeye ve izobarik modele önemli bir açıyla akan ageostrofik kuzeydoğu akışına dayalı olarak belirli CAD olaylarını tanımlamak için kullanılır. Bu değerler, yüzey hava durumu gözlemlerinden elde edilen saatlik veriler kullanılarak hesaplanır . Laplace deniz seviyesi basıncı ya da potansiyel sıcaklık dağ normal dik dağ zincir-yönünün tersinde bir basınç sırtı veya ilgili soğuk kubbe yoğunluğu kantitatif bir ölçümünü içerir. Algılama algoritması, soğuk hava barajından etkilenen alan - baraj bölgesi - içindeki ve çevresindeki yüzey gözlemlerinden oluşturulan üç dağ-normal hat için değerlendirilen Laplacians'a ( ) dayanmaktadır . "x", deniz seviyesi basıncını veya potansiyel sıcaklığı (θ) belirtir ve 1–3 alt simgeleri hat boyunca batıdan doğuya uzanan istasyonları gösterirken, "d" iki istasyon arasındaki mesafeyi temsil eder. Negatif Laplace değerleri tipik olarak merkez istasyondaki maksimum basınçla ilişkilendirilirken, pozitif Laplacian değerleri genellikle bölümün merkezindeki daha düşük sıcaklıklara karşılık gelir. ${\displaystyle \nabla ^{2}x}$

Etkileri

Soğuk hava engelleyici olaylar sırasında gökyüzüne soğuk mevsimde stratus bulutları hakimdir.

Soğuk hava barajı meydana geldiğinde, soğuk havanın etkilenen bölgede ekvatora doğru yükselmesine izin verir. Sakin, fırtınalı olmayan durumlarda, soğuk hava engellenmeden ilerleyecektir, ta ki yüksek basınç alanı, boyut eksikliği veya alandan ayrılması nedeniyle artık herhangi bir etki gösteremeyecek duruma gelene kadar. Soğuk hava barajının etkileri, bir fırtına sistemi yayılan soğuk hava ile etkileşime girdiğinde daha belirgin (ve daha karmaşık) hale gelir.

Washington'daki Cascades'in doğusundaki soğuk havanın etkileri, Doğu Washington'un çanak veya havza benzeri topografyası tarafından güçlendiriliyor . Britanya Kolumbiyası'ndan güneye Okanogan Nehri vadisi boyunca akan soğuk Arktik havası , güneyde Mavi Dağlar tarafından bloke edilen havzayı doldurur . Soğuk hava barajı, soğuk havanın doğu Cascade yamaçları boyunca, özellikle Snoqualmie Geçidi ve Stevens Geçidi gibi alt geçitlerde birikmesine neden olur . Cascades üzerinden doğuya doğru hareket eden daha hafif, Pasifik etkisindeki hava, Cascades'in doğusuna set oluşturan soğuk hava tarafından yerinde tutulan geçişlerdeki soğuk hava tarafından sıklıkla yukarı doğru zorlanır. Sonuç olarak, geçişler genellikle Snoqualmie ve Stevens geçişlerinde kayak yapmayı destekleyen Cascades'deki yüksek alanlardan daha fazla kar alır.

Büyük Havza üzerinde merkezlenmiş bir yüksek basınçlı alan , hava kütlesi güney Kaliforniya'nın geçitlerinden ve kanyonlarından akarken, kuru bir kuzeydoğu rüzgarı olarak tezahür ederken bir Santa Ana rüzgar olayına yol açar.

Tehuantepecers ve Santa Ana rüzgar olayları sırasında durum daha karmaşıktır, çünkü sırasıyla Sierra Madre Oriental ve Sierra Nevada'nın doğusundaki soğuk hava nedeniyle güneye doğru akan hava, arazideki boşluklardan geçerken hızlanır. Santa Ana, aşağı eğimli hava veya şiddetli rüzgarlar , Sierra Nevada'nın rüzgaraltı ve kıyı bölgelerinde kuruması ve ısınması nedeniyle daha da karmaşıktır ve tehlikeli bir orman yangını durumuna yol açar .

kama

"Kama" olarak bilinen etki, soğuk hava barajının en yaygın bilinen örneğidir. Bu senaryoda, daha ekvatora doğru olan fırtına sistemi, kendisiyle birlikte daha sıcak havayı yüzeyin üzerine getirecektir (1,500 metre (4,900 ft) civarında). Bu daha sıcak hava, poleward yüksek basınç sistemi tarafından yerinde tutulan yüzeydeki daha soğuk havanın üzerinden geçecektir. Sıcaklık inversiyonu olarak bilinen bu sıcaklık profili, çiseleme, yağmur, dondurucu yağmur , sulu kar veya karın gelişmesine yol açacaktır . Yüzeyde donma noktasının üzerinde olduğunda, çiseleme veya yağmur oluşabilir. Karla karışık yağmur veya Buz topakları, hem üstünde hem de altında donma altı hava ile donma noktasının üstünde bir hava tabakası bulunduğunda oluşur. Bu, ılık tabakadan düşen kar tanelerinin kısmen veya tamamen erimesine neden olur. Yüzeye daha yakın olan alt-dondurucu tabakaya geri düştüklerinde, yeniden donarak buz topaklarına dönüşürler. Bununla birlikte, sıcak tabakanın altındaki alt-donma tabakası çok küçükse, yağışın yeniden donmak için zamanı olmayacak ve yüzeyde donan yağmur oluşacaktır. Yükselen sıcak katmanın erime noktasının üzerinde önemli ölçüde ısınmadığı daha kalın veya daha güçlü bir soğuk katman, kara yol açacaktır.

engelleme

Engelleme , iyi kurulmuş bir kutup yönünde yüksek basınç sistemi, ilerleyen fırtına sisteminin yolunun yakınında veya içinde olduğunda meydana gelir. Soğuk hava kütlesi ne kadar kalınsa, istilacı daha hafif hava kütlesini o kadar etkili bir şekilde engelleyebilir. Soğuk hava kütlesinin derinliği normalde CAD'yi oluşturan dağ bariyerinden daha sığdır. Intermountain West'teki bazı etkinlikler on gün sürebilir. Kirleticiler ve duman, soğuk hava barajının sabit hava kütlesi içinde asılı kalabilir.

Erozyon

İskoçya'nın Lochcarron kentinde yükselen duman , bir sıcaklık inversiyonu ve onu örten daha sıcak hava tabakası tarafından durduruldu.

Bir CAD olayının aşınmasını tahmin etmek genellikle gelişiminden daha zordur. Sayısal modeller , olayın süresini hafife alma eğilimindedir. Kütle Richardson sayısı , Rı, dikey hesaplar rüzgar kesme yardım tahmini erozyona. Pay, CAD soğuk kubbesini ve yukarıdaki atmosferi ayıran ters çevirme katmanının gücüne karşılık gelir. Payda, inversiyon katmanı boyunca dikey rüzgar kaymasının karesini ifade eder. Richardson sayısının küçük değerleri, inversiyon tabakasını zayıflatabilen ve soğuk kubbenin bozulmasına yardımcı olan türbülanslı karıştırmaya neden olarak CAD olayının sona ermesine neden olur.

${\displaystyle Ri={\frac {g\Delta \theta _{v}/\theta _{v}}{[(\Delta U)^{2}+(\Delta V)^{2}]/\ Delta Z}}}$

Havada soğuk adveksiyon

En etkili erozyon mekanizmalarından biri, daha soğuk havanın - soğuk hava adveksiyonu olarak da bilinir - içeri alınmasıdır. İnversiyon katmanının üzerinde maksimuma ulaşan soğuk adveksiyon ile, yukarıya doğru soğutma, inversiyon katmanında zayıflayabilir, bu da karıştırmaya ve CAD'nin yok olmasına izin verir. Richardson numarası zayıflatma ters tabakası ile azaltılır. Soğuk tavsiye, inversiyonun altında güneş ısıtmasını destekleyen çökmeyi ve kurumayı destekler.

Güneş enerjisiyle ısıtma

Güneş enerjisiyle ısıtma, kalın bir bulutlu havanın yokluğunda yüzeyi ısıtarak bir CAD olayını aşındırma özelliğine sahiptir. Bununla birlikte, soğuk mevsimde sığ bir tabaka tabakası bile güneş enerjisiyle ısıtmayı etkisiz hale getirebilir. Sıcak mevsim için bulutlu havaların kırılması sırasında, yüzeydeki güneş ışınımının emilmesi soğuk kubbeyi ısıtır, bir kez daha Richardson sayısını düşürür ve karışmayı teşvik eder.

Yüzeye yakın sapma

Amerika Birleşik Devletleri'nde, yüksek basınçlı bir sistem doğuya doğru Atlantik'e doğru hareket ederken, kuzey rüzgarları güneydoğu kıyısı boyunca azalır. Güneydeki baraj bölgesinde kuzeydoğu rüzgarları devam ederse, net sapma ima edilir. Yüzeye yakın sapma, soğuk kubbenin derinliğini azaltır ve bulut örtüsünü azaltabilen havanın batmasına yardımcı olur. Bulut örtüsünün azaltılması, güneş enerjisiyle ısıtmanın soğuk kubbeyi yüzeyden yukarıya etkili bir şekilde ısıtmasına izin verir.

Kesme kaynaklı karıştırma

Bir CAD ters çevirme katmanının güçlü statik kararlılığı , genellikle dikey rüzgar kayması varlığında bile türbülanslı karışımı engeller. Bununla birlikte, inversiyonun zayıflamasına ek olarak kesme kuvvetlenirse, soğuk kubbe kesme kaynaklı karıştırmaya karşı savunmasız hale gelir. Güneş enerjisiyle ısıtmanın aksine, bu CAD olayı erozyonu yukarıdan aşağıya doğru gerçekleşir. Karıştırma, kuzeydoğu yönündeki akışın derinliği giderek daha sığ hale geldiğinde ve güçlü güney yönündeki akış, yüksek kesme ile sonuçlanan aşağı doğru bir ilerleme yaptığında meydana gelir.

önden ilerleme

Bir soğuk kubbenin erozyonu tipik olarak ilk önce tabakanın nispeten sığ olduğu saçakların yakınında meydana gelir. Karıştırma ilerledikçe ve soğuk kubbe aşındıkça, soğuk havanın sınırı - genellikle bir kıyı veya sıcak cephe olarak belirtilir - içeriye doğru hareket edecek ve soğuk kubbenin genişliğini azaltacaktır.

Güneydoğu Amerika Birleşik Devletleri olaylarının sınıflandırılması

Bu, CAD spektrumunu, diyabatik süreçlerin sinoptik ölçekli zorlamaya göreli katkısı ve yoğunluğu açısından gösterir. (a) orijinal şemadır ve (b) revize edilmiş şemadır.

Güneydoğu Amerika Birleşik Devletleri'ndeki belirli CAD olaylarını sınıflandırmak için nesnel bir şema geliştirilmiştir. Her şema, ana yüksek basınç sisteminin gücüne ve konumuna dayanmaktadır.

Klasik

Klasik CAD olayları, kuru sinoptik zorlama, kısmi diyabatik katkı ve Appalachian baraj bölgesinin kuzeyinde bulunan güçlü bir ana antisiklon (yüksek basınç sistemi) ile karakterize edilir . Güçlü bir yüksek basınç sistemi genellikle 1,030,0 mb (30,42 inHg) üzerinde merkezi bir basınca sahip olarak tanımlanır. Kuzeydoğu Amerika Birleşik Devletleri, klasik CAD olaylarında yüksek basınçlı sistem için en uygun yerdir.

Diyabatik olarak geliştirilmiş klasik olaylar için, CAD başlangıcından 24 saat önce, 250 mb'lik belirgin bir jet , doğu Kuzey Amerika boyunca güneybatıdan kuzeydoğuya uzanır. Jetin batısındaki 500 ve 250 mb seviyelerinde genel bir çukur alanı mevcuttur. Ana yüksek basınç sistemi, Rocky Dağları'nın doğusundaki CAD için koşulları ayarlayarak 250 mb'lik jet giriş bölgesinin altındaki Orta Batı'nın üst kısmında merkezlenmiştir .

Kuru başlangıçlı klasik olaylar için, 250 mb jet daha zayıftır ve diyabatik olarak geliştirilmiş klasik olaylara göre daha doğuda merkezlenmiştir. Jet ayrıca, diyabatik olarak geliştirilmiş klasik CAD olaylarına kıyasla güneybatıya kadar uzanmıyor. Yüksek basınç sisteminin merkezi daha doğudadır, bu nedenle sırt güneye doğru güney-orta doğu Amerika Birleşik Devletleri'ne uzanır. Her iki klasik olay türü de farklı başlasa da sonuçları çok benzer.

hibrit

Ana antisiklon daha zayıf olduğunda veya ideal olarak konumlandırılmadığında, CAD geliştirmek için diyabatik süreç katkıda bulunmaya başlamalıdır. Kuru sinoptik zorlama ve diyabatik süreçlerin eşit katkısının olduğu senaryolarda, bu bir hibrit baraj olayı olarak kabul edilir. 250 mb jet, CAD başlangıcından 24 saat önce klasik bir kompozite göre daha zayıf ve biraz daha güneyde. Yüzey ebeveyni daha batıda yüksekte, doğuya doğru kuzey Büyük Ovalar ve batı Büyük Göller bölgesine doğru inşa edilir ve 250 mb'lik jetin birleştiği bir akış bölgesinin altında bulunur.

yerinde

Yerinde olaylar, CAD olay türlerinin en zayıf ve çoğu zaman en kısa ömürlü olanlarıdır. Bu olaylar, ideal sinoptik koşulların yokluğunda, antisiklon pozisyonunun oldukça elverişsiz olduğu, açık denizde konumlandığında meydana gelir. Bazı yerinde durumlarda, bariyer basınç gradyanı büyük ölçüde kuzeydoğudaki antisiklondan ziyade güneybatıdaki bir siklondan kaynaklanmaktadır. Diyabatik süreçler, Appalachianlara yaklaşan bir hava kütlesinin stabilizasyonuna yol açar. İn-situ olaylar için diyabatik süreçler gereklidir. Bu olaylar genellikle zayıf, dar baraja yol açar.

Her bir CAD olayının geliştirilmesi için tipik coğrafi konumların temsili. Alanlar, CAD başlangıcı için ana antisiklonun bulunduğu yere göre ayrılır.

Tahmin

genel bakış

CAD olayları sırasındaki hava durumu tahminleri özellikle yanlışlıklara eğilimlidir. Yağış türü ve günlük yüksek sıcaklıkların tahmin edilmesi özellikle zordur. Sayısal hava modelleri, bir CAD olayının gelişimini tahmin etmede daha doğru olma eğilimindedir ve erozyonlarını tahmin etmede daha az doğru olma eğilimindedir. Manuel tahmin, daha doğru tahminler sağlayabilir. Deneyimli bir insan tahmincisi, sayısal modelleri kılavuz olarak kullanacaktır, ancak modelin yanlışlıklarını ve eksikliklerini hesaba katacaktır.

Örnek durum

Ekim 2002'deki Appalachian CAD olayı, bir CAD olayını tahmin etmek için kısa vadeli hava modellerinin bazı eksikliklerini göstermektedir. Bu olay, Virginia, Kuzey Karolina ve Güney Karolina eyaletlerinde yüzeyden 700 mb basınç seviyesine kadar kararlı, doymuş bir soğuk hava tabakası ile karakterize edildi. Bu soğuk hava kütlesi Appalachianlar tarafından engellendi ve doğuya doğru bir kıyı siklonu güçlense bile dağılmadı. Bu olay sırasında, kısa vadeli hava modelleri, bu soğuk kütlenin temizlenmesini öngördü ve daha sıcak koşullar ve bir tabaka bulutu tabakasının yokluğu gibi bölge için daha adil hava koşullarına yol açtı. Bununla birlikte, modelin konvektif parametreleştirme şeması tarafından desteklenen bulut katmanları yoluyla aşırı güneş radyasyonu iletimini ve sığ karıştırmayı hesaba katmadığı için model kötü performans gösterdi. Bu hatalar güncellenen modellerde düzeltilirken, yanlış bir tahminle sonuçlandı.

Referanslar