Часть серии по |
Погода |
---|
Умеренный и полярный сезон |
Тропические сезоны |
Бури |
Атмосферные осадки |
Темы |
Глоссарии |
Портал погоды |
|
Нисходящий порыв является сильной на уровень земли ветров системы, которая исходит от точечного источника и выше ударов в радиальном направлении, то есть, по прямой линии во всех направлениях от точки контакта на уровне земли. Часто вызывая разрушительные ветры, его можно спутать с торнадо, когда высокоскоростной ветер окружает центральную область, а воздух движется внутрь и вверх; Напротив, при нисходящем порыве ветер направлен вниз, а затем наружу от точки приземления на поверхности.
Нисходящие потоки образуются из-за сильно охлажденного дождем воздуха, который, достигнув уровня земли, распространяется во всех направлениях, вызывая сильный ветер. Сухие нисходящие потоки связаны с грозами с очень небольшим количеством дождя, в то время как влажные нисходящие потоки создаются грозами с большим количеством осадков. Микропорывы и макровсплески - это нисходящие всплески в очень малых и больших масштабах соответственно. Другая разновидность, тепловая волна, создается вертикальными потоками на обратной стороне старых границ оттока и линиями шквала, где нет осадков. Тепловые выбросы вызывают значительно более высокие температуры из-за отсутствия охлаждаемого дождем воздуха при их образовании. Нисходящие порывы создают вертикальный сдвиг ветра или микропорывы, которые опасны для авиации, особенно во время посадки, из-за сдвига ветра, вызванного фронтом порыва. За последние несколько десятилетий этому явлению было приписано несколько исторических аварий со смертельным исходом, и при обучении летного экипажа уделяется большое внимание тому, как правильно распознавать микропорывы / сдвиги ветра и восстанавливаться после них. Обычно они длятся от секунд до минут.
В своем цикле они проходят три стадии: стадии нисходящего порыва, всплеска и амортизации.
Нисходящий порыв создается столбом тонущего воздуха, который после удара об уровне земли распространяется во всех направлениях и способен вызывать разрушительный прямой ветер со скоростью более 240 км / ч (150 миль в час), часто вызывая повреждения, похожие на, но различимые из-за торнадо. Это потому, что физические свойства нисходящего потока полностью отличаются от свойств торнадо. Урон от нисходящего взрыва будет исходить из центральной точки, когда нисходящая колонна распространяется при ударе о поверхность, тогда как повреждение торнадо имеет тенденцию к сходящемуся повреждению, соответствующему вращающемуся ветру. Чтобы различать повреждение от торнадо и повреждение от нисходящего потока, термин « прямолинейный ветер» применяется к ущербу от микропорывов.
Нисходящие потоки - это особенно сильные нисходящие потоки от грозы. Нисходящие потоки в воздухе, в котором отсутствуют осадки или содержат виргу, известны как сухие нисходящие выбросы ; те, которые сопровождаются осадками, известны как мокрые нисходящие потоки. Большинство нисходящих выбросов имеют протяженность менее 4 км (2,5 мили): они называются микропрысками. Нисходящие выбросы протяженностью более 4 км (2,5 мили) иногда называют макровсплесками. Скачки могут происходить на больших площадях. В крайнем случае, дерехо может покрыть огромную территорию более 320 км (200 миль) в ширину и более 1600 км (1000 миль) в длину, продолжаясь до 12 часов или более, и связано с некоторыми из самых интенсивных прямых участков. линейные ветры, но генеративный процесс несколько отличается от большинства нисходящих.
Термин микропорыв был определен экспертом по мезомасштабной метеорологии Тедом Фуджитой как воздействующий на площадь 4 км (2,5 мили) в диаметре или меньше, выделив их как тип нисходящей вспышки и помимо обычного сдвига ветра, который может охватывать большие площади. Фудзита также ввел термин «макровсплеск» для нисходящих выбросов более 4 км (2,5 мили).
Можно различать влажный микровзрыв, состоящий из осадков, и сухой микровзрыв, который обычно состоит из вирги. Как правило, они образованы потоком воздуха, охлаждаемого атмосферными осадками, устремляющегося к поверхности, но, возможно, они также могут приводиться в движение сильным ветром, отклоняемым к поверхности динамическими процессами во время грозы (см. Нисходящий поток с заднего бока ).
Когда дождь падает ниже основания облака или смешивается с сухим воздухом, он начинает испаряться, и этот процесс испарения охлаждает воздух. Холодный воздух опускается и ускоряется по мере приближения к земле. Когда прохладный воздух приближается к земле, он распространяется во все стороны. Сильные ветры, распространяющиеся по этой схеме с небольшой кривизной или без нее, известны как прямые ветры.
Сухие микропорывы, производимые сильными грозами, которые практически не производят поверхностных осадков, возникают в средах, характеризующихся термодинамическим профилем, показывающим перевернутую букву V в температурном профиле и профиле влажности, как показано на термодинамической диаграмме Skew-T log-P. Вакимото (1985) разработал концептуальную модель (над высокогорными равнинами Соединенных Штатов) сухой среды с микровзрывами, которая включала три важные переменные: влажность среднего уровня, нижнюю часть облаков в средней атмосфере и низкую относительную влажность поверхности. В этих условиях влага из воздуха испаряется по мере ее падения, охлаждая воздух и заставляя его падать быстрее, потому что он более плотный.
Влажные микропорывы - это прорывы вниз, сопровождаемые значительными осадками на поверхности. Эти нисходящие выбросы больше зависят от сопротивления осадков для ускорения вниз посылок, а также от отрицательной плавучести, которая имеет тенденцию вызывать «сухие» микропорывы. В результате, для образования этих нисходящих выбросов необходимы более высокие соотношения смешивания (отсюда и название «влажные» микровырывы). Таяние льда, особенно града, по-видимому, играет важную роль в формировании нисходящих потоков (Wakimoto and Bringi, 1988), особенно на нижних 1 км (0,62 мили) над уровнем земли (Proctor, 1989). Эти факторы, среди прочего, затрудняют прогнозирование влажных микропорывов.
Характерная черта | Сухой микровзрыв | Влажный микровзрыв |
---|---|---|
Наиболее вероятное местонахождение в США | Средний Запад / Запад | Юго-восток |
Атмосферные осадки | Мало или совсем | Умеренный или тяжелый |
Облачные базы | До 500 мб (гПа) | До 850 мб (гПа) |
Особенности ниже облачной базы | Вирга | Осадочная шахта |
Первичный катализатор | Охлаждение испарением | Загрузка осадков и испарительное охлаждение |
Окружающая среда ниже облачной базы | Глубокий сухой слой / низкая относительная влажность / сухой адиабатический градиент | Мелкий сухой слой / высокая относительная влажность / влажный адиабатический градиент |
Прямолинейные ветры (также известные как ветры плугов, грозы и ураганы прерий) - это очень сильные ветры, которые могут причинять ущерб, демонстрируя отсутствие паттерна вращения, связанного с торнадо. Прямолинейные ветры обычны при порывах грозы или возникают из-за сильных порывов грозы. Эти события могут нанести значительный ущерб даже при отсутствии торнадо. Скорость ветра может достигать 210 км / ч (130 миль / ч), а скорость ветра 93 км / ч (58 миль / ч) и более может длиться более двадцати минут. В Соединенных Штатах такие явления прямолинейного ветра наиболее распространены весной, когда нестабильность наиболее высока и погодные фронты обычно пересекают страну. Прямолинейные ветры в форме дерехо могут иметь место на всей восточной половине США.
Прямолинейный ветер может нанести ущерб морским интересам. Малые корабли, катера и парусники подвержены риску этого метеорологического явления.
Образование нисходящей волны начинается с града или крупных капель дождя, падающих через более сухой воздух. Град тает, а капли дождя испаряются, забирая скрытое тепло из окружающего воздуха и значительно охлаждая его. Более холодный воздух имеет более высокую плотность, чем более теплый воздух вокруг него, поэтому он опускается на землю. Когда холодный воздух ударяется о землю, он распространяется, и мезомасштабный фронт можно наблюдать как фронт порыва. Области под прорывом и непосредственно примыкающие к нему - это области, которые получают самые сильные ветры и осадки, если таковые имеются. Кроме того, из-за того, что охлажденный дождем воздух спускается из средней тропосферы, наблюдается значительное падение температуры. Из-за взаимодействия с землей нисходящий поток быстро теряет силу, поскольку он разветвляется и образует характерную «форму завитка», которая обычно наблюдается на периферии микровзрыва (см. Изображение). Нисходящие порывы обычно длятся всего несколько минут, а затем рассеиваются, за исключением случаев появления линий шквала и дерехо. Однако, несмотря на их короткий срок службы, микровзрывы представляют серьезную опасность для авиации и имущества и могут привести к значительному повреждению местности.
Особый и гораздо более редкий вид нисходящего выброса - это тепловой выброс, который возникает в результате компрессионного нагрева испаренного атмосферными осадками воздуха, когда он спускается с очень большой высоты, обычно на обратной стороне умирающей линии шквала или границы оттока. Тепловые всплески происходят в основном ночью, могут вызывать ветер со скоростью более 160 км / ч (100 миль в час), характеризуются исключительно сухим воздухом, могут внезапно повышать температуру поверхности до 38 ° C (100 ° F) или более, а иногда сохраняются в течение несколько часов.
Эволюция микропорывов разбивается на три стадии: стадию контакта, стадию вспышки и стадию подушки.
Сначала возникает нисходящий поток, когда нисходящий поток начинает спуск от нижней границы облака. Нисходящий поток ускоряется и в течение нескольких минут достигает земли (стадия контакта).
Во время стадии выброса ветер "закручивается", поскольку холодный воздух нисходящего потока удаляется от точки удара о землю.
На этапе амортизации ветер вокруг завитка продолжает ускоряться, а ветер у поверхности замедляется из-за трения.
Начнем с использования уравнения вертикального импульса :
Разложив переменные на основное состояние и возмущение, определив основные состояния и используя закон идеального газа (), уравнение можно записать в виде
где B - плавучесть. Поправка на виртуальную температуру обычно довольно мала и с хорошим приближением; его можно игнорировать при вычислении плавучести. Наконец, влияние атмосферных осадков на вертикальное движение параметризуется путем включения члена, который уменьшает плавучесть при увеличении отношения смешивания жидкой воды (), что приводит к окончательной форме уравнения количества движения посылки:
Первый член - это влияние градиентов возмущающего давления на вертикальное движение. Во время некоторых штормов этот термин имеет большое влияние на восходящие потоки (Rotunno and Klemp, 1982), но нет особых оснований полагать, что он имеет большое влияние на нисходящие потоки (по крайней мере, в первом приближении) и поэтому будет проигнорирован.
Второй член - это влияние плавучести на вертикальное движение. Очевидно, что в случае микровзрывов можно ожидать, что B будет отрицательным, что означает, что посылка холоднее окружающей среды. Это охлаждение обычно происходит в результате фазовых переходов ( испарение, плавление и сублимация ). Частицы осадков, которые малы, но находятся в большом количестве, способствуют максимальному охлаждению и, следовательно, созданию отрицательной плавучести. Основной вклад в этот процесс вносит испарение.
Последний член - это эффект водной нагрузки. В то время как испарению способствует большое количество мелких капель, требуется всего несколько больших капель, чтобы внести существенный вклад в ускорение вниз частиц воздуха. Этот термин связан со штормами с большим количеством осадков. Сравнение эффектов водной нагрузки на те, которые связаны с плавучестью, если пакет имеет жидкую воду соотношения смеси 1,0 г кг -1, это примерно эквивалентно примерно 0,3 К отрицательной плавучести; последнее - большое (но не экстремальное) значение. Следовательно, в целом отрицательная плавучесть обычно является основным фактором нисходящего течения.
Использование чистой "теории участков" приводит к предсказанию максимального нисходящего потока
где NAPE - отрицательная доступная потенциальная энергия,
и где LFS обозначает уровень свободного погружения для нисходящего участка, а SFC обозначает поверхность. Это означает, что максимальное движение вниз связано с интегрированной отрицательной плавучестью. Даже относительно небольшая отрицательная плавучесть может привести к значительному нисходящему потоку, если он поддерживается на относительно большой глубине. Нисходящая скорость 25 м / с (56 миль / ч; 90 км / ч) результаты относительно скромных значений затылка 312,5 м 2 с -2. В первом приближении максимальный порыв ветра примерно равен максимальной скорости нисходящего потока.
Нисходящие порывы, особенно микропорывы, чрезвычайно опасны для взлетающих или приземляющихся воздушных судов из-за сильного вертикального сдвига ветра, вызванного этими событиями. Ряд аварий со смертельным исходом был связан с падениями.
Ниже приведены некоторые авиакатастрофы и / или авиационные происшествия со смертельным исходом, которые были связаны с микровзрывами вблизи аэропортов:
Микровзрывы часто вызывают крушение самолетов, когда они пытаются приземлиться (упомянутые выше рейсы BOAC и Pan Am являются заметными исключениями). Микровзрыв - это чрезвычайно мощный порыв воздуха, который, ударяясь о землю, распространяется во всех направлениях. Когда самолет садится на посадку, пилоты пытаются замедлить самолет до соответствующей скорости. Когда происходит микровзрыв, пилоты увидят большой всплеск своей воздушной скорости, вызванный силой встречного ветра, создаваемого микропорой. Пилот, не имеющий опыта работы с микровзрывами, попытался снизить скорость. Затем самолет пролетел бы через микровзрыв и полетел бы против попутного ветра, вызывая внезапное уменьшение количества воздуха, проходящего через крылья. Уменьшение воздушного потока над крыльями самолета вызывает падение подъемной силы. Это уменьшение подъемной силы в сочетании с сильным нисходящим потоком воздуха может привести к тому, что тяга, необходимая для удержания на высоте, превысит доступную, что приведет к срыву самолета. Если самолет находится на малой высоте вскоре после взлета или во время посадки, у него не будет достаточной высоты для восстановления.
Самый сильный микровзрыв, зарегистрированный до сих пор, произошел в Эндрюс-Филд, штат Мэриленд, 1 августа 1983 года, при скорости ветра 240,5 км / ч (149,5 миль / ч).