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La Fondazione Criosferica dei Blizzard Continentali
Le regioni congelate della Terra non sono inerte. La criosfera, in particolare i ghiacciai e i ghiacciai dell'Artico, funziona come driver primario della circolazione atmosferica dell'emisfero settentrionale. La presenza o l'assenza di ghiaccio governa direttamente il gradiente di temperatura tra il polo e l'equatore.
Il motore criosferico: termodinamica di un oceano congelato
La caratteristica distintiva del sistema climatico artico è l'equilibrio energetico superficiale. Durante la notte polare non viene ricevuta alcuna radiazione solare. La superficie si raffredda rapidamente emettendo radiazioni a onde lunghe. Quando il ghiaccio marino è presente, isola l'acqua calda dell'oceano dall'atmosfera fredda, permettendo alla superficie di diventare estremamente fredda.
Il ghiaccio coperto di neve riflette la maggior parte delle radiazioni in arrivo a onde corte nello spazio. Questo basso assorbimento di energia mantiene il serbatoio freddo. Quando il ghiaccio si scioglie, l'oceano scuro assorbe fino al 90% dell'energia solare. Questo calore viene immagazzinato nello strato misto oceanico e rilasciato all'atmosfera in autunno, ritardando la formazione di nuovo ghiaccio marino.
Un oceano aperto nell'autunno rilascia enormi quantità di calore e umidità nell'atmosfera, che indebolisce il gradiente di temperatura tra l'Artico e la metà della latitudine, influenzando direttamente i modelli meteorologici invernali. Il ciclo stagionale della lunghezza del ghiaccio marino mostra un calo costante nella misura minima estiva, portando ad una stagione più lunga e ad un serbatoio di calore più profondo nello strato di superficie oceanica entro l'autunno.
Traccia le ultime tendenze del ghiaccio marino al NSIDC Arctic Sea Ice News.
La profonda piscina fredda e la generazione di massa aerea
Il continuo raffreddamento della superficie sui ghiacciai e sul ghiaccio marino porta alla formazione di una Deep Cold Pool (DCP), un volume d'aria che è significativamente più freddo e denso dell'atmosfera circostante. La profondità e l'intensità di questa piscina fredda sono controllate dalla portata della copertura di ghiaccio. Un pacchetto di ghiaccio più grande e più spesso supporta una piscina più profonda e più fredda che si estende più in alto nella troposfera.
Questo denso sistema di pressione ad alta superficie, che si estende sull'Artico (l'alto Beaufort, l'alto siberiano) sono espressioni dirette di questo forcing termico. La forza del gradiente di pressione al bordo di questo alto determina la velocità del vento. Quando un sistema di bassa pressione si avvicina da sud o ovest, crea un gradiente di pressione ripida, tirando l'aria fredda fuori dal bacino artico e inviandolo verso sud.
La traiettoria di questo focolaio determina il carattere del blizzard in su. Un colpo diretto verso sud sopra le Prairies canadesi o le Steppes siberian crea un classico blizzard continentale. Una traiettoria che sposta l'aria fredda su un grande corpo di acqua aperta, come i Grandi Laghi, il Mare di Okhotsk, o la baia di Baffin, lo trasforma in una bufera di neve marinarena conca profonda.
Il flusso di Jet: Onde amplificate e Blocco
Il getto polare è il confine tra la piscina fredda e le calde latitudini medie. La sua forza e il suo percorso sono regolati dal bilancio termico del vento. Un gradiente di temperatura ripida (piscina fredda forte, sud caldo) produce un flusso forte, veloce e relativamente diretto del getto che blocca efficacemente l'aria fredda nell'Artico.
Un gradiente di temperatura indebolito, tuttavia, produce un flusso di getto più lento e più debole. Questo getto più lento è incline a meandri più grandi, noto come onde di rossby[[]]. Queste onde possono diventare così grandi che si rompono, formando bassi di taglio o bloccando alti.
Il Vortex polare Stratosferico (SSP)
Sopra la troposfera si trova la stratosfera e il vortice polare stratosferico. Si tratta di una massiccia circolazione ciclonica che si forma sull'Artico durante l'inverno. Si tratta di un serbatoio di aria estremamente fredda. Un vortice SSP forte e stabile è incentrato sul polo e mantiene l'aria fredda contenuta. Tuttavia, quando potenti onde Rossby dalla troposfera si propagano verso l'alto, possono disturbare il vortice.
Un vortice diviso è un evento importante. Un lobo del vortice spesso sprofonderà verso sud, portando la piscina fredda stratosferica giù nella troposfera sopra la Siberia o il Nord America. Qualche settimana dopo un grande improvviso riscaldamento stratosferico (SSW) evento e disagi del vortice, la probabilità di un grave focolaio dell'aria fredda e i blizzard associati in Canada e la Siberia aumenta drammaticamente la neve del viale.
Leggi l'analisi di Carbon Brief dell'amplificazione Artica e del collegamento meteo invernale[.
Canada settentrionale: L'arcipelago e il Clipper
La geografia del Canada settentrionale è una serie di condotti per l'aria fredda. L'arcipelago artico canadese canalizza la piscina fredda verso sud attraverso corridoi specifici. La valle del fiume Mackenzie[[] è il principale condotto per l'aria fredda che scorre dal Mare di Beaufort sulle praterie. La topografia costringe l'aria fredda densa a dre verso sud, spesso sotto il moister.
Il Clipper Alberta
Quando l'aria fredda scende lungo la valle di Mackenzie, incontra l'aria relativamente calda e silenziosa sulle pendici delle Montagne Rocciose. Questo crea una potente zona baroclinica, una regione di forte contrasto di temperatura. Un piccolo disturbo che viaggia lungo questo confine può intensificare rapidamente, formando un ]Alberta Clipper]. Queste tempeste sono caratterizzate da forti venti, una breve caduta di neve.
Mentre storicamente Alberta Clippers erano tempeste relativamente asciutte, il clima di riscaldamento sta cambiando il loro carattere. Poiché l'aria diventa leggermente più calda, può contenere più umidità (relazione Clausius-Clapeyron). Ciò significa che i Clippers stanno sempre più fornendo forti tassi di nevicata, non solo vento e freddo. Il "Saskatchewan Screamer" è una variante regionale che porta condizioni di blizzard alle province centrali.
Baia di Hudson e baia di Baffin
La baia di Hudson agisce come un serbatoio d'aria fredda in inverno. L'aria sopra la baia congelata è incredibilmente freddo e stabile. Quando un sistema di bassa pressione attraversa i Grandi Laghi del nord, attira questa fredda aria verso sud, creando un classico "backlash" blizzard per l'Ontario e Quebec. Il contrasto tra l'aria fredda dalla baia e l'aria relativamente più calda sui laghi può produrre intensi squall di neve e tuono.
La baia di Baffin e il mare di Labrador sono dove l'aria fredda dell'arcipelago incontra le acque relativamente calde del Nord Atlantico. Questa è una regione principale per ciclogenesi esplosiva] (bombatte in più) Queste tempeste sono incredibilmente potenti, portando venti di uragano-forza, accecando neve e l'espansione del ghiaccio marino.
Siberia: L'Altissimo Siberiano e il Purgi
La Siberia è il luogo del freddo continentale più intenso del pianeta. L'alto siberico [ è un anticiclone semipermanente che domina la regione per gran parte dell'inverno. La sua formazione è direttamente legata al raffreddamento della massa terrestre e al congelamento dei vasti, bassi mari di scaffale del Kara, Laptev e del Mare siberico orientale.
Il tempo di bloccaggio
Il tempo del congelamento autunnale di questi mari di scaffale è una variabile critica. Un congelamento ritardato (a causa di condizioni artiche calde) significa che l'oceano continua a rilasciare calore e umidità nell'atmosfera bene in novembre e dicembre. Questa umidità alimenta la ciclogenesi sull'Oceano Artico. Il calore extra ritarda il rafforzamento dell'Alto Siberiano.
Tuttavia, una volta che i mari si congelano e gli alti intensificano, la piscina fredda può essere più profonda e più intensa di uno scenario puramente continentale. I focolai di aria fredda risultante possono essere estremi, con temperature che scendono sotto -50 °C (-58°F) nei bacini di Yakutia. I villaggi di Oymyakon e Verkhoyansk sono regolarmente i luoghi di registrazione più bassi.
I Purgi e i Blizzard terrestri
Il blizzard siberiano è conosciuto come il Purgi. Una caratteristica unica della tempesta invernale siberiana è la prevalenza del "blizzard di terra" o "bianco". Il pacchetto di neve in Siberia è eccezionalmente asciutto e sciolto. Quando l'alto siberiano intensifica e il gradiente di pressione i ripidi, i venti attraverso la tundra possono accelerare milioni di tonnellate di neve.
Questa neve che si allontana riduce la visibilità a zero per giorni alla volta. I fattori del vento chill cadono sotto -70°C. Questo è un pericolo primario per l'infrastruttura della Northern Sea Route, i campi del gas della penisola di Yamal, e le città di Norilsk e Magadan. Non è raro per gli edifici essere completamente sepolti da derive, e i divieti di viaggio sono standard durante questi eventi.
La Fisica di un Blizzard: Neve, Vento e fetch
Un blizzard è definito dalla combinazione di venti forti (oltre 35 mph) e neve che cade o soffia che riduce la visibilità a meno di 400 metri per almeno tre ore. La dinamica fisica specifica, tuttavia, varia in modo significativo tra i regimi marittimi e continentali del Canada e della Siberia.
Regimi a secco vs. bagnato
L'equazione Clausius-Clapeyron detta che l'aria più fredda contiene in modo esponenziale meno vapore acqueo. Nel cuore dell'inverno sopra la Siberia o l'Alta Arttica Canadese, l'aria è così fredda che può sostenere solo uno strato superficiale di nube. La nevicata è composta da piccoli cristalli angolari che si impacchettano allentatamente. Questa neve leggera è facilmente erosa dal vento, creando le condizioni di derivazione tipiche di un bruffamento.
Al contrario, i blizzards nel sub-artico (coastal Norway, Bering Sea, Southern Canada) spesso comportano un clima più caldo e bagnato. Queste tempeste producono neve pesante e "arredata" che aderisce alle linee elettriche e agli alberi, causando danni e interruzioni di corrente molto diffuse.
Fetch e la condizione Whiteout
Il "fetch" è la distanza che il vento viaggia su una superficie uniforme. Sopra l'oceano aperto, il fetch determina l'altezza dell'onda. Sopra la tundra o un lago ghiacciato, il fetch determina la concentrazione di neve soffiante. Un lungo fetch sulla tundra senza caratteristiche permette al vento di caricare l'atmosfera con un'alta densità di particelle di neve.
In un whiteout la luce è uniformemente diffusa dalle particelle di neve, eliminando ombre e l'orizzonte. La percezione della profondità è persa completamente. Questa è una causa primaria di morte durante le tempeste invernali, come le persone diventano disorientate e perse anche in ambienti familiari.
Thundersnow
I blizzard intensi, in particolare quelli che si formano sui Grandi Laghi, sul Mare del Giappone, o sulla Baia di Baffin, possono produrre fulmini e tuoni. Thundersnow] si verifica quando la massa d'aria è altamente instabile. L'aria fredda che si muove su un'acqua relativamente calda crea uno strato di convettivo profondo.
Predivisione del Futuro dei Blizzard Artici
I modelli climatici sono il nostro strumento principale per capire come i modelli blizzard si trasformeranno con il continuo riscaldamento artico. L'attuale generazione di modelli, parte del Modello Coppiato Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6), mostrano una robusta tendenza di riscaldamento, ma la risposta delle tempeste invernali è complessa e incerta.
L'ipotesi e l'incertezza del modello WACC
L'ipotesi Warm Arctic-Cold Continents (WACC)] suggerisce che l'amplificazione artica in corso porterà a focolai d'aria freddi più frequenti e tempeste d'inverno gravi nelle latitudini medie.
Tuttavia, la teoria non è universalmente accettata. Alcuni modelli suggeriscono che un Artico altamente amplificato alla fine porterà ad un riscaldamento generale dell'inverno, con meno eventi freddi estremi. Il problema "segnale-to-rumore" affligge questa ricerca. La naturale variabilità dell'atmosfera (il rumore) è molto grande, rendendo difficile rilevare la tendenza a lungo termine (il segnale) in frequenza tempestiva invernale.
Il problema della risoluzione
Una sfida è la risoluzione del ghiaccio marino nei modelli climatici globali. I modelli che rappresentano il pacchetto di ghiaccio come un unico strato uniforme mancano i complessi feedback tra i cavi (cracks in the ice), il ghiaccio multi-anno e l'atmosfera. I modelli ad alta risoluzione che risolvono esplicitamente le dinamiche del ghiaccio marino e lo strato misto oceanico sono essenziali per migliorare le previsioni dei bassi polari e dei blizzard continentali.
Previsioni stagionali
Le compagnie energetiche del Mare del Nord, del Canada e della Siberia si affidano alle previsioni stagionali per pianificare le operazioni invernali. L'industria assicurativa li utilizza per valutare il rischio. I centri di previsione come il Centro europeo per le previsioni meteorologiche medio-raniche (ECMWF) investono pesantemente in rappresentanza dello stato iniziale del ghiaccio marino. Una migliore rappresentazione dello spessore del ghiaccio marino e della misura in autunno porta ad una migliore previsione delle piste tempestive invernali e la forza dell'alto siberiano.
Learn come l'ECMWF integra i dati del ghiaccio marino nelle sue previsioni[.
Impatto sociale: Resilienza e rischio
Le comunità del Canada settentrionale e della Siberia hanno vissuto con blizzards per millenni. La conoscenza tradizionale dei modelli meteorologici e delle tecniche di sopravvivenza è profonda. Tuttavia, la crescente variabilità e intensità delle tempeste invernali moderne pongono nuovi rischi per le infrastrutture moderne.
In Norilsk, in Siberia, gli edifici sono costruiti su permafrost e sollevati su pile. Un inverno con carichi di neve pesanti può destabilizzare il permafrost se la neve isola il terreno, causando esso a scongelare. Blizzards spegnere le operazioni minerarie, impatto sui mercati globali delle merci.
Il motore artico e la sua Raggiunge meridionale
Il rapporto tra le calotte polari artiche e i modelli di blizzard nel Canada settentrionale e in Siberia è una connessione diretta e fisica. Il ghiaccio non è una vittima passiva del cambiamento climatico; è un architetto attivo del tempo che definisce l'inverno settentrionale. La perdita del ghiaccio marino, l'indebolimento del flusso polare, e la rottura del vortice polare stratosferico riscrive le regole della genesi invernale della tempesta.
Mentre il futuro contiene un'incertezza significativa, una cosa è chiara: la variabilità del tempo invernale è in aumento. I blizzard del XXI secolo saranno diversi da quelli del 20 ° secolo. Possono essere meno frequenti in alcuni mesi, ma saranno più intensi quando si verificano fondazioni. Le focolai di aria fredda saranno guidate da un motore Artico più caldo, un paradosso che definisce questa era di cambiamento di stabilità del clima.