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Comprendere la Fisica delle Blizzards Mountain
Per soddisfare la definizione ufficiale, venti sostenuti o frequenti buche devono raggiungere almeno 35 miglia all'ora (circa 30 nodi), la visibilità deve essere ridotta a meno di un quarto di miglio (0,4 km) a causa della caduta o del soffiaggio della neve, e queste condizioni devono persistere per un minimo di tre ore [FLT: 1)
I requisiti termodinamici per la formazione di Blizzard
Prima di comprendere le influenze montane uniche, è essenziale stabilire le condizioni termodinamiche fondamentali che devono essere presenti per qualsiasi blizzard a formarsi.Questi prerequisiti sono radicati nel comportamento delle masse d'aria, gradienti di temperatura e disponibilità di umidità.
Massicce di aria fredda e bruschevoli rimbalzi frontali
La formazione di un blizzard richiede tipicamente un potente sistema a bassa pressione per disegnare aria polare fredda o continentale a sud in conflitto diretto con aria più calda e lacuna. Questo limite, noto come fronte, è dove l'energia potenziale atmosferica è convertita in energia cinetica, alimentando i venti intensi. La forza del vento è direttamente proporzionale alla forza di deformazione della pressione, che è stessa
Disponibilità dell'umidità e l'equazione di Clausius-Clapeyron
La fisica delle variazioni di fase detta la quantità di umidità disponibile per la caduta della neve. L'equazione di Clausius-Clapeyron descrive il rapporto esponenziale tra la temperatura e la pressione del vapore di saturazione dell'aria. Mentre l'aria più calda può contenere in modo esponenziale più vapori dell'acqua, il paradosso di un blizzard è che si verifica in aria molto fredda.
Amplificatore orografico: Come l'Ingegnere delle Montagne Blizzards
La topografia di montagna non è un partecipante passivo in un blizzard; forma attivamente e intensifica la tempesta. Il meccanismo primario è il sollevamento orgrafico, ma gli effetti si estendono a canalizzazione dei venti e creando fenomeni unici di lato lee.
Il motore orografico e il raffreddamento adiabatico
Quando un flusso d'aria umido incontra una barriera di montagna, è costretto a salire. Questa salita provoca il pacchetto dell'aria per espandersi e raffreddare adiabaticamente. Il tasso di raffreddamento è inizialmente il tasso di lapse adiabatico secco (circa 9.8 °C per chilometro). Una volta che l'aria raggiunge il suo punto di rugiada e la condensazione inizia, il calore latente viene rilasciato, rallentando il tasso di raffreddamento al tasso di perdita adiabatico umido (circa 7 km).
L'efficienza di questo "motore orografico" significa che le piste a vento possono vedere persistenti, forti nevicate per giorni alla volta.A differenza di una tempesta standard che si muove attraverso una zona, una montagna può ancorare un sistema di tempesta, forzando un continuo sollevamento sul suo fianco del vento. Questo processo può far oscillare enormi quantità di umidità dall'atmosfera, portando a tassi di nevicata che superano regolarmente 2 a 4 pollici all'ora.
Lee-Side Dynamics: Downslope Windstorms e Ground Blizzards
Le condizioni di Blizzard non sono confinate alle pendici del vento. Sul lato sinistro delle grandi catene montuose, potenti ventoni a discesa possono creare dei forti blizzard del terreno. Come l'aria scorre sulla cresta di una catena montuosa e scende la pendenza di coda, è compressa e riscalda adiabaticamente. Questo crea un'ombra forte e ha un effetto di essiccazione. Tuttavia, la fisica delle dinamiche di salto dei fluidi possono
Questi venti, noti come venti Chinook nelle Montagne Rocciose o Foehn nelle Alpi, possono fluire fino a oltre 100 miglia all'ora. Mentre sono cieli caldi e spesso chiari, possono raccogliere neve esistente che si trova sulle piste lee. Questo fenomeno è chiamato "calzard del terreno". Il trasporto della neve per vento oscura completamente la visibilità, crea enormi derive e produce condizioni che soddisfano la definizione ufficiale di blizzard
La Fisica di Soffiare la Neve e la Riduzione della Visibilità
La caratteristica di definizione di un blizzard è la drastica riduzione della visibilità causata dalle particelle di neve sospese nell'aria.
Saltazione, sospensione e la velocità di frizione della soglia
Il trasporto della neve dal vento si verifica in tre modalità sovrapposte. Il processo inizia quando il vento esercita uno stress di taglio sul pacco di neve. Quando la velocità di attrito (una misura di questa sollecitazione) supera una soglia critica, le particelle di neve iniziano a muoversi. La modalità più diretta è Saltation], dove le particelle rimbalzano lungo la superficie in un movimento balistico di neve, che disfera sta disando le particelle principali particelle.
Le particelle più piccole e più leggere (e i frammenti di cristalli rotti) sono sollevate più in alto nel flusso turbolento e sono completamente sospese. Questo carico sospeso è ciò che crea le condizioni di sbiancamento estremo. La concentrazione di neve sospesa diminuisce con l'altezza, ma la parte superiore dello strato di neve soffiante può estendere centinaia di piedi all'aria. La velocità di attrito di soglia necessaria per iniziare a soffiare la neve dipende dalle proprietà del snowpack.
Estinzione luminosa e visibilità nelle condizioni di Whiteout
La riduzione della visibilità in un blizzard è un risultato diretto della luce diffusa dalle particelle di ghiaccio sospese. Questo processo è descritto dal coefficiente di estinzione [, che è proporzionale alla superficie totale trasversale delle particelle in un dato volume d'aria. Le piccole forme irregolari di cristalli di ghiaccio e i fiocchi di neve frammentati sono altamente efficaci nella diffusione della luce visibile.
La visibilità meteorologica è definita come la distanza più grande a cui si può vedere e identificare un oggetto nero di dimensioni adeguate contro il cielo dell'orizzonte. In un grave blizzard, la concentrazione di neve sospesa è così alta che il coefficiente di estinzione diventa molto grande, limitando la visibilità a pochi metri o anche meno. Questa condizione è particolarmente pericolosa in terreno montano, perché disorienta i viaggiatori e completamente oscura i pericoli come scogliere, crevasse, banche.
Neve di cristallo Microfisica e Blizzard Intensità
La natura esatta della neve che cade durante un blizzard è dettata dai processi microfisici che si verificano all'interno del cloud genitore. Le dimensioni, la forma, la densità e la concentrazione di cristalli di neve hanno un impatto profondo sia sul tasso di accumulo che sulla propensione per soffiare la neve.
Nucleazione, il processo di Bergeron e l'abitudine di cristallo
Le nuvole di montagna spesso contengono acqua liquida supercoolizzata[], che è acqua che rimane liquida a temperature ben sotto lo zero. In queste nuvole, i cristalli di ghiaccio si formano in presenza di nuclei di ghiaccio (come particelle di ghiaccio o di argilla). Il processo Bergeron-Findeisen descrive come, a causa della differenza della pressione di vapore di saturazione su ghiaccio contro acqua fredda, i cristalli di ghiaccio crescono rapidamente a spese di ghiaccio.
La forma specifica, o l'abitudine, del cristallo di neve è determinata dalla temperatura e dalla supersaturazione dello strato nuvoloso dove cresce. A temperature intorno a -15 °C e supersaturazione elevata, il cristallo forma le classiche dendrite stellari a sei bracci. A -5 °C, aghi e colonne sono più comuni. Queste diverse abitudini hanno proprietà fisiche molto diverse.
Aggregazione e densità di neve
Poiché i cristalli di ghiaccio cadono e collidono, possono incollare insieme attraverso un processo chiamato aggregazione. Questo è altamente dipendente dalla temperatura; l'aggregazione è più efficiente a temperature vicino al congelamento (0 °C), dove i fiocchi di neve sono "più appiccicosi". In una blizzard di montagna, se le temperature del vento sono relativamente calde, grandi, fluidi aggregati forma.
Manifestazioni regionali: Case Studies in Mountain Blizzards
La fisica generale dei blizzard si manifesta in modo diverso a seconda della geografia specifica e del clima di una catena montuosa.
La Sierra Nevada: Il comportamento orografico
La gamma Sierra Nevada in California è un classico esempio di amplificazione pura orografia. Le tempeste che provengono dall'Oceano Pacifico incontrano una parete ripida, quasi 10.000 piedi. Il motore orgrafico è incredibilmente efficiente qui. Durante un evento blizzard, la combinazione di abbondante umidità del Pacifico e ascesa forzata produce tassi di nevicata estremi. La fisica del rapporto Clausius-Clapeyron bagnato assicura che questi eventi "acqua" trasportano la neve enorme.
L'Himalaya: Estremi di alta quota
I blizzards nell'Himalaya sono spesso associati a "perturbazioni occidentali", che sono sistemi a bassa pressione originari del Mediterraneo che tracciano attraverso l'Asia centrale. La fisica è complicata dall'estrema altitudine. A elevazioni superiori a 15.000 piedi, l'aria è molto più sottile e le temperature sono costantemente ben al di sotto dello zero. La neve formata in queste condizioni è quasi universalmente molto leggera, secca e piccola ciprimaia.
Le Montagne Rocciose: Il Scontro delle Massicce d'aria
I monti Rocky sperimentano un'alta frequenza di blizzards a causa della frequente collisione di masse d'aria artiche dal Canada con aria umida del Pacifico. Un processo fisico unico nelle Rockies è l'evento "upslope" . Quando l'aria artica spinge a sud e ad est delle montagne, piscine d'aria fredde lungo la gamma anteriore.
Il futuro dei Blizzards di montagna in un clima in evoluzione
La sintesi della fisica della formazione di blizzard consente una migliore comprensione di come questi eventi possano evolversi in futuro. L'equazione di Clausius-Clapeyron detta che un'atmosfera più calda può contenere un'umidità significativamente maggiore. Per ogni aumento di 1 °C della temperatura, la capacità di tenuta dell'umidità dell'atmosfera aumenta di circa il 7%.
Mentre è intuitivo che un mondo più caldo vedrà meno neve, la fisica dei blizzard di montagna è più complessa. La ricerca suggerisce che nelle regioni più fredde di alta elevazione, un'atmosfera di riscaldamento inietterà più umidità nei sistemi di tempesta. Se la temperatura dell'aria rimane abbastanza fredda per la neve, questa maggiore umidità porta a eventi più intensi di neve.
Inoltre, la distribuzione tra neve bagnata e neve secca si sposta. La "linea di neve rain" si inquieterà più in alto in quota. Ciò significa che un blizzard che potrebbe aver prodotto neve secca e soffiata a 4.000 piedi in passato potrebbe ora produrre pesanti, neve bagnata o addirittura pioggia a tale elevazione.