Table of Contents

Метеорологические явления, происходящие в прибрежных районах Антарктики, сочетают в себе мощные ветры, сильный снегопад и почти нулевую видимость, создавая условия, которые бросают вызов как выживанию человека, так и научному пониманию. Антарктический континент, часто называемый «самым ветреным местом на Земле», является уникальной естественной лабораторией для изучения сложных физических процессов, которые приводят к образованию метели. Понимание этих механизмов не только помогает исследователям прогнозировать опасные погодные условия, но и способствует более широкому знанию полярных климатических систем и их роли в глобальной атмосферной циркуляции.

Уникальная антарктическая среда

Антарктида отличается тем, что является самым холодным и сухим континентом на Земле, со средним количеством осадков всего 166 мм в год. Эта экстремальная среда создает условия, непохожие ни на что другое на планете. Средняя годовая температура внутри достигает -43,5 °C, в то время как прибрежные районы теплее со средней температурой около -10°C. Массивный ледяной щит континента, который покрывает примерно 98% его поверхности, играет решающую роль в формировании местных и региональных погодных условий.

Антарктический ледяной покров — это не просто пассивная особенность ландшафта — он активно влияет на атмосферные условия благодаря своим возвышениям и тепловым свойствам. Ледяная поверхность действует как мощный радиационный механизм охлаждения, особенно в течение долгой полярной зимы, когда континент не получает солнечного излучения в течение нескольких месяцев. Этот охлаждающий эффект создает стойкую температурную инверсию, где холодный, плотный воздух накапливается вблизи поверхности, создавая основу для драматических событий ветра, которые характеризуют прибрежные метели Антарктики.

Катабатические ветры: движущая сила антарктических метелей

В основе антарктических прибрежных метель лежит явление, известное как катабатические ветры. Катабатический ветер — это нисходящий ветер, вызванный потоком воздушной массы повышенной высокой плотности в воздушную массу меньшей плотности ниже. Эти гравитационные ветры являются основным механизмом, который превращает относительно спокойные условия в сильные метели вдоль береговой линии Антарктиды.

Механизм формирования катабатических ветров

Антарктические катабатические ветры — гравитационные ветры, порождаемые интенсивным радиационным охлаждением воздуха, примыкающего к поверхностям ледяного покрова, особенно зимой. Процесс начинается высоко на антарктическом плато, где поверхность льда излучает тепло в космос. Воздух, близкий к ледяной поверхности, охлаждается, когда он излучает тепло, делая его тяжелее и заставляя его течь вниз по склону.

Полярное плато покрыто таким количеством льда, что всегда холодно, постоянно охлаждая воздух над ним, в результате чего масса очень холодного, плотного воздуха, который сидит на вершине плато и хочет утонуть, стекает вниз от высокого континентального недра к нижнему побережью.Этот гравитационный поток ускоряется, когда он спускается по крутым прибрежным склонам, набирая огромную скорость и мощность.

Характеристики интенсивности и скорости

Сила катабатических ветров в Антарктиде поистине замечательна. Там, где эти ветры сосредоточены в ограниченных районах в прибрежных долинах, ветры дуют хорошо над силой урагана, достигая около 160 узлов (300 км / ч; 180 миль в час). Антарктида держит рекорд среди континентов для устойчивых скоростей ветра, со скоростью ветра, достигающей 200 миль в час.

Довольно спокойные условия могут мгновенно повернуть, при этом катабатические ветры достигают скорости от 15 до 20 метров в секунду (50-66 футов/сек). Такое быстрое наступление делает антарктические метели особенно опасными для исследовательского персонала и операций. Ветры не равномерно распределены по всему континенту, а вместо этого направляются и усиливаются топографическими особенностями.

Топографическое влияние и ветровой канализации

Сила катабатических ветров во многом определяется местной орографией, что объясняет, почему они довольно устойчивы по силе и направлению, и почему они особенно сильны при наличии топографического слияния.Антарктический ландшафт имеет многочисленные долины и ледниковые каналы, которые выступают в качестве естественных воронок для нисходящего холодного воздуха.

Некоторые ландшафты не являются мягким склоном; ветры могут быть направлены бурными формами льда и гор, и когда воздушный поток внутренних ветров сходится, больше воздуха сжимается в меньшее пространство канала. Этот эффект сжатия резко увеличивает скорость ветра, подобно тому, как вода ускоряется при форсировании через узкое отверстие. В результате некоторые прибрежные места испытывают гораздо более интенсивные катабатические события, чем другие.

Мыс Денисон известен как самое ветреное место в Антарктиде, а сама Антарктида — самое ветреное место на Земле.Эти экстремальные условия ветра в этом месте являются результатом идеального выравнивания топографических особенностей, которые направляют и ускоряют поток катабатики от внутреннего плато к побережью.

Системы атмосферного давления и циклоническая активность

В то время как катабатические ветры обеспечивают основу для антарктических прибрежных метель, взаимодействие между этими местными ветровыми системами и крупномасштабными атмосферными моделями давления создает самые экстремальные условия.Прибрежный край Антарктики существует в динамической атмосферной среде, характеризующейся устойчивыми системами низкого давления и частым развитием циклона.

Кругополярное желоб

Антарктида обычно окружена поясом низкого давления, который содержит несколько низких центров, называемых «кругополярным корытом», но внутренняя часть континента преобладает под высоким давлением. Этот градиент давления между внутренним пространством высокого давления и прибрежной зоной низкого давления создает благоприятные условия для развития сильного ветра.

Кругополярное желоб не является статическим признаком, а скорее зоной активных погодных систем, непрерывно облетающих Антарктический континент.В пределах этого желоба развиваются, усиливаются и движутся на восток отдельные системы низкого давления вокруг континента.Эти циклоны играют важнейшую роль в модуляции интенсивности и характера прибрежных метель.

Циклоны усиливают катабатические ветры

Системы низкого давления вблизи побережья могут взаимодействовать с катабатическими ветрами для увеличения их силы. Это взаимодействие представляет собой один из важнейших механизмов для создания самых тяжелых условий метели. Катабатические ветры происходят круглый год, но значительно усиливаются при перемещении циклонов в регион, как правило, с запада.

Механизм усиления работает через несколько процессов.Когда циклон приближается к побережью, он может углубить градиент давления между внутренним высоким и прибрежным низким, ускоряя нисходящий поток катабатических ветров.Кроме того, собственная циркуляция циклона может слиться с оттоком катабатики, создавая комбинированную систему ветра исключительной интенсивности.

Сильная бароклиническая зона существует вокруг Антарктического континента в течение большей части года, и в результате прибрежная окраина является одним из самых активных циклогенетических регионов на Земле, а это означает, что почти всегда присутствуют благоприятные для формирования циклона условия, обеспечивающие устойчивое снабжение погодными системами, которые могут спровоцировать или усилить метели.

Влияние Кориолиса на прибрежные ветры

Циклон-индуцированные сильные ветра характеризуются доминирующими юго-восточными ветрами, так как сила Кориолиса поворачивает катабатические ветры влево при приближении к прибрежной области, это отклонение является следствием вращения Земли и становится все более значительным на высоких широтах.

Эффект Кориолиса усложняет структуру ветра во время метели. То, что начинается как поток с внутренней стороны, отклоняется по мере того, как он достигает побережья, создавая ветры, которые дуют параллельно береговой линии, а не непосредственно на шельфе. Это отклонение может концентрировать энергию ветра вдоль определенных прибрежных сегментов и влияет на распределение движения снега и морского льда.

Физические процессы в разработке Blizzard

Образование антарктических прибрежных метель включает в себя множество взаимосвязанных физических процессов, действующих в разных пространственных и временных масштабах.Понимание этих процессов требует изучения как термодинамических, так и динамических атмосферных механизмов.

Радиационное охлаждение и инверсия температуры

Катабатические ветры создаются, когда радиационное охлаждение над поднятым антарктическим ледяным щитом производит очень холодный, плотный воздух, который течет вниз по склону и заменяется сухим воздухом сверху. Этот процесс радиационного охлаждения является основополагающим для всего механизма образования метели.

В течение антарктической зимы поверхность льда может терять тепло через длинноволновое излучение без какого-либо компенсирующего солнечного входа. Это создает чрезвычайно сильную температурную инверсию - слой, где температура увеличивается с высотой, а не уменьшается. Инверсия может быть толщиной в несколько сотен метров и представляет собой бассейн плотного холодного воздуха, готового к потоку вниз по склону при малейшем топографическом градиенте.

Излучение влияет на многие аспекты климата Антарктики, включая природу инверсии низких температур, режим катабатического ветра и стабильность атмосферы.Сила инверсии напрямую коррелирует с потенциальной интенсивностью катабатических ветров — более сильные инверсии производят более плотный воздух и более мощные нисходящие потоки.

Адвекция и транспортировка влаги

Адвекция — горизонтальный перенос атмосферных свойств — играет решающую роль в формировании метели. Холодные воздушные массы, движущиеся над побережьем Антарктики, сталкиваются с различными поверхностными условиями и источниками влаги. Когда катабатические ветры достигают прибрежной зоны, они взаимодействуют с относительно более теплыми океанскими водами и могут улавливать влагу, хотя этот процесс ограничен чрезвычайно холодными температурами.

Содержание влаги в антарктических воздушных массах, как правило, очень низкое из-за экстремального холода. Воздух в Антарктике очень сухой, а низкие температуры приводят к очень низкой абсолютной влажности. Однако даже небольшое количество влаги может способствовать образованию снега, когда атмосферные условия благоприятны, особенно когда воздух вынужден подниматься над топографическими барьерами или в циклонических системах.

Конвекция и вертикальное движение

В то время как Антарктида в целом характеризуется стабильными атмосферными условиями из-за сильной инверсии температуры на поверхности, конвективные процессы могут происходить при определенных обстоятельствах.Когда катабатические ветры достигают побережья и сталкиваются с открытой водой в прибрежных полиньях, могут развиваться резкие температурные контрасты.

Полыньи отверстия вызывают существенное поверхностное выделение тепла (до 700 Вт м-2), нагревание околоповерхностного воздуха более чем на 5 К и запуск конвекции и облаков. Эта конвективная активность может усилить осадки и способствовать общей интенсивности прибрежных погодных систем. Восходящий воздух создает локализованные зоны низкого давления, которые могут еще больше усилить поток ветра из интерьера.

Сдвиг ветра и турбулентность

Сдвиг ветра — изменения скорости ветра и направления с высотой — является заметной особенностью антарктических прибрежных метель. Погодный шар, выпущенный в катабатике, будет сильно дуть вдоль земли, прежде чем подняться вверх, но он очень быстро найдет более спокойный воздух, так как катабатский ветер очень сильно ограничен около поверхности.

Этот сильный вертикальный сдвиг ветра создает интенсивную турбулентность в нижней атмосфере. Турбулентное смешивание влияет на распределение тепла, влаги и импульса, влияя как на структуру, так и на эволюцию метельных систем. Мелкая природа катабатических ветров означает, что наиболее интенсивные условия сосредоточены в самых низких нескольких сотнях метров атмосферы, создавая особо опасные условия на уровне земли.

Поверхностный трение и динамика пограничного слоя

Поверхностное трение играет сложную роль в антарктических прибрежных метель. Над гладким ледяным покровом внутреннее трение относительно низкое, что позволяет катабатическим ветрам эффективно ускоряться. Однако по мере приближения ветров к побережью они сталкиваются с более грубой местностью, обнажённой скалой и изменяющимися ледовыми условиями, которые увеличивают трение.

На побережье катабатические ветры теряют свою движущую силу и вскоре рассеиваются на шельфе. Это рассеивание происходит потому, что ветры теряют нисходящее гравитационное ускорение, которое их приводит в движение, а поверхностное трение над океаном замедляет течение. Однако перед рассеиванием ветры могут достигать своей максимальной интенсивности прямо на прибрежной окраине, где склон самый крутой и гравитационное воздействие самое сильное.

Транспортировка снега и динамика снега

Определяющей характеристикой антарктических метель является перенос снега мощными ветрами.В отличие от метель в других регионах, которые могут включать активное осаждение из облаков, многие антарктические метели состоят в основном из снега, поднятого с поверхности и переносимого катабатическими ветрами.

Механизмы снежного погружения

Частицы снега на поверхности Антарктики подвергаются увязыванию ветром через несколько механизмов. Когда скорости ветра превышают критический порог (обычно около 5-7 метров в секунду для антарктического снега), частицы начинают двигаться через процесс, называемый соляцией, прыгая по поверхности в серии прыжков. По мере увеличения скорости ветра частицы снега могут подниматься в подвеску и переноситься на большие расстояния.

Ветер вносит снег в осадки и выносит их из них, и это приводит к ослепляющим метелям. Количество снега, переносимого во время метели, может быть огромным, видимость может быть снижена до нуля, даже когда из облаков не выпадает новый снег. Этот транспортируемый снег может накапливаться в массивных дрейфах в защищенных местах, в то время как другие районы стекают в голый лед.

Сублимация во время транспортировки

Важным, но часто упускаемым из виду аспектом выдувания снега является сублимация — прямой переход снега из твердой фазы в пар без таяния. Край Антарктического континента, где осадки намного выше, чем на возвышенном плато, — это районы, где сублимация снегопада является наиболее важной.

Во время метели частицы снега, подвешенные в воздухе, подвергаются воздействию относительно сухих катабатических ветров. Поскольку катабатические ветры опускаются, они имеют тенденцию к низкой относительной влажности, которая высыхает область. Эта низкая влажность способствует сублимации частиц снега во время транспортировки, а это означает, что значительная доля выдувающегося снега никогда не достигает земли, а вместо этого возвращается в атмосферу в виде водяного пара.

Влияние на видимость и условия отбеливания

Отбеливание - это оптический феномен, когда однородные условия освещения делают невозможным различение теней, ориентиров или горизонта, что может произойти, когда снежный покров не нарушен, а небо пасмурно, и представляет собой серьезную опасность, поскольку это вызывает потерю перспективы и направления.

Во время интенсивных метель, сочетание выдувания снега и облачного покрова создает условия полного отбеливания. Плотность частиц снега в воздухе может быть настолько высокой, что видимость падает до менее метра. Эти условия крайне дезориентируют и опасны, делая навигацию невозможной и наружную деятельность опасной для жизни.

Прибрежные Полинья и их роль в системах Blizzard

Прибрежные полинии — области открытой воды, окруженные морским льдом, — представляют собой уникальную особенность прибрежной среды Антарктики, которая значительно влияет на образование метели и характеристики. Эти свободные ото льда зоны создают резкие контрасты температуры и влаги, которые влияют на местные атмосферные условия.

Полыня формация от Katabatic Winds

Эпизодический морской ветер создает и поддерживает скрытые тепловые полинии, которые остаются открытыми катабатическими ветрами, которые приводят к адвекции морского льда, океаническим потерям тепла и образованию фразильного льда.Мощные катабатические ветры отодвигают вновь образованный морской лед от побережья, не позволяя поверхности океана полностью замерзнуть.

60% полиний, обнаруженных вдоль восточного побережья, вызваны, по крайней мере частично, катабатическими ветрами, которые могут сохраняться в течение продолжительных периодов в течение зимы, создавая устойчивые зоны взаимодействия воздуха и моря, которые влияют на региональные погодные условия.

Тепло и влажность Обмен

Открытая вода в полиньясах позволяет осуществлять интенсивный тепло- и влагообмен между океаном и атмосферой. Океан выделяет в атмосферу над полиньясами значительное количество тепла, достигая нескольких сотен Вт м−2. Этот тепловой поток на порядки больше, чем происходит над покрытыми льдом поверхностями.

Катабатические ветры в прибрежных полиньях подвергают океан экстремальным тепловым потерям, вызывая интенсивное производство морского льда и плотное образование воды вокруг Антарктиды в течение осени и зимы.Холодный катабатический воздух, протекающий над относительно теплой открытой водой, создает крутые температурные градиенты, которые приводят к энергичной теплопередаче и быстрому образованию льда.

Производство льда в Бразилии

Когда чрезвычайно холодные катабатические ветры дуют над открытой полиной, они вызывают быстрое охлаждение, которое приводит к образованию бразильского льда - небольших кристаллов льда, которые образуются в турбулентной воде. Фрейзлийский лед может вертикально смешиваться над областью глубины 5-15 м при транспортировке по ветру с места образования, а катабатические ветры поддерживают полинью, очищая бразильский лед, который накапливается на краю полины, чтобы сформировать консолидированный ледяной покров.

Этот процесс производства льда удивительно эффективен.Во время интенсивных катабатических ветров полиньясы могут производить лед со скоростью 15-30 см в день, что делает их настоящими «ледяными заводами», которые вносят значительный вклад в общее производство морского льда Антарктики, несмотря на их относительно небольшую площадь.

Сезонные и временные вариации в деятельности Blizzard

Антарктические прибрежные метели не происходят с равномерной частотой в течение года, их возникновение и интенсивность варьируются в зависимости от сезонных изменений солнечной радиации, температурных градиентов и моделей циркуляции атмосферы.

Зимняя максимальная интенсивность

Поверхностные ветры особенно сильны в зимний период, а длительные условия сильного радиационного охлаждения в зимние месяцы вызовут значительную катабатичную активность ветра.Отсутствие солнечного нагрева в течение полярной ночи позволяет поверхности ледяного покрова остыть до самых низких температур, создавая самые сильные температурные инверсии и самые интенсивные катабатические ветры.

Зимние метели, как правило, более частые, более продолжительные и более интенсивные, чем те, которые происходят в другие сезоны. Сильные ветры и метели удерживают исследовательские группы, запертые в своих палатках в течение нескольких часов или даже дней, не в состоянии выйти на поле. Многодневные метели являются обычным явлением в зимний период, некоторые из которых длятся неделю или более.

Летние изменения

В летние месяцы с декабря по февраль солнечная инсоляция нарушает поверхностное охлаждение, а эпизоды катабатического ветра должны уменьшаться по частоте и интенсивности в ответ на диабетическое нагревание.Непрерывный дневной свет антарктического лета согревает поверхность льда, ослабляя температурную инверсию, которая приводит в движение катабатический поток.

Однако метели все же могут возникать в летнее время, особенно когда в прибрежную зону перемещаются сильные синоптические погодные системы.Летний ветер, хотя и не столь интенсивный, все же сохраняет тесную связь с подстилающей местностью, а тот факт, что ветер сохраняет такую высокую степень организованности по поводу топографии, подразумевает, что действуют иные факторы, чем катабатический форсинг.

Эпизодическая природа и быстрое начало

Одним из наиболее сложных аспектов антарктических прибрежных метель является их эпизодический характер и быстрое начало. Условия могут меняться от относительно спокойного до экстремального в течение нескольких часов или даже минут. Этот быстрый переход происходит, когда катабатические ветры, которые накапливались над внутренним плато, внезапно прорываются к побережью, или когда проходящий циклон усиливает существующий катабатический поток.

События демонстрируют быстрое установление экстремальных условий Антарктики на синоптических временных масштабах, и ветры, связанные с циклонами, могут быть очень интенсивными, особенно в прибрежных районах Восточной Антарктики, поскольку циклоны часто усиливают сильные катабатические события ветра, с большим потенциалом, чтобы вызвать быстрое установление экстремальных условий.

Региональные вариации в характеристиках Blizzard

Не все прибрежные районы Антарктики испытывают метели с одинаковой частотой или интенсивностью.Значительные региональные вариации существуют на основе местной топографии, близости к циклонным путям и конфигурации ледяного покрова.

Восточно-Антарктическое побережье

Прибрежный регион Адели испытывает одни из самых сильных и самых стойких поверхностных ветровых режимов в мире, который был известен в течение многих лет и впервые был сообщен австралийской экспедицией сэра Дугласа Моусона 1912–1913 годов на мысе Денисон.

Самый сильный ветер находится около 67,5 ° S, 140° E, с годовой средней скоростью ветра около 20 м / с. Это представляет собой одну из самых высоких средних скоростей ветра в любой точке поверхности Земли, подчеркивая исключительную природу прибрежной метеорологии Восточной Антарктики.

Западная Антарктика и полуостровные регионы

Регионы Западной Антарктики и Антарктического полуострова испытывают различные характеристики метели по сравнению с Восточной Антарктидой. Топография более сложна, с горными хребтами и более нерегулярной береговой линией, которая влияет на ветровые модели. Антарктический полуостров имеет самый умеренный климат, с менее экстремальными температурными градиентами и, следовательно, менее интенсивными катабатическими ветрами.

Однако регион полуострова чаще страдает от морских погодных систем, перемещающихся из Южного океана. Эти системы могут приносить различные типы метель, характеризующиеся скорее активными осадками от облаков, а не чисто ветровым транспортом снега. Взаимодействие между этими морскими системами и местной топографией создает уникальные условия метели, отличные от тех, которые в Восточной Антарктиде.

Морские сектора Росса и Уэдделла

Морские заливы Росса и Уэдделла представляют собой крупные углубления вдоль побережья Антарктики, где большие шельфовые ледники простираются над океаном, и эти регионы испытывают свои характерные снежные бури, на которые влияет взаимодействие между оттоком катабатов из внутренних районов и циклоническими системами, которые часто развиваются в этих районах.

Сектор моря Росса, в частности, служит основным путем для экспорта холодного воздуха из Антарктиды. Катабатские ветры сходятся из обширных дренажных бассейнов и воронки через Трансантарктические горы, создавая устойчивые сильные ветровые условия вдоль западного побережья моря Росса. Море Уэдделла аналогичным образом испытывает интенсивный отток катабатов, особенно вдоль его западной окраины.

Определение условий метели в Антарктиде

Понимание того, что представляет собой метель в антарктическом контексте, требует конкретных метеорологических критериев.Когда скорость ветра является штормовой силой или сильнее, по крайней мере, в течение одного часа, температура составляет менее 0°C, а видимость снижается до 100 м или менее, это метель, и эти условия опасны и разрушительны для активного отдыха, иногда длящегося в течение нескольких дней.

Это определение подчеркивает три ключевых элемента: устойчивые сильные ветры, морозы и сильно сниженная видимость. Все три условия должны присутствовать одновременно для того, чтобы событие квалифицировалось как метель. Критерий видимости особенно важен, поскольку он отличает метели от других сильных ветровых явлений, которые могут не включать значительный транспорт снега.

На практике антарктические метели часто намного превышают эти минимальные критерии. Скорости ветра могут достигать двух или трехкратной силы шторма, температуры могут опускаться до -30 °C или ниже, а видимость может быть уменьшена до менее метра в течение длительных периодов. Экспедиционеры пережили эпические семидневные метели с ветром, дующим между 100-148 км / ч, с одним порывом, достигающим 244 км / ч, и видимость равна нулю в течение нескольких дней подряд.

Воздействие на климатическую систему Антарктики

Антарктические прибрежные метели не изолированные явления, а скорее неотъемлемые компоненты более широкой антарктической климатической системы, их воздействие выходит за рамки непосредственных погодных условий, чтобы повлиять на циркуляцию океана, распределение морского льда и даже глобальные климатические модели.

Плотное водное образование

Интенсивное производство льда приводит к отторжению рассола, что способствует образованию плотной шельфовой воды, предшественника Антарктической низменной воды, которая, в свою очередь, заполняет абиссальные районы океана и составляет 30-40% мирового объема океана. Эта связь между прибрежными метелями и глобальной циркуляцией океана представляет собой одно из самых важных климатических воздействий этих событий.

Когда морской лед быстро образуется в полиньясах во время метельных явлений, соль выбрасывается из ледяной структуры в окружающую морскую воду. Отторжение соли при образовании кристаллов льда повышает соленость и плотность морской воды, а в полиньясах этот процесс эпизодичен и стойок в течение месяцев, что приводит к образованию Высокосоленой шельфовой воды. Эта плотная вода тонет и в конечном итоге способствует образованию Антарктической низменной воды, одной из важнейших водных масс в глобальной океанической циркуляции.

Производство и распределение морского льда

На прибрежные полинии Южного океана, несмотря на то, что они покрывают лишь около 1% от максимальной площади морского льда, приходится примерно 10% от общего объема производства морского льда. Этот непропорционально большой вклад подчеркивает важность процессов, вызванных метелью, в бюджете морского льда Антарктики.

Также метеоризм влияет на распределение морского льда. Сильные ветры могут проталкивать льдины на сотни километров, создавая в одних местах участки открытой воды, а в других — сваливая лед в толстые хребты. Это перераспределение влияет на общую протяженность морского льда и распределение толщины, что в свою очередь влияет на теплообмен океан-атмосфера и биологическую продуктивность.

Массовый транспорт из ледяного щита

Катабатические ветры и связанные с ними метели играют роль в транспортировке массы от антарктического ледяного покрова к океану. В то время как большая часть этого транспорта происходит как выдувание снега, который в конечном итоге сублимирует или отложения в прибрежных районах, совокупный эффект с течением времени значителен. В нескольких регионах континентальной Антарктиды снег отбрасывается силой катабатических ветров, что приводит к «сухим долинам».

Сублимация выдувающегося снега представляет собой потерю массы из ледяного покрова, которую трудно измерить, но потенциально важна для общего баланса массы.Последние исследования показывают, что эта сублимация может быть более значительной, чем считалось ранее, особенно в прибрежных районах, где катабатические ветры являются самыми сильными.

Проблемы наблюдения и прогнозирования антарктических метель

Несмотря на значительные достижения в области метеорологии, прибрежные метели Антарктики по-прежнему трудно наблюдать и прогнозировать.Экстремальные условия, удаленное местоположение и уникальные атмосферные процессы способствуют этим трудностям.

Наблюдательные вызовы

Ветры Антарктиды являются трудным исследованием - даже в местах, где ветры немного менее экстремальны, ветер часто повреждает метеорологические станции, используемые для его измерения, и ветер вносит снег в и из датчиков осадков. Инструменты, предназначенные для умеренного климата, часто выходят из строя в антарктических условиях, и даже специально разработанное оборудование может быть повреждено или похоронено путем выдувания снега.

Разреженная сеть метеостанций в Антарктиде означает, что на больших площадях континента практически нет прямых метеорологических наблюдений.Спутниковые наблюдения помогают заполнить этот пробел, но имеют свои ограничения, особенно в обнаружении околоповерхностных ветровых условий и различении падающего снега и выдувающегося снега.

Моделирование трудностей

Численные модели прогнозирования погоды сталкиваются со значительными проблемами в точном моделировании прибрежных метель Антарктики. Модели должны решать крутые топографические градиенты, представлять сильные температурные инверсии, которые приводят в движение катабатические ветры, и фиксировать взаимодействие между местным потоком катабатики и более крупными метеорологическими системами.

Глобальные климатические модели обычно имеют недостаточное пространственное разрешение для захвата узких прибрежных зон, где происходят наиболее интенсивные условия метели.Региональные модели с более высоким разрешением работают лучше, но требуют тщательной настройки параметров, связанных с шероховатостью поверхности, турбулентным смешиванием и радиационным переносом, чтобы точно имитировать катабатические ветры.

Последствия изменения климата

По мере изменения глобального климата возникают вопросы о том, как могут быть затронуты прибрежные метели Антарктики.Сложное взаимодействие факторов, порождающих эти события, означает, что изменения могут происходить несколькими способами, с потенциально конкурирующими эффектами.

Температура и сила инверсии

Потепление температуры может повлиять на силу инверсии температуры, которая приводит в движение катабатические ветры. Если поверхность ледяного покрова прогреется, разница температур между поверхностью и находящейся над поверхностью атмосферой может уменьшиться, потенциально ослабляя катабатические ветры. Однако изменения в атмосферных схемах циркуляции могут компенсировать или даже усилить этот эффект.

Связь между температурой и силой катабатического ветра не проста. Повышение температуры приводит к гораздо большему увеличению абсолютной влажности, чтобы достичь насыщения при более теплых температурах, чем при более холодных температурах, и поскольку низкоуровневый воздух антарктических окраин происходит от более холодного плато, степень субнасыщения этого слоя будет увеличиваться в потеплении климата.

Морской лед и Полинья меняются

Изменения в объеме и толщине морского льда могут существенно повлиять на характеристики метели. Сокращение площади морского льда приведет к увеличению количества открытой воды, что потенциально повысит доступность влаги для осадков. Однако это также может снизить температурный контраст между океаном и атмосферой, что повлияет на интенсивность взаимодействия воздуха и моря во время метели.

Поведение Полыни может также изменяться в условиях потепления климата. Если ослабеют катабатические ветры, полинии могут стать меньше или менее стойкими. И наоборот, если циклоническая активность возрастает, образование полиний через динамическое расхождение льдов может стать более распространенным явлением.

Сдвиги трека циклона

Климатические модели предполагают, что штормовой путь вокруг Антарктиды может смещаться в сторону полюса по мере потепления климата. Это может привести к большему количеству циклонов ближе к побережью Антарктики, потенциально увеличивая частоту циклонов-усиленных метельных явлений. Однако детали того, как эти изменения проявятся, остаются неопределенными и являются активной областью исследований.

Усилия по проведению исследований и мониторингу

Понимание прибрежных метель Антарктики требует постоянных исследований и усилий по мониторингу. Международное научное сотрудничество привело к значительным достижениям в последние десятилетия, хотя многие вопросы остаются без ответа.

Автоматические метеорологические станции

Сети автоматических метеостанций (AWS) были развернуты по всей Антарктиде для обеспечения непрерывных метеорологических наблюдений в местах, слишком отдаленных или суровых для постоянного присутствия человека. Эти станции измеряют скорость и направление ветра, температуру, давление и другие переменные, предоставляя ценные данные для понимания климатологии метели и проверки численных моделей.

Однако поддержание этих станций представляет значительные проблемы. Оборудование должно быть спроектировано так, чтобы выдерживать экстремальные холода, сильные ветры и месяцы темноты. Солнечные панели для выработки электроэнергии неэффективны в течение полярной ночи, требуя альтернативных источников энергии. Несмотря на эти проблемы, сети AWS значительно улучшили наше понимание антарктической метеорологии.

Полевые кампании и измерения in-Situ

Интенсивные полевые кампании обеспечивают детальные наблюдения процессов метели, которые невозможно получить из рутинного мониторинга. Океанические наблюдения во время множественных катабатических ветровых событий показали, что скорость ветра регулярно превышала 20 м s-1, температура воздуха была ниже −25 ° C, а океанический смешанный слой простирался до 600 м. Такие подробные измерения помогают исследователям понять связь между атмосферными и океаническими процессами во время метельных событий.

Эти кампании часто включают в себя развертывание специализированных инструментов, которые могут измерять поток снега, турбулентные потоки тепла и влаги, а также вертикальную структуру пограничного слоя атмосферы. Данные, собранные в эти интенсивные периоды наблюдения, бесценны для улучшения нашего понимания физики метели и тестирования параметризации моделей.

Спутниковое дистанционное зондирование

Спутниковые наблюдения дают общую для всего континента перспективу антарктической погоды, которая не может быть достигнута только наземными наблюдениями. Спутники могут отслеживать движение погодных систем, оценивать скорость ветра по схемам шероховатости поверхности и обнаруживать наличие полиний и условий морского льда.

Однако спутниковые наблюдения имеют ограничения в антарктической среде. Облачный покров может затенять особенности поверхности, а уникальные характеристики ледовых и снежных поверхностей могут усложнять интерпретацию спутниковых данных. Полярно-орбитальные спутники обеспечивают лучшее покрытие высоких широт, чем геостационарные спутники, но временное разрешение остается ограниченным по сравнению с непрерывными наземными наблюдениями.

Практические последствия для антарктических операций

Понимание формирования и поведения метели имеет важные практические последствия для антарктических операций, от научных исследований до логистики и безопасности.

Вопросы безопасности

Метеорологические метели представляют собой одну из самых серьезных опасностей для персонала, работающего в Антарктиде. Сочетание сильных ветров, экстремального холода и нулевой видимости может быть смертельным. Даже кратковременные воздействия могут привести к обморожениям, а дезориентация в условиях отбеливания может привести к тому, что люди потеряются в пределах метров от укрытия.

Антарктические исследовательские станции разработали обширные протоколы безопасности для условий метели. Они обычно включают ограничения на движение на открытом воздухе, требования к веревочным линиям между зданиями и обязательные процедуры регистрации. Полевые партии должны нести аварийное оборудование и быть готовыми ждать метели в палатках в течение длительных периодов.

Оперативное планирование

Воздушные суда не могут летать в условиях метели, корабли не могут безопасно приближаться к побережью, а работы на открытом воздухе должны быть приостановлены. Эпизодический и иногда непредсказуемый характер метелей означает, что операции должны строиться в значительной гибкости и времени на случай непредвиденных обстоятельств.

Улучшение прогнозирования метельных явлений помогает оптимизировать операционные окна и уменьшить задержки. Однако присущая трудности в прогнозировании точного времени и интенсивности метель означает, что некоторая неопределенность всегда остается. Успешные антарктические операции требуют тщательной оценки риска и консервативного принятия решений в отношении зависящих от погоды видов деятельности.

Проектирование инфраструктуры

Здания и инфраструктура в прибрежных районах Антарктики должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать экстремальные нагрузки ветра и накопление снега. Структуры должны быть закреплены для сопротивления ветрам, превышающим 200 км/ч, а конструкции должны предотвращать заснежение входов или накопление до опасных уровней на крышах.

Ориентация зданий относительно преобладающих направлений катабатического ветра является важным конструктивным соображением. Структуры могут быть расположены для минимизации нагрузки на ветер или для создания защищенных районов для активного отдыха. Снежные заборы и другие функции могут использоваться для контроля за характером снежного дрейфа и сохранения критических районов в чистоте.

Заключение

Антарктические прибрежные метели представляют собой увлекательное пересечение многочисленных физических процессов, действующих в различных пространственных и временных масштабах.От радиационного охлаждения поверхности ледяного покрова до развития крупномасштабных циклонических систем, от микромасштабной физики переноса частиц снега до глобальных последствий для циркуляции океана, эти события воплощают сложность и взаимосвязанность климатической системы Земли.

Основным драйвером антарктических прибрежных метель является катабатическая ветровая система, питаемая гравитационным потоком холодного, плотного воздуха от возвышенного внутреннего плато до побережья. Эти ветры могут достигать необычайных скоростей, особенно когда они проходят через топографические особенности и усиливаются проходящими циклонами.Взаимодействие между катабатическими ветрами и погодными системами синоптического масштаба создает самые экстремальные условия метели, с устойчивыми ураганными ветрами, температурами намного ниже нуля и видимостью, сниженной до нуля в течение нескольких дней.

Физические процессы, связанные с образованием метели, включают радиационное охлаждение и инверсию температуры, адвекцию воздушных масс, конвективные процессы в прибрежных полиньях, сдвиг ветра и турбулентность и эффекты трения поверхности. Транспортировка снега через соление и подвеску в сочетании с сублимацией во время транспортировки создает характерный продувающий снег, который определяет антарктические метели. Эти процессы взаимодействуют с прибрежными полиньясами для стимулирования интенсивного производства морского льда и плотного образования воды, связывая местные погодные явления с глобальной циркуляцией океана.

Региональные вариации характеристик метели отражают различия в топографии, конфигурации ледяного покрова и воздействии циклонических систем. Восточно-Антарктическое побережье, особенно регион Земли Адели, испытывает некоторые из самых экстремальных условий на Земле, в то время как Антарктический полуостров имеет более умеренный климат с различными характеристиками метели. Понимание этих региональных различий важно как для научных исследований, так и для оперативного планирования.

Проблемы с наблюдением и прогнозированием антарктических метелей сохраняются. Жесткая окружающая среда наносит ущерб инструментам, разреженная сеть наблюдений оставляет большие площади без контроля, а численные модели изо всех сил пытаются захватить сложные взаимодействия между местными и крупномасштабными процессами. Продолжающиеся исследования с использованием автоматических метеостанций, полевых кампаний, спутниковых наблюдений и улучшенных методов моделирования продолжают продвигать наше понимание.

По мере изменения климата, антарктические прибрежные метели могут быть затронуты способами, которые еще не полностью поняты. Изменения температурных инверсий, протяженности морского льда и циклонов могут влиять на частоту и интенсивность метели. Мониторинг этих изменений и понимание их последствий остается важным приоритетом исследований, имеющим отношение как к антарктической науке, так и к глобальному пониманию климата.

Для тех, кто работает в Антарктиде, метели представляют собой как научный феномен для изучения, так и практическую опасность для управления. Экстремальные условия проверяют пределы человеческой выносливости и инженерных возможностей, предоставляя уникальные возможности для наблюдения атмосферных процессов в их наиболее интенсивной форме. Благодаря продолжающимся исследованиям и улучшению понимания физических процессов, лежащих в основе образования метели, мы можем лучше прогнозировать эти события, повышать безопасность и углублять наше понимание роли Антарктиды в системе Земли.

Для получения дополнительной информации об антарктической погоде и климате посетите Австралийскую антарктическую программу или изучите ресурсы Британской антарктической службы . Дополнительные технические детали о катабатических ветрах можно найти в коллекции Американского музея естественной истории Антарктиды .