Table of Contents

Метеорологические явления, которые могут парализовать целые регионы, сократить мощность до миллионов и превратить ландшафт в коварную белую пустыню. Что делает эти бури на Среднем Западе особенно сильными и продолжительными по сравнению с метелью в других частях страны? Ответ заключается в уникальной комбинации физических особенностей, присущих региону. В отличие от горных районов, где местность может разбивать штормовые системы, или прибрежных районов, где морское влияние умеренных температур, география Среднего Запада, близость к огромным пресноводным озерам и его положение относительно струйного потока создают идеальную питательную среду для интенсивных, продолжительных метеоров. Понимание этих физических особенностей имеет важное значение для жителей, метеорологов и планировщиков, которые должны подготовиться к худшему, что может доставить зима. Эта статья исследует каждую из этих ключевых особенностей в глубину, объясняя, как они способствуют интенсивности метели и предлагая реальные примеры их воздействия.

География и топография: плоская, беспрепятственная стадия

Наиболее поразительная физическая характеристика Среднего Запада - это его преимущественно плоская или мягко перекатывающаяся местность. Это обширное пространство равнин - от Великих равнин западных Дакот и Небраски до сельскохозяйственных равнин Айовы, Иллинойса, Индианы и Огайо - почти не представляет естественных барьеров для перемещения воздуха. Эта плоскостность имеет глубокие последствия для формирования метели и интенсивности.

Необходимая адвекция холодного воздуха

Зимой основным источником разрушительного холодного воздуха за метелью является Арктика. Во многих частях мира горные хребты, такие как Скалистые горы или Урал, действуют как стены, которые замедляют или отвлекают полярные воздушные массы. Средний Запад, однако, лежит непосредственно на пути массивного, беспрепятственного канала холодного воздуха, который течет на юг от прерий Канады и Полярного круга. Без горных проходов, ограничивающих или вороняющих воздух, континентальная полярная (cP) или арктическая (cA) воздушная масса может перемещаться на сотни миль за один день, прибывая на Средний Запад все еще интенсивно холодный и плотный. Это быстрое, беспрепятственное движение означает, что холодный фронт метели может пронестись по региону с исключительной скоростью и силой, принося резкое падение температуры и сильные ветры в течение нескольких минут. Плоскостность также позволяет холодному воздуху углубиться, образуя мелкий, но холодный купол, который усиливает силу шторма.

Ускорение ветра и снегопад

Отсутствие топографических препятствий также означает, что поверхностные ветры испытывают минимальное трение. На открытых сельскохозяйственных угодьях или прериях скорости ветра часто на 10-20% выше, чем на пересеченной местности. Во время метели устойчивые ветры 35-45 миль в час (56-72 км / ч) с порывами более 60 миль в час являются обычным явлением. Эти сильные ветры не просто представляют угрозу для структур; они являются основным механизмом, который создает условия для отбеливания; Свободный, сухой снег на земле легко подхватывается и переносится горизонтально. Плоская местность позволяет транспортировать эти частицы снега на мили, часто создавая условия, которые соответствуют критериям метели, даже когда не выпадает новый снег. Это явление - часто называемое «земной метелью» - является отличительной чертой штормов Среднего Запада и может сохраняться в течение нескольких дней после того, как снег прекратился, поскольку сильные постфронтальные ветры продолжают рыскать по ландшафту.

Роль землепользования в сельском хозяйстве

Хотя это не является естественной физической особенностью в строгом смысле, превращение Среднего Запада в один из самых продуктивных сельскохозяйственных регионов мира изменило его поверхностные характеристики. Зимой большинство сельскохозяйственных угодий находится в нижнем пологе, с голой почвой или низкой щетиной, покрытой слоем снега. Это отсутствие высокой растительности (леса, изгороди или застроенные районы) еще больше уменьшает трение ветра. В зимние месяцы поверхность земли Среднего Запада ведет себя почти как замерзший океан - гладкий и бесхарактерный. Это позволяет ветрам беспрепятственно воть, ускоряясь до скорости, которая была бы невозможна в лесных или холмистых регионах.

Оригинальное название: The Great Blizzard of 1888

Одна из самых печально известных метель в американской истории, Великая метель 1888 года, опустошила штаты равнин от Дакоты до Техаса. В то время как часто помнят за ее восточную коллегу, которая похоронила Нью-Йорк, версия равнин была катастрофическим событием, которое убило сотни. Плоская местность региона позволила шторму быстро продвигаться и с свирепыми ветрами, дрейфующим снегом до 40 футов в глубину в местах. Этот шторм иллюстрирует, как отсутствие топографических барьеров усиливает эффекты мощного арктического фронта.

Близость к большим водоемам: двигатель Великих озер

Великие озера являются одной из самых влиятельных физических особенностей, влияющих на зимнюю погоду на Среднем Западе. Эти пять огромных водоемов — Верхний, Мичиган, Гурон, Эри и Онтарио — действуют как гигантские резервуары тепла и влаги. Их присутствие может превратить обычную метель в калечащую метель.

Источник влаги и снег, влияющий на озеро

Основным механизмом, с помощью которого Великие озера усиливают метели, является снег, воздействующий на озеро. Когда взрыв холодного сухого арктического воздуха (той же воздушной массы, которая падает через равнины) проходит через относительно теплые воды озер, которые остаются жидкими в зимнее время из-за их размера и глубины, воздух нагревается снизу. Это нагревание приводит к быстрому испарению и конвекции. Воздух поднимает огромное количество влаги, которая впоследствии замерзает и падает, поскольку интенсивные узкие полосы снега по ветру озера. В сценарии метели полосы воздействия на озеро могут сливаться с щитом осадков синоптического масштаба основного шторма, создавая скорость снегопада от 2 до 4 дюймов (5-10 см) в час. Снег воздействия на озеро может продолжаться в течение нескольких дней, пока направление ветра остается благоприятным, а озеро остается свободным от ледяного покрова.

Умерение температуры и нестабильность

Великие озера также умеренные температуры в непосредственной близости. В то время как это часто означает немного более теплые температуры вблизи берегов озера осенью и ранней зимой, это увеличивает температурный градиент между берегом озера и внутренними регионами. Этот тепловой контраст может усилить холодный фронт шторма и увеличить скорость ветра. Кроме того, сами озера поставляют тепло и влагу к более низким уровням атмосферы, создавая слой нестабильности, который поддерживает развитие конвективных облаков (побочные снегопады и шквалы). Эти конвективные элементы часто содержат молнии и интенсивные всплески снега, добавляя к опасности метели.

Переменная ледяная покровная

Интенсивность усиливаемых озёрными метелями метель сильно модулируется количеством ледяного покрова на Великих озерах. В сезоны, когда ледяной покров низок (частое явление из-за изменения климата и более теплых зим), озёра остаются открытыми дольше, обеспечивая обширную, незамерзшую поверхность для влаги и теплообмена. И наоборот, тяжёлый ледяной покров может отрезать влагоснабжение, резко уменьшая озёрный снег. Изменчивость ледяного покрова означает, что две метели подобной синоптической установки могут производить резко различное количество снегопада в зависимости от того, являются ли озёра свободными ото льда. Например, шторм, который тянется к северу от озера Мичиган в начале декабря, может сбросить 2-3 фута снега на запад Мичигана, в то время как тот же шторм в конце февраля, когда озеро заморожено, может производить только лёгкие накопления.

Специфические эффекты озера

Каждое Большое озеро имеет уникальное воздействие. Озеро Эри, будучи более мелким, замерзает легче, но когда оно открыто, оно может вызвать чрезвычайно сильный снегопад в районах Буффало и Эри, Пенсильвания. Озеро Верхнее, самое глубокое и самое холодное, остается открытым последним, часто заправляя метели эффекта озера в марте. Вниз по ветру озера Мичиган, все западное побережье Нижнего полуострова является известным снежным поясом, с городами, такими как Маскегон и Траверс-Сити, регулярно наблюдающими самые высокие общие количества снегопада на Среднем Западе. Эти снежные бури, усиленные озером, часто соответствуют критериям метели в сочетании с высокими ветрами от родительской системы низкого давления.

Январь 2014 Blizzard и Lake-Effect

В начале января 2014 года мощный арктический фронт пронесся по Среднему Западу. Регион уже находился под толстым снежным комом, а температура опускалась до -15°F (-26°C). По мере того, как холодный воздух перемещался по относительно свободным ото льда Великим озерам, развивались интенсивные снежные полосы, которые в сочетании с синоптическим снегом из основной системы сбрасывали более 4 футов снега в части западного Нью-Йорка и Верхнего полуострова Мичигана. Событие было классифицировано как метель после того, как основной шторм прошел, потому что полосы эффекта озера продолжались с порывами ветра более 40 миль в час, создавая устойчивые условия отбеливания более 48 часов.

Оригинальное название: Jet Stream Patterns: The Atmospheric Steering Wheel

Третья важная физическая особенность - это положение Среднего Запада относительно струйного потока - быстро движущейся узкой полосы сильных ветров в верхней атмосфере, которая управляет погодными системами.Взаимодействие между струйным потоком и географией региона создает идеальный путь для интенсивных зимних штормов.

Местоположение Polar Jet Stream

Зимой полярный струйный поток обычно опускается на юг над центральной частью континента. Этот южный сдвиг приносит холодный арктический воздух в Соединенные Штаты и позиционирует штормовую дорожку непосредственно над Средним Западом. Струйный поток действует как зона смешивания холодного воздуха на север и более теплого, влажного воздуха на юг (происходящий из Мексиканского залива). Этот температурный контраст обеспечивает энергию для усиления шторма. Средний Запад расположен прямо на перекрестке: холодный воздух из Канады, влага из Великих озер (а иногда и из Персидского залива во время глубоких впадин), и сильная динамика верхнего уровня все сходятся под влиянием струйного потока.

Роль Скалистых гор

В то время как Средний Запад плоский, Скалистые горы далеко на западе играют косвенную, но решающую роль в формировании струйного потока. По мере того, как струйный поток сталкивается со Скалистыми горами, он вынужден двигаться на юг, создавая корыто. На склоне горы, к востоку от Скалистых гор в Равнинах, это корыто часто приводит к развитию систем низкого давления, известных как «циклоны Ли». Эти штормы затем перемещаются на северо-восток через Средний Запад, постукивая в арктический воздух на север и влагу от Великих озер и залива. Таким образом, даже если сами горы находятся далеко, они помогают создать атмосферную среду, которая производит сильные метели Среднего Запада.

Блокировка шаблонов и штормовая застой

Струйный поток также может быть заблокирован хребтами высокого давления над Гренландией или Тихим океаном, что приводит к явлению, известному как «блокирующий паттерн». Когда это происходит, струйный поток может оставаться в сильно усиленном волновом паттерне в течение недели или более. В таких условиях штормы могут задерживаться или двигаться очень медленно на Среднем Западе, доставляя дни снега и ветра. Это было во время знаменитого «Буря дня сурка» 2011 года и «Великой метели 1966 года». Эти длительные события гораздо более опасны, чем быстро движущиеся метели, потому что они сбрасывают огромное количество снега, позволяют дуть снегу создавать огромные дрейфы и держать сообщества закрытыми в течение длительных периодов.

Арктическое колебание и полярный вихрь

Сила и положение полярного струйного потока тесно связаны с арктическим колебанием (АО) и полярным вихрем. Когда АО отрицательно, полярный вихрь ослабевает и извивается, позволяя холодному арктическому воздуху разливаться на юг на Средний Запад. Это создает благоприятную обстановку для метели. Ослабление полярного вихря - иногда называемое «полярным вихрем событие» - стало более распространенным в последние годы, и такие события были связаны с рекордным холодом и снегом на Среднем Западе. В то время как сам полярный вихрь не является физической особенностью Среднего Запада, географическое положение региона делает его особенно уязвимым для его экскурсий на юг.

Взаимодействие с Великими озерами

Струйный поток не только направляет штормы, но и влияет на направление потока над Великими озерами. Когда струйный поток устанавливает поток с северо-запада, холодные воздушные потоки непосредственно через длину озера Верхнее или озеро Мичиган, максимизируя поток и приводя к чрезвычайно тяжелому снегу, связанному с воздействием озера, вниз по течению. И наоборот, из-за струйного потока на восток или юго-запад может направлять полосы от основных населенных центров. Метеорологи внимательно следят за ориентацией струйного потока, чтобы предсказать, какие области будут поражены сильнее всего во время события эффекта озера.

Взаимодействие физических особенностей: Идеальный шторм

Ни одна физическая особенность не работает изолированно. Самые сильные метели Среднего Запада происходят, когда все три фактора - плоская местность, Великие озера и струйный поток - выравниваются. Например, глубокое верхнее желоб направляет сильную систему низкого давления на северо-восток от Колорадо через равнины. Плоская местность позволяет холодному фронту шторма быстро продвигаться на юг, открывая арктический воздух. Поскольку этот воздух проносится над Великими озерами, он воспламеняет интенсивные снежные полосы, влияющие на озеро. Струйный поток может блокироваться, заставляя шторм замедляться или останавливаться. Результатом является многодневная метель, которая падает на 2-3 фута снега, с ветрами более 50 миль в час и температурой ниже нуля.

Тема: The Blizzard of February 2011

Одним из лучших примеров этой синергии является метель, которая обрушилась на Средний Запад с 31 января по 2 февраля 2011 года. Мощная система низкого давления быстро углубилась над Скалистыми горами, а затем проследила через Равнины. Плоская местность позволила холодному фронту пронестись по Иллинойсу и Индиане с невероятной скоростью. Струйный поток находился в сильно усиленном состоянии, в результате чего шторм замедлился над районом Чикаго. Между тем, холодный воздух, протекавший над относительно теплым озером Мичиган, произвел интенсивный снег, который добавил к общей сумме шторма. Результатом стала метель, которая похоронила Чикаго под 20 дюймами снега, закрыла аэропорт О'Хара на два дня и вызвала широко распространенные перебои в подаче электроэнергии. В некоторых местах ветры порывами достигали 70 миль в час. Этот шторм прекрасно иллюстрирует, как физические особенности региона сговорились, чтобы произвести катастрофическое событие.

Заключение

Уникальное сочетание физических особенностей Среднего Запада - его плоская, беспрепятственная топография, его близость к огромному тепловому и влажному двигателю Великих озер и его положение непосредственно под полярным струйным потоком - создает обстановку, где метели не только распространены, но часто исключительно интенсивны и долговечны. Плоские равнины позволяют арктическому воздуху беспрепятственно вспыхивать и ускоряться. Великие озера обеспечивают почти неограниченный запас влаги и тепла, который усиливает снегопад и постоянство. Струйный поток служит атмосферным шоссе, которое направляет штормы в регион и может заставить их застопориться. Понимание этих физических особенностей является не только академическим упражнением; это жизненно важно для планирования сообщества, управления чрезвычайными ситуациями и личной готовности. Поскольку изменение климата продолжает изменять как ледяной покров на Великих озерах, природа струйного потока может развиваться, но фундаментальные физические факторы останутся определяющими характеристиками зимних штормов в этом регионе.

Для дальнейших исследований и актуальной информации ресурсы Национальной метеорологической службы предоставляют подробные объяснения и прогнозы по условиям метели. Страница зимней безопасности погоды NWS предлагает критические рекомендации по подготовке к этим штормам. Кроме того, Лаборатория экологических исследований Великих озер предоставляет данные об озерном ледяном покрове и его влиянии на погоду. Наконец, веб-сайт NOAA Climate.gov предлагает ценную информацию о струйном потоке и закономерностях арктических колебаний, которые приводят к метели на Среднем Западе.