Table of Contents

Оригинальное название: The Coastal Connection: Understanding Blizzard Dynamics

Мозгоносцы входят в число самых опасных явлений зимней погоды, сочетая сильный снег, устойчивые ветры 35 миль в час или больше, а видимость снижается до менее четверти мили в течение как минимум трех часов. Пока эти штормы могут происходить во многих частях мира, их интенсивность и поведение резко различаются в зависимости от географии. Среди наиболее влиятельных географических факторов — близость к крупным водоемам, в частности океанам. Прибрежные регионы испытывают принципиально иную динамику метели, чем внутренние районы, во многом потому, что океаны действуют как источники влаги, так и тепловые регуляторы. Понимание этой взаимосвязи помогает метеорологам улучшать прогнозы, менеджеры по чрезвычайным ситуациям готовят сообщества, а жители принимают обоснованные решения во время зимних штормовых событий.

Физические механизмы, связывающие океаны с интенсивностью метели, коренятся в базовой термодинамике. Когда холодные континентальные воздушные массы охватывают относительно теплые океанские воды, они поглощают тепло и влагу, дестабилизируя нижнюю атмосферу. Этот перенос энергии питает штормовые системы, часто приводящие к взрывному развитию. В результате «усиленные океаном» метели могут вызывать скорость снегопада, превышающую два дюйма в час, с условиями отбеливания, длящимися в течение нескольких дней. В этой статье рассматриваются научные принципы, регулирующие взаимодействие океан-маяк, сравниваются характеристики прибрежных и внутренних штормов, исследуются конкретные региональные примеры и рассматривается, как изменение климата может изменить эти модели в ближайшие десятилетия.

Наука формирования метель около океанов

Приобретение влаги и высвобождение сжатого тепла

Океан служит огромным резервуаром тепла и влаги. Зимой температура поверхности моря вдоль береговых линий средней широты обычно колеблется от 40 ° F до 55 ° F (4 ° C до 13 ° C), в то время как температура прилегающих земель часто опускается ниже нуля. Этот температурный градиент приводит к сильным тепловым потокам с поверхности океана в находящуюся над поверхностью атмосферу. По мере того, как холодный сухой воздух движется по более теплой воде, он поглощает влагу через испарение. Воздух становится насыщенным, и когда он впоследствии охлаждается или поднимается, влага конденсируется в капли облаков и кристаллы льда, высвобождая скрытое тепло. Это дополнительное потепление еще больше дестабилизирует атмосферу, усиливая движение вверх и укрепляя штормовую систему.

Даже относительно небольшие аномалии SST — различия всего в 1-2 ° C от долгосрочного среднего — могут значительно изменить влагоснабжение, доступное для проходящих штормовых систем. Исследования Национального управления океанических и атмосферных исследований показали, что положительные аномалии SST вдоль восточного побережья Соединенных Штатов коррелируют с увеличением снегопада во время ни'востока, особенно в сочетании с благоприятными моделями ветра верхнего уровня. Этот эффект повышения влажности наиболее выражен, когда разница температур между поверхностью моря и воздухом превышает 10 ° C (18 ° F).

Атмосферная нестабильность и циклогенез

Прибрежные регионы являются питательными условиями для циклогенеза — рождения и интенсификации систем низкого давления. Когда ранее существовавшее атмосферное возмущение перемещается в море, оно сталкивается с теплым, влажным морским слоем. Контраст между холодной поверхностью суши и теплым океаном создает сильные температурные градиенты вдоль береговой линии, которые, в свою очередь, генерируют горизонтальные перепады давления, которые приводят к циклонической циркуляции. Этот процесс, известный как «бароклиническая нестабильность», является основным механизмом развития зимних штормов вдоль континентальных окраин.

Одним из наиболее драматических выражений циклогенеза, усиленного океаном, является взрывной циклогенез или «бомбогенез» в разговорных терминах. Буря подвергается бомбогенезу, когда ее центральное давление падает по крайней мере на 24 миллибара за 24 часа при широте 60°N. Эта быстрая интенсификация гораздо чаще встречается над океанскими водами, чем над сушей, потому что океан обеспечивает теплый, влажный воздух, необходимый для подпитки процесса. Бомбы могут производить ураганные ветры, экстремальные скорости снегопада и наводнения штормового нагона - все в пределах одной метеорологической системы. Учебный пример - «1991 Хэллоуин Нор'истер» (также известный как Идеальный шторм), который углубился взрывоопасно у побережья Новой Англии и генерировал волны, превышающие 100 футов.

Прибрежные характеристики Versus Inland Blizzard

Доступность влаги и интенсивность снегопада

Прибрежные метели обычно производят более высокие общие количества снегопада и более тяжелые скорости снега, чем внутренние штормы, получающие сопоставимое синоптическое воздействие. Причина заключается в обилии доступной влаги. Воздушная масса, проходящая более 200 миль открытого океана, может приобрести значительно больше водяного пара, чем один, путешествующий по суше, даже когда оба начинаются с одинаковыми начальными условиями. Эта дополнительная влажность непосредственно переводится в больше снега - предполагая, что температуры остаются достаточно холодными для образования снега.

Внутренние метели, напротив, часто развиваются из другого механизма. Эти штормы обычно формируются, когда арктические воздушные массы сталкиваются с влажным воздухом из Мексиканского залива или когда нарушения верхнего уровня вливаются в остаточное количество влаги из более ранних погодных систем. В то время как внутренние метели могут производить замечательные общие снегопады - Великая метель 1899 года похоронила большую часть Восточного побережья и интерьера несколькими футами снега - им не хватает устойчивого влажного обеспечения, которым пользуются прибрежные системы. Следовательно, внутренние штормы, как правило, имеют более короткую продолжительность сильного снегопада и более быструю очистку после прохождения первичной системы.

Ветровые узоры и снегоуборочная работа

Скорость ветра в прибрежных метельках часто выше, чем во внутренних штормах из-за уменьшения поверхностного трения над водой и более сильных градиентов давления, связанных с океаническим циклогенезом. Прибрежные районы также испытывают дополнительную опасность прибрежных наводнений от штормового нагона, который отсутствует во внутренних событиях.Сочетание сильных ветров, сильного снега и солевого спрея создает уникальные опасности вдоль непосредственной береговой линии, включая аккрецию льда на структурах и растительности.

Во внутренних регионах первичной опасностью ветра является дующий и дрейфующий снег, который может создавать суровые условия отбеливания даже тогда, когда общий снегопад скромный. Открытые сельскохозяйственные районы и равнины особенно восприимчивы, а видимость может падать до почти нулевых расстояний в районах, где скопился снег. Национальная метеорологическая служба отмечает, что многие предупреждения о метели в стране выдаются не из-за сильного снега, а потому, что ветры 35 миль в час или более поднимают свободный снег в воздух, уменьшая видимость до менее чем четверти мили. В прибрежных условиях сам снег часто более влажный и тяжелый, что уменьшает дуновение и дрейф, но увеличивает структурную нагрузку на здания и линии электропередач.

Температурные режимы

Еще одно ключевое различие между прибрежными и внутренними метелями связано с температурой. Прибрежные районы извлекают выгоду из умеренного влияния океанской воды, которая имеет тенденцию держать температуры немного теплее, чем внутренние местоположения на той же широте. Это может быть обоюдоострым мечом. С положительной стороны прибрежные жители могут испытывать немного менее экстремальный холод во время метельных событий. С отрицательной стороны, более теплые температуры вблизи побережья могут вызвать осадки, как дождь или мокрый, а не снег, особенно на ранних стадиях шторма. Эта линия дождевого снега часто определяет, получает ли прибрежный город калечащий снегопад или просто холодный дождь. В районе Бостона, например, часто наблюдается сдвиг границы дождевого снега назад и вперед по курсу нор-востока, что приводит к сложным проблемам прогнозирования.

Внутренние районы, далекие от океанической умеренности, испытывают более холодные температуры во время метели. Это гарантирует, что осадки выпадают преимущественно в виде снега, но это также означает, что любой снег, который выпадает, более сухой и более подвержен дуновению и дрейфу. Очень холодные температуры, которые сопровождают внутренние метели, представляют дополнительные риски, такие как быстрое образование льда на дорогах и повышенная опасность обморожения и переохлаждения для любого, пойманного на открытом воздухе без надлежащего укрытия.

Ключевые факторы, влияющие на тяжесть метели вблизи берегов

Аномалии температуры поверхности моря

Температура поверхности моря, пожалуй, является единственным наиболее важным океаническим фактором, влияющим на интенсивность прибрежной метели. Теплые аномалии SST обеспечивают дополнительное тепло и влагу, которые могут превратить умеренный шторм в крупное событие. И наоборот, более холодные, чем обычно, SST могут подавить интенсивность шторма, ограничивая доступную энергию. Гольфстрим с его теплыми водами, проходящими вдоль восточного побережья Соединенных Штатов, играет особенно важную роль в заправке ни'востока. Когда положение Гольфстрима сдвигается ближе или дальше от побережья, он изменяет градиент температуры и штормовой путь, влияя на то, какие регионы получают самый тяжелый снег.

Направление ветра относительно береговой линии

Угол, под которым ветер приближается к береговой линии, определяет, сколько океанской влаги достигает суши. Наземные ветры — ветры, дующие из океана в сторону суши — максимизируют перенос влаги и производят самый сильный снегопад в прибрежных районах. Оффшорные ветры, напротив, отодвигают влагу от земли, приводя к более четким условиям вдоль побережья, даже когда морской шторм усиливается. Наиболее опасные прибрежные метели возникают, когда система низкого давления отслеживает параллельно побережью, создавая длительный береговой поток. Эффект «снежной пушки» может произойти, когда ветры дуют перпендикулярно горному хребту сразу внутри страны, заставляя воздух подниматься и усиливая осадки.

Прибрежная топография и орографическое улучшение

Горы и холмы вдоль береговых линий могут резко усилить снегопад через орографическое поднятие. Когда влажный океанский воздух сталкивается с прибрежным горным хребтом, он вынужден подниматься, охлаждаться и конденсировать свою влагу. Этот процесс может привести к тому, что скорость снегопада в несколько раз выше, чем то, что произойдет на равнинной местности. Диапазон Сьерра-Невада в Калифорнии, прибрежные горы Британской Колумбии и горы побережья Японского моря испытывают экстремальные снегопады из-за этого механизма. В некоторых случаях орографическое улучшение может производить снежные глубины, измеренные в футах, а не дюймах от одного шторма. Горы Хоккайдо, Япония, например, получают более 20 футов снега ежегодно благодаря холодному сибирскому воздуху, протекающему над теплым Японским морем.

Штормовой трек и градиент давления

Траектория системы низкого давления относительно береговой линии определяет, в каких районах наблюдаются самые сильные ветры и самый сильный снег. Бури, отслеживающие только на шельфе, обычно производят самые интенсивные прибрежные метели, поскольку градиент давления сужается между углубляющимся низким над водой и более высоким давлением над сушей. Если шторм отслеживает слишком далеко на море, самый тяжелый снег может оставаться в море. Если он отслеживает слишком далеко внутри страны, шторм теряет свой океанический источник влаги и ослабевает. «идеальный» штормовой путь для прибрежных условий метели варьируется в зависимости от региона, но обычно включает центр низкого давления, движущийся параллельно береговой линии на расстоянии от 50 до 150 миль от берега.

Региональные тематические исследования: прибрежные метели по всему миру

Северо-восточные побережья США

Термин «нор-восточный» относится к любой сильной системе низкого давления, которая воздействует на побережье Новой Англии и Средней Атлантики, обычно формируясь у юго-восточного побережья или Каролины и отслеживая северо-восток. Эти штормы получают свое название от постоянных северо-восточных ветров, которые взрывают береговую линию. Некоторые из самых запоминающихся метелей в истории США были не восточными, включая Blizzard 1978 года, Blizzard 1996 года и шторм «Snowzilla» января 2016 года, который похоронил Вашингтон, округ Колумбия, менее 30 дюймов снега. Шторм января 2016 года продемонстрировал критическую роль влаги в океане: благоприятная фаза колебания Мэддена-Джулиана согрела западную Атлантику, обеспечив исключительную влагу, в которую шторм просочился, когда он двигался вверх по побережью.

Эффект Японского моря

В то время как регион Великих озер Северной Америки славится снегом, аналогичным, но гораздо более драматичным явлением, происходящим вдоль западного побережья Японии. Зимой холодный континентальный воздух из Сибири течет над относительно теплыми водами Японского моря. Разница температур может превышать 15 ° C (27 ° F), приводя к интенсивному испарению и образованию облаков. По мере того, как влажный воздух достигает горного позвоночника Японии, он вынужден подниматься, производя необычайный снегопад. Такие города, как Аомори и Саппоро, регулярно получают накопленные снежные глубины, превышающие 10 футов в течение зимы, и отдельные штормы могут упасть на 3-5 футов в одном событии. Эффект Японского моря является учебником пример того, как теплое океанское течение (Ток Цусима) в сочетании с холодным континентальным воздухом и прибрежной топографией производит одни из самых тяжелых снегопадов на Земле.

Европейские бури и метели

Европа переживает несколько иную картину, где зимние штормы часто приходят, поскольку преобладающие ветром «европейские бури» сопровождаются дождем, а не снегом, особенно вдоль Атлантического побережья. Однако, когда холодный континентальный воздух из Скандинавии или России пересекается с атлантической влагой, результатом могут быть сильные метели. Зима 1947 года в Великобритании видела продолжительные снегопады в сочетании с сильными ветрами, что привело к широко распространенным дрейфам и транспортным нарушениям. Совсем недавно шторм Эмма в 2018 году принес метели в Ирландию и западную Великобританию, поскольку он привлек влагу из Атлантики, в то время как холодный воздух хлынул с севера. Относительно теплые воды Североатлантического дрейфа играют решающую роль в обеспечении влаги этим штормам, так же, как Гольфстрим делает для Восточного побережья и востока.

Изменение климата и динамика прибрежного метели

Потепление океанов и увеличение влажности

Изменение климата повышает температуру поверхности моря по всему миру, что напрямую влияет на интенсивность прибрежной метели. Более теплый океан может удерживать и поставлять больше влаги в атмосферу, увеличивая потенциал для экстремальных снегопадов, когда условия в противном случае благоприятны. Это кажется нелогичным для многих людей, которые связывают глобальное потепление с меньшим количеством снега. Однако физика проста: более теплый воздух может удерживать больше водяного пара, и когда этот пар вынужден конденсироваться и замерзать, он производит больше снега. Исследования показывают, что самые интенсивные снежные бури в северо-восточных Соединенных Штатах стали более экстремальными за последнее столетие, с тенденцией, связанной с потеплением температуры поверхности моря в западной Атлантике.

Изменение траекторий шторма и частоты

В то время как отдельные штормы могут расти более интенсивно, общая частота зимних штормов в некоторых прибрежных регионах может снизиться. Климатические модели прогнозируют, что среднеширотные штормовые трассы будут смещаться в сторону полюса по мере нагревания планеты, потенциально уменьшая количество штормов, влияющих на такие места, как США, Средняя Атлантика и Южная Европа. Однако ожидается, что те штормы, которые происходят в более теплом климате, будут более богатыми влагой и способными производить большие количества снегопада. Чистый эффект для данного прибрежного города зависит от баланса между уменьшенной частотой и повышенной интенсивностью, предмет активных исследований в области науки о климате. Последняя оценка Межправительственной группы экспертов по изменению климата подчеркивает высокую уверенность в том, что тяжелые осадки, включая экстремальные зимние снегопады, будут усиливаться во многих регионах, несмотря на общие тенденции потепления.

Сокращение морского льда и его региональные последствия

Потеря арктического морского льда представляет собой еще один фактор изменения климата, влияющий на прибрежные метели. Открытая вода в Арктике позволяет большему количеству влаги проникать в атмосферу, которая затем может транспортироваться на юг по атмосферным схемам циркуляции. Некоторые исследования показывают, что снижение морского ледового покрова в Баренцевом и Карском морях может быть связано с более частыми вспышками холодного воздуха и сильным снегопадом в некоторых частях Европы и Северной Америки, явление, иногда описываемое как «теплая Арктика, холодные континенты». Этот механизм остается предметом дискуссий, но он иллюстрирует сложное взаимодействие между условиями океана и зимней погодой на больших расстояниях.

Прогнозирование и готовность к прибрежным метельникам

Достижения в численном прогнозировании погоды

Современное прогнозирование прибрежных метель опирается на модели численного прогнозирования погоды с высоким разрешением, которые явно имитируют взаимодействие между воздухом и морем. Модели, такие как Глобальная система прогнозирования (GFS) и модель Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) , включают данные о температуре поверхности моря в реальном времени, тепловые потоки океана и физику пограничного слоя для прогнозирования интенсивности шторма и количества снегопада. Несмотря на эти достижения, прогнозирование точного пути и интенсивности прибрежных штормов остается сложной задачей, особенно в отношении линии дождевого снега. Небольшие ошибки в положении шторма всего 30-50 миль могут означать разницу между 2 футами снега и 2 дюймами дождя для крупного прибрежного города.

Практическая готовность жителей прибрежных районов

Жители прибрежных районов, подверженных метели, должны готовиться как к снегу, так и к потенциальному прибрежному наводнению. Сочетание сильных ветров, сильного мокрого снега и штормового нагона может повредить дома, выбить электроэнергию и заблокировать дороги. Наличие аварийного комплекта, который включает в себя запасы на 72 часа самообеспечения. Уделяя внимание часам и предупреждениям Национальной метеорологической службы, особенно разнице между зимними штормовыми часами (условия возможны в течение 48 часов) и предупреждением о метели (условия, возможные в течение 12-24 часов), может помочь жителям принять своевременные меры. Прибрежные жители также должны знать, что условия метели могут быстро развиваться, особенно когда шторм подвергается бомбогенезу на море. Наличие плана как укрытия на месте, так и эвакуации (если прибрежное наводнение находится под угрозой) имеет решающее значение для безопасности.

Заключение

Связь между океанами и интенсивностью метели имеет основополагающее значение для понимания зимней погоды в прибрежных регионах. Океаны обеспечивают влагу и тепло, которые питают развитие шторма, в то время как береговая топография и штормовые трассы определяют, где выпадает самый тяжелый снег. Прибрежные метели отличаются от своих внутренних аналогов по содержанию влаги, скорости ветра, температурным профилям и связанным с ними опасностям. По мере глобального потепления климат может становиться менее частым, но более экстремальным, когда они происходят, поднимая важные вопросы для планирования инфраструктуры и управления чрезвычайными ситуациями. Для любого, кто живет вблизи береговой линии в снежной широте, оценка роли океана в формировании метели - это не просто академическое упражнение - это необходимые знания для обеспечения безопасности во время самых тяжелых зимних погодных явлений.

Понимание того, что интенсивность метели связана с температурой и влажностью прилегающих океанских вод, позволяет синоптикам своевременно выдавать предупреждения и помогает сообществам готовиться к этим опасным штормам.По мере продолжения исследований и улучшения климатических моделей наша способность предсказывать и реагировать на прибрежные метели будет только более утонченной, что в конечном итоге повысит общественную безопасность перед лицом самых мощных зимних штормов природы.