Всплеск ветра: нисходящие потоки и опасность для авиации.

Введение

Сильные поверхностные ветры, расходящиеся из одной точки.

В метеорологии, даунберст (нисходящий поток) – это мощная система ветра, направленная вниз и наружу, возникающая из точечного источника в верхних слоях атмосферы и распространяющаяся радиально, то есть по прямым линиям во всех направлениях от точки воздействия на уровне поверхности. Он формируется в условиях глубокой, влажной конвекции, например, при развитии облаков Cumulus congestus или Cumulonimbus. Способен создавать разрушительные ветры, даунберст иногда путают с торнадо, где высокоскоростные ветры вращаются вокруг центральной области, а воздух движется внутрь и вверх. Обычно даунберсты длятся от нескольких секунд до нескольких минут. Даунберсты представляют собой особенно сильные нисходящие потоки внутри гроз (или глубокой, влажной конвекции, поскольку иногда они формируются из кумулонимбусных или даже кумулоконгестусных облаков, не сопровождающихся молниями). Чаще всего даунберсты создаются областью значительно охлажденного воздуха, насыщенного осадками, который, достигнув поверхности (опускаясь), распространяется во всех направлениях, вызывая сильные ветры. Сухие даунберсты связаны с грозами, в которых выпадает мало осадков, в то время как влажные даунберсты формируются грозами с обильными осадками. Микро- и макро-даунберсты – это даунберсты малого и большого масштаба соответственно. Редкий вид сухого даунберста, тепловой взрыв, возникает из-за вертикальных потоков на задней стороне старых фронтов оттока и линий шквала, где отсутствуют осадки. Тепловые взрывы генерируют значительно более высокие температуры из-за отсутствия охлаждающего эффекта осадков при их формировании и компрессионного нагрева при спуске. Даунберсты являются важной темой для обсуждения в авиации, поскольку они создают вертикальный сдвиг ветра, который может быть опасен для полетов, особенно во время посадки (или взлета), когда диапазон рабочих скоростей наиболее узок. Несколько смертельных и известных авиакатастроф в прошлом десятилетии были связаны с этим явлением, и обучение летных экипажей уделяет большое внимание правильному распознаванию и восстановлению после даунберста/сдвига ветра. Восстановление после сдвига ветра, наряду с другими неблагоприятными погодными явлениями, является стандартной темой в тренировках на авиационных тренажерах, которые проходят и успешно завершают летные экипажи по всему миру. Технологии обнаружения и краткосрочного прогнозирования также были внедрены во многих странах мира, особенно вокруг крупных аэропортов, которые во многих случаях оснащены оборудованием для обнаружения сдвига ветра непосредственно на территории аэропорта. Это оборудование помогает диспетчерам воздушного движения и пилотам принимать решения о безопасности и возможности выполнения полетов на или вблизи аэропорта во время штормов.

In meteorology, a downburst is a strong downward and outward gushing wind system that emanates from a point source above and blows radially, that is, in straight lines in all directions from the area of impact at surface level. It originates under deep, moist convective conditions like Cumulus congestus or Cumulonimbus. Capable of producing damaging winds, it may sometimes be confused with a tornado, where high velocity winds circle a central area, and air moves inward and upward. These usually last for seconds to minutes. Downbursts are particularly strong downdrafts within thunderstorms (or deep, moist convection as sometimes downbursts emanate from cumulonimbus or even cumulus congestus clouds that are not producing lightning). Downbursts are most often created by an area of significantly precipitation cooled air that, after reaching the surface (subsiding), spreads out in all directions producing strong winds. Dry downbursts are associated with thunderstorms that exhibit very little rain, while wet downbursts are created by thunderstorms with significant amounts of precipitation. Microbursts and macrobursts are downbursts at very small and larger scales, respectively. A rare variety of dry downburst, the heat burst, is created by vertical currents on the backside of old outflow boundaries and squall lines where rainfall is lacking. Heat bursts generate significantly higher temperatures due to the lack of rain cooled air in their formation and compressional heating during descent. Down bursts are a topic of notable discussion in aviation, since they create vertical wind shear, which has the potential to be dangerous to aviation, especially during landing (or takeoff), where airspeed performance windows are the most narrow. Several fatal and historic crashes in past decades are attributed to the phenomenon and flight crew training goes to great lengths on how to properly recognize and recover from a downburst/wind shear event; wind shear recovery, among other adverse weather events, are standard topics across the world in flight simulator training that flight crews receive and must successfully complete. Detection and nowcasting technology was also implemented in much of the world and particularly around major airports, which in many cases actually have wind shear detection equipment on the field. This detection equipment helps air traffic controllers and pilots make decisions on the safety and feasibility of operating on or in the vicinity of the airport during storms.

Определение

Порыв ветра возникает из-за столба опускающегося воздуха, который, достигнув поверхности, распространяется во всех направлениях и способен создавать разрушительные прямолинейные ветры, часто наносящие ущерб, схожий, но отличимый от ущерба, вызванного торнадо. Порывы ветра, сопровождающиеся осадками, известны как влажные порывы. Обычно они формируются из охлажденного осадками воздуха, устремляющегося к поверхности, но также могут быть вызваны сильными ветрами на высоте, отклоняемыми к поверхности динамическими процессами в грозе (см. задний нисходящий поток). Большинство порывов ветра имеют размер менее 2,5 миль (4 км): они называются микропорывами. Порывы ветра размером более 2,5 миль (4 км) иногда называют макропорывами. Термин «микропорыв» был определен экспертом по мезомасштабной метеорологии Тедом Фуджитой как воздействие на область диаметром или менее, что отличает их как тип порыва ветра и отделяет от обычного сдвига ветра, который может охватывать большие территории. Фуджита также ввел термин «макропорыв» для порывов ветра большего размера, чем .

Сухие микровсплески

Когда дождь выпадает ниже основания облака или смешивается с сухим воздухом, он начинает испаряться, и этот процесс испарения охлаждает воздух. Более плотный холодный воздух опускается и ускоряется по мере приближения к поверхности земли. Когда холодный воздух достигает поверхности, он распространяется во все стороны. Сильные ветры, распространяющиеся по такому шаблону с небольшой или отсутствующей кривизной, называются прямолинейными ветрами. Сухие микропотоки обычно образуются высоко расположенными грозами, содержащими мало или совсем не содержащими осадков, достигающих земли. Они возникают в условиях, характеризующихся термодинамическим профилем, демонстрирующим перевернутую V-образную форму на тепловом и влажностном профиле, как видно на термодинамической диаграмме Skew T log P. Вакимото (1985) разработал концептуальную модель (для Высоких равнин Соединенных Штатов) среды сухого микропотока, включающую три важных переменных: влажность среднего уровня, основание облака в средней тропосфере и низкую относительную влажность поверхности. Эти условия способствуют испарению влаги из воздуха по мере его падения, охлаждая воздух и ускоряя его падение из-за увеличения плотности.

Прямолинейные ветры

Прямолинейные ветры (также известные как ветры плуга, грозовые порывы и ураганы прерий) – это очень сильные ветры, способные наносить разрушения, при этом не демонстрирующие характерной для торнадо картины вращающихся повреждений. Прямолинейные ветры обычно связаны с выносным фронтом грозы или возникают в результате даунберста (нисходящего потока) из грозы. Эти явления могут вызывать значительный ущерб даже при отсутствии торнадо. Порывы ветра могут достигать [значение], а скорость ветра [значение] или выше может сохраняться более двадцати минут. В Соединенных Штатах такие прямолинейные ветры наиболее распространены весной, когда нестабильность в атмосфере максимальна и погодные фронты регулярно пересекают страну. Прямолинейные ветры в форме derechos могут возникать на всей восточной половине США.

Прямолинейные ветры могут быть опасны для морского транспорта. Небольшие суда, катера и парусные яхты подвергаются риску от этого метеорологического явления.

Формирование

Формирование нисходящего потока начинается с падения града или крупных капель дождя сквозь более сухой воздух. Град тает, а капли дождя испаряются, отбирая скрытую теплоту у окружающего воздуха и значительно его охлаждая. Более холодный воздух имеет большую плотность, чем теплый воздух вокруг него, поэтому он опускается к поверхности. При столкновении с землей или водой холодный воздух распространяется, и можно наблюдать мезомасштабный фронт в виде порывистого ветра. Области непосредственно под и вблизи нисходящего потока испытывают самые сильные ветры и осадки, если они присутствуют. Кроме того, поскольку охлажденный дождем воздух опускается из средней тропосферы, наблюдается значительное понижение температуры. Взаимодействуя с поверхностью, нисходящий поток быстро теряет силу, рассеиваясь и принимая характерную "изогнутую форму", обычно наблюдаемую на периферии микропотока (см. рисунок). Нисходящие потоки обычно длятся всего несколько минут, после чего рассеиваются, за исключением случаев с линиями шквала и деречо. Однако, несмотря на свою короткую продолжительность, микропотоки представляют серьезную опасность для авиации и имущества и могут привести к значительному ущербу. Нисходящие потоки проходят три стадии в своем цикле: стадию нисходящего потока, стадию выброса и стадию смягчения.

Опасность для зданий

21 июня 2023 года сильная гроза в районе Большого Хьюстона вызвала мощный нисходящий порыв ветра (даунберст). Шторм был частью более обширной серии торнадо, наблюдавшейся с 20 по 26 июня 2023 года. На Международном аэропорту имени Джорджа Буша был зафиксирован рекордный порыв ветра 97 миль/ч (156 км/ч), превышающий предыдущий рекорд в 82 мили/ч (132 км/ч), зарегистрированный во время урагана «Айк» в 2008 году. В результате около 324 000 потребителей остались без электроснабжения, а оборудование и инфраструктура компании CenterPoint Energy получили значительные повреждения. Шторм нанес существенный ущерб зданиям, повреждено как минимум 243 дома. Сила шторма была достаточной, чтобы перевернуть небольшой самолет и сдвинуть другой с взлетно-посадочной полосы в аэропорту Хукс на северо-западе округа Харрис. 21 мая 2022 года в Оттаве, провинция Онтарио, Канада, произошел особенно интенсивный даунберст. Максимальная скорость ветра была исследована и проанализирована проектом Northern Tornadoes Project на территории площадью примерно 36 км в длину и 5 км в ширину. Погибло 10 человек, многие населенные пункты понесли значительные разрушения и столкнулись с длительными отключениями электроэнергии в результате деречо, прошедшего через Онтарио и Квебек. Это был один из самых разрушительных ветровых штормов в истории Канады, нанесший ущерб на сумму более 875 миллионов долларов в обеих провинциях. 31 марта 2019 года очень разрушительное скопление даунберстов, обладающее характеристиками небольшого деречо, но не соответствующее критериям для его классификации, затронуло обширную территорию в округах Бара и Парса, Непал. Произошедший на высоте около 18:45 по местному времени, ветер продолжительностью 30–45 минут повалил множество деревьев и серьезно повредил многочисленные здания, что привело к 28 смертельным случаям и сотням раненых. 15 мая 2018 года через северо-восточные Соединенные Штаты, в частности, Нью-Йорк и Коннектикут, прошел чрезвычайно мощный фронт, причинивший значительный ущерб. Почти полмиллиона человек остались без электричества, погибло 5 человек. Зафиксированы порывы ветра, превышающие 100 миль/ч, Национальной метеорологической службой (NWS) было подтверждено несколько торнадо и макровзрывов. 3 апреля 2018 года влажный микровзрыв обрушился на аэропорт Уильяма П. Хобби в Техасе в 23:53, в результате чего частично обрушился ангар самолетов. Повреждено шесть бизнес-джетов (четыре находились в ангаре и два снаружи). Предупреждение о сильной грозе было выдано за несколько секунд до удара микровзрыва. 23 мая 2017 года влажный микровзрыв обрушился на Сили, штат Техас, с порывами ветра, повалившими деревья и оборвавшими линии электропередач. Сообщалось о значительном ущербе строениям в Сили. Двадцать учеников получили незначительные травмы от летящих обломков во время мероприятия в средней школе Сили. 9 августа 2016 года влажный микровзрыв обрушился на город Кливленд-Хайтс, штат Огайо, восточный пригород Кливленда. Шторм развивался очень быстро. Грозы начались к западу от Кливленда в 21:00, а Национальная метеорологическая служба выдала предупреждение о сильной грозе в 21:55. К 22:20 шторм прошел над округом Куяхога. Молния ударяла 10 раз в минуту над Кливленд-Хайтс. Более 45 000 человек остались без электричества, а ущерб был настолько серьезным, что почти 6000 домов оставались без электричества еще два дня. 18 августа 2011 года влажный микровзрыв обрушился на музыкальный фестиваль Pukkelpop в Хассельте, причинив серьезный локальный ущерб. Пять человек погибли и по меньшей мере 140 получили ранения. Последующие исследования показали, что скорость ветра достигала 22 сентября 2010 года в районе Хигвиш в Чикаго произошел влажный микровзрыв, причинивший серьезный локальный ущерб и локальные отключения электроэнергии, включая падение деревьев на по меньшей мере четыре дома. Смертельных случаев не зарегистрировано. 16 сентября 2010 года, вскоре после 17:30, влажный макровзрыв с порывами ветра обрушился на центральные районы Квинса в Нью-Йорке, причинив значительный ущерб деревьям, зданиям и транспортным средствам на территории площадью 13 км в длину и 8 км в ширину. По некоторым данным, было повалено около 3000 деревьев. Один человек погиб, когда на машину на Гранд-Сентрал-Парквей упало дерево. 24 июня 2010 года, вскоре после 16:30, влажный микровзрыв обрушился на город Шарлоттсвилл, штат Вирджиния. Полевые отчеты и оценки ущерба показали, что во время шторма в Шарлоттсвилле произошло несколько даунберстов, при этом скорость ветра оценивалась более чем в 100 миль/ч. За считанные минуты деревья и оборванные линии электропередач заблокировали дороги. В несколько домов попали деревья. Сразу после шторма до 60 000 клиентов Dominion Power в Шарлоттсвилле и прилегающем округе Альбемарл остались без электричества. 11 июня 2010 года, около 3:00, влажный микровзрыв обрушился на район на юго-западе Су-Фолс, штат Южная Дакота. Он нанес серьезный ущерб четырем домам, все из которых были заняты. О раненых не сообщалось. С крыш гаражей были сорваны крыши, а стены были разрушены предполагаемым ветром в 100 миль/ч. Стоимость ремонта оценивалась в 500 000 долларов и более. 2 мая 2009 года, по данным Национальной метеорологической службы, легковесное стальное здание с сеткой в Ирвинге, штат Техас, используемое для тренировок футбольной команды Dallas Cowboys, было разрушено микровзрывом. 12 марта 2006 года микровзрыв обрушился на Лоуренс, штат Канзас. 60 процентов зданий кампуса Университета Канзаса получили ту или иную степень повреждений в результате шторма. Предварительные оценки стоимости ремонта составили от 6 до 7 миллионов долларов. 13 мая 1989 года микровзрыв с ветром более 100 миль/ч обрушился на Форт-Худ, штат Техас. Повреждено более 200 вертолетов армии США. Шторм повредил по меньшей мере 20 процентов зданий форта, вынудив 25 военных семей покинуть свои помещения. В предварительной оценке ущерба армия заявила, что ремонт почти 200 вертолетов обойдется в 585 миллионов долларов, а ремонт зданий и других объектов — примерно в 15 миллионов долларов. 9 мая 1980 года микровзрыв на переднем крае надвигающегося холодного фронта обрушился на грузовое судно MV Summit Venture длиной 184,71 м как раз перед тем, как оно должно было пройти через узкий канал под мостом Sunshine Skyway Bridge над заливом Тампа. Внезапный проливной дождь обнулил видимость, а порывы ветра, оцениваемые более чем в 100 миль/ч, столкнули судно в опорную опору, что привело к катастрофическому обрушению южного пролета и гибели 35 человек, поскольку несколько частных автомобилей и автобус Greyhound упали с высоты 45,72 м в воду. 4 июля 1977 года Деречо дня независимости 1977 года сформировалось над западной центральной Миннесотой. По мере продвижения деречо на восток-юго-восток оно стало очень интенсивным над центральной Миннесотой около полудня. С этого момента и в течение всего дня система производила ветры от 80 до более 100 миль/ч, с областями экстремальных разрушений от центральной Миннесоты до северной Висконсина. Деречо продолжало быстро двигаться на юго-восток, прежде чем окончательно ослабло над северным Огайо.

On June 21, 2023, a severe thunderstorm in the Greater Houston area resulted in a powerful downburst. The storm was part of a larger tornado outbreak sequence that occurred from June 20–26, 2023. A record breaking wind gust of 97 mph (156 km/h) was observed at George Bush Intercontinental Airport, surpassing the previous record of 82 mph (132 km/h) recorded during Hurricane Ike in 2008. The aftermath left approximately 324,000 customers without power and caused extensive damage to CenterPoint Energy's equipment and infrastructure. The storm caused significant damage to buildings, with at least 243 homes damaged. The storm was strong enough to flip a small plane and push another off the tarmac at Hooks Airport in northwest Harris County. On 21 May 2022, a particularly intense downburst was responsible for damage in Ottawa, Ontario, Canada. Maximum wind speeds reaching were surveyed and analyzed by the Northern Tornados Project, in an area measuring approximately 36 km (22 mi) long and 5 km (3 mi) wide. 10 people were killed and many communities experienced significant damage and power outages spanning days as a result of the derecho that moved across Ontario and Quebec. It was one of Canada's most destructive wind storms in its history, with over $875 million in damages across both provinces. On 31 March 2019, a very destructive downburst cluster with characteristics of a small derecho, but too small to satisfy the criteria, impacted across a wide and long swath in the Bara and Parsa Districts, Nepal. Occurring at an elevation of amsl around 18:45 local time, the 30 45 min duration winds flattened many and severely damaged numerous buildings, leading to 28 deaths and hundreds of injuries. On 15 May 2018, an extremely powerful front moved through the northeastern United States, specifically New York and Connecticut, causing significant damage. Nearly a half million people lost power and 5 people were killed. Winds were recorded in excess of and several tornadoes and macrobursts were confirmed by the NWS. On 3 April 2018, a wet microburst struck William P. Hobby Airport, Texas at 11:53 PM, causing an aircraft hangar to partially collapse. Six business jets (four stored in the hangar and two outside) were damaged. A severe thunderstorm warning was issued just seconds before the microburst struck. On 23 May 2017, a wet microburst struck Sealy, Texas with winds knocking down trees and power lines. Significant damage to structures was reported across Sealy. Twenty students were slightly injured by flying debris while attending a function at Sealy High School. On 9 August 2016, a wet microburst struck the city of Cleveland Heights, Ohio, an eastern suburb of Cleveland. The storm developed very quickly. Thunderstorms developed west of Cleveland at 9 PM, and the National Weather Service issued a severe thunderstorm warning at 9:55 PM. The storm had passed over Cuyahoga County by 10:20 PM. Lightning struck 10 times per minute over Cleveland Heights. More than 45,000 people lost power, with damage so severe that nearly 6,000 homes remained without power two days later. On 18 August 2011, a wet microburst hit the musical festival Pukkelpop in Hasselt, causing severe localized damage. Five people were killed and at least 140 people were injured. Later research showed that the wind reached speeds of On 22 September 2010, in the Hegewisch neighborhood of Chicago, a wet microburst hit, causing severe localized damage and localized power outages, including fallen tree impacts into at least four homes. No fatalities were reported. On 16 September 2010, just after 5:30 PM, a wet macroburst with winds of hit parts of Central Queens in New York City, causing extensive damage to trees, buildings, and vehicles in an area 8 miles long and 5 miles wide. Approximately 3,000 trees were knocked down by some reports. There was one fatality when a tree fell onto a car on the Grand Central Parkway. On 24 June 2010, shortly after 4:30 PM, a wet microburst hit the city of Charlottesville, Virginia. Field reports and damage assessments show that Charlottesville experienced numerous downbursts during the storm, with wind estimates at over In a matter of minutes, trees and downed power lines littered the roadways. A number of houses were hit by trees. Immediately after the storm, up to 60,000 Dominion Power customers in Charlottesville and surrounding Albemarle County were without power. On 11 June 2010, around 3:00 AM, a wet microburst hit a neighborhood in southwestern Sioux Falls, South Dakota. It caused major damage to four homes, all of which were occupied. No injuries were reported. Roofs were blown off of garages and walls were flattened by the estimated winds. The cost of repairs was thought to be $500,000 or more. On 2 May 2009, the lightweight steel and mesh building in Irving, Texas used for practice by the Dallas Cowboys football team was flattened by a microburst, according to the National Weather Service. On 12 March 2006, a microburst hit Lawrence, Kansas. 60 percent of the University of Kansas campus buildings sustained some form of damage from the storm. Preliminary estimates put the cost of repairs at between $6 million and $7 million. On 13 May 1989, a microburst with winds over hit Fort Hood, Texas. Over 200 U. S. Army helicopters were damaged. The storm damaged at least 20 percent of the fort's buildings, forcing 25 military families from their quarters. In a preliminary damage estimate, the Army said repairs to almost 200 helicopters would cost $585 million and repairs to buildings and other facilities about $15 million. On May 9, 1980, a microburst at the leading edge of an advancing cold front struck the 184.71 m freighter MV Summit Venture just as it was about to pass through the narrow channel under the Sunshine Skyway Bridge over Tampa Bay. Sudden torrential rain cut visibility to zero and straight line winds estimated at over pushed the ship into a support pier, causing the catastrophic collapse of the southbound span and 35 deaths as several private vehicles and a Greyhound Bus plummeted 45.72 m into the water. On 4 July 1977, the Independence Day Derecho of 1977 formed over west central Minnesota. As the derecho moved east southeast, it became very intense over central Minnesota around midday. From that time through the afternoon the system produced winds of 80 to more than , with areas of extreme damage from central Minnesota into northern Wisconsin. The derecho continued rapidly southeast before finally weakening over northern Ohio.