Крюкообразное эхо и признаки торнадо в суперячейковых грозах.

Введение

Сигнатура метеорологического радара, указывающая на вращение в грозе сверхячейки, способное породить торнадо.

"Крюковидное эхо" – это характерная на радаре форма, напоминающая подвеску или крюк, наблюдаемая в некоторых грозах сверхячеек. Оно формируется в нижней части грозы, когда воздух и осадки устремляются в мезоциклон, создавая изогнутую область повышенной отражательной способности. Это эхо возникает из-за дождя, града или даже обломков, закрученных вокруг сверхячейки. Является одним из классических признаков грозы, способной породить торнадо. Национальная метеорологическая служба может считать наличие крюковидного эхо, совпадающего с сигнатурой вихря торнадо, достаточным основанием для выдачи предупреждения о торнадо.

История

Из-за непредсказуемого и потенциально катастрофического характера торнадо, возможность обнаружения торнадо с помощью радара обсуждалась в метеорологическом сообществе с первых дней развития метеорологических радаров. Первая связь между торнадо и «крюковым эхом» была установлена Э. М. Бруксом в 1949 году. Брукс отметил циркуляции радиусом примерно 8–16 км на радиолокационных изображениях. Эти циркуляции были связаны с суперъячейковыми грозами и были названы Бруксом «торнадоциклонами». Первое задокументированное сопоставление крюкового эха и подтвержденного торнадо произошло 9 апреля 1953 года в районе Урбана-Шампейн, штат Иллинойс. Это событие было случайно обнаружено инженером-электриком из Иллинойского государственного геологического обследования Дональдом Стаггсом. Стаггс ремонтировал и испытывал экспериментальный радиолокационный прибор для измерения количества осадков, когда заметил необычное радиолокационное отражение, связанное с близлежащей грозой. Необычное отражение представлялось областью осадков в форме цифры шесть, отсюда и современный термин «крюковое эхо». Стаггс решил записать это отражение для дальнейшего анализа метеорологами. После изучения данных этого необычного отражения метеорологи Ф. А. Хафф, Х. В. Хайзер и С. Г. Биглер установили, что разрушительное торнадо произошло в географическом месте, которое соответствовало «шестиобразному» эху, зафиксированному на радаре. Известный исследователь сильных штормов Тед Фуджита также задокументировал крюковые эха, связанные с различными суперъячейковыми грозами, которые произошли 9 апреля 1953 года – в тот же день, что и открытие Хаффа и др. После детального изучения эволюции крюковых эхо Фуджита предположил, что некоторые сильные грозы могут обладать способностью к вращению. Дж. Р. Фулкс разработал первую гипотезу о формировании крюковых эхо в 1962 году. Фулкс проанализировал данные о скорости ветра, полученные с доплеровских метеорологических радаров, установленных в Центральном Оклахоме в 1960 году. Доплеровские данные о скорости ветра во время гроз показали связь между сильным горизонтальным сдвигом ветра и мезоциклонами, которые были идентифицированы как потенциально способные генерировать торнадо.

Because of the unpredictable and potentially catastrophic nature of tornadoes, the possibility of detecting tornadoes via radar was discussed in the meteorological community in the earliest days of meteorological radar. The first association between tornadoes and the hook echo was discovered by E. M. Brooks in 1949. Brooks noted circulations with radii of approximately 8–16 km on radar. These circulations were associated with supercell thunderstorms and were dubbed “tornado cyclones” by Brooks. The first documented association between a hook echo and a confirmed tornado occurred near Urbana Champaign, Illinois on 9 April 1953. This event was unintentionally discovered by Illinois State Water Survey electrical engineer Donald Staggs. Staggs was repairing and testing an experimental precipitation measurement radar unit when he noticed an unusual radar echo which was associated with a nearby thunderstorm. The unusual echo appeared to be an area of precipitation in the shape of the number six hence the modern term “hook echo”. Staggs chose to record the echo for further analysis by meteorologists. Upon review of the unusual echo data, meteorologists F. A. Huff, H. W. Heiser, and S. G. Bigler determined that a destructive tornado had occurred in the geographical location which corresponded with the "six shaped" echo seen on radar. Prominent severe storm researcher Ted Fujita also documented hook echoes with various supercell thunderstorms which occurred on 9 April 1953 the same day as the Huff et al. discovery. After detailed study of the evolution of hook echoes, Fujita hypothesized that certain strong thunderstorms may be capable of rotation. J. R. Fulks developed the first hypothesis on the formation of hook echoes in 1962. Fulks analyzed wind velocity data from Doppler weather radar units which were installed in Central Oklahoma in 1960. Doppler data on wind velocity during thunderstorms demonstrated an association between strong horizontal wind shear and mesocyclones, which were identified as having the potential to produce tornadoes.

Ограничение наблюдений

Эхо крюка не всегда очевидно. Особенно в южных штатах США грозы часто имеют структуру с большим количеством осадков, окружающих мезоциклон, что приводит к появлению суперячейки с высокой интенсивностью осадков (HP), которая маскирует форму крюка. У суперячеек HP вместо этого часто наблюдается высокоотражающий выступ или выемка на переднем фланге (FFN), напоминающая форму "бобовой почки". Другим ограничивающим фактором является разрешение радара. До 2008 года радиус действия радаров NEXRAD составлял 1000 метров, в то время как процессы, приводящие к образованию эха крюка, происходят в меньшем масштабе.