Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Внезапное повышение температуры атмосферы
Sudden increase in atmospheric temperature
В метеорологии тепловой выброс – редкое атмосферное явление, характеризующееся внезапным, локализованным повышением температуры воздуха у поверхности Земли. Тепловые выбросы обычно происходят ночью и связаны с затухающими грозами. Они также характеризуются крайне сухим воздухом и иногда сопровождаются очень сильными, даже разрушительными ветрами. Хотя механизм этого явления полностью не изучен, считается, что оно возникает, когда дождь испаряется (вирга) в объём холодного, сухого воздуха на большой высоте, делая этот воздух плотнее окружающего. Этот объём воздуха быстро опускается, нагреваясь при сжатии, проскакивает свой уровень равновесия и достигает поверхности, подобно даунбёрсту. Зарегистрированные температуры во время тепловых выбросов достигали значительно высоких значений, иногда повышаясь на несколько градусов или более всего за несколько минут.
In meteorology, a heat burst is a rare atmospheric phenomenon characterized by a sudden, localized increase in air temperature near the Earth's surface. Heat bursts typically occur during night time and are associated with decaying thunderstorms. They are also characterized by extremely dry air and are sometimes associated with very strong, even damaging, winds. Although the phenomenon is not fully understood, the event is thought to occur when rain evaporates (virga) into a parcel of cold, dry air high in the atmosphere, making the air denser than its surroundings. The parcel descends rapidly, warming due to compression, overshoots its equilibrium level, and reaches the surface, similar to a downburst. Recorded temperatures during heat bursts have reached well above , sometimes rising by or more within only a few minutes.
Характеристики
В целом, тепловые всплески происходят в конце весны и летом. В это время грозы, связанные с воздушными массами, обычно формируются из-за дневного нагрева и теряют основную энергию к вечеру. Вследствие потенциального повышения температуры, тепловые всплески чаще всего наблюдаются ночью, хотя зафиксированы и случаи их возникновения днем. Продолжительность тепловых всплесков может сильно варьироваться – от нескольких минут до нескольких часов. Это явление обычно сопровождается сильными порывистыми ветрами, резкими изменениями температуры и значительным снижением влажности. Они могут возникать на завершающей стадии ослабевающего грозового комплекса. Во время грозы также может присутствовать сухой воздух и температурная инверсия у поверхности земли.
In general, heat bursts occur during the late spring and summer seasons. During these times, air mass thunderstorms tend to generate due to daytime heating and lose their main energy during the evening hours. Due to the potential temperature increase, heat bursts normally occur at night, though they have also been recorded during the daytime. Heat bursts can vary widely in duration, from a couple of minutes to several hours. The phenomenon is usually accompanied by strong gusty winds, extreme temperature changes, and an extreme decrease in humidity. They may occur near the end of a weakening thunderstorm cluster. Dry air and a low level temperature inversion may also be present during the storm.
Причины
Считается, что тепловые всплески вызываются механизмом, схожим с механизмом даунбёрстов. Когда гроза начинает ослабевать, слой облаков начинает подниматься вверх. После подъема облаков остается слой воздуха, охлажденный дождем. Скопление выбрасывает вниз к земле поток ненасыщенного воздуха. При этом система теряет всю энергию, связанную с восходящими потоками. Капли дождя начинают испаряться в сухом воздухе, что усиливает эффект теплового всплеска (испарение охлаждает воздух, увеличивая его плотность). По мере опускания ненасыщенного воздуха в нижние слои атмосферы давление воздуха возрастает. Спускающийся воздушный пакет нагревается со скоростью сухого адиабатического градиента, примерно 10 °C на 1000 метров (5.5 °F на 1000 футов) высоты. Теплый воздух из скопления вытесняет холодный воздух у поверхности земли. Эффект похож на то, как если бы кто-то подул на лужу воды. 4 марта 1990 года Национальная метеорологическая служба в Гудленде, штат Канзас, зафиксировала ослабевающую систему с небольшими дождями и снегом. За этим последовали порывы ветра и повышение температуры. Это подтвердило, что тепловые всплески могут возникать как летом, так и зимой, а также что для развития теплового всплеска не обязательно, чтобы гроза ослабевала.
Heat bursts are thought to be caused by a mechanism similar to that of downbursts. As the thunderstorm starts to dissipate, the layer of clouds starts to rise. After the clouds have risen, a rain cooled layer remains. The cluster shoots a burst of unsaturated air down towards the ground. In doing so, the system loses all of its updraft related fuel. The raindrops begin to evaporate into dry air, which reinforces the effects of the heat burst (evaporation cools the air, increasing its density). As the unsaturated air descends into lower levels of the atmosphere, the air pressure increases. The descending air parcel warms at the dry adiabatic lapse rate of approximately 10 °C per 1000 meters (5.5 °F per 1000 feet) of descent. The warm air from the cluster replaces the cool air on the ground. The effect is similar to someone blowing down on a puddle of water. On 4 March 1990, the National Weather Service in Goodland, Kansas, detected a system that had weakened, containing light rain showers and snow showers. It was followed by gusty winds and a temperature increase. The detection proved that heat bursts can occur in both summer months and winter months, and also that a weakening thunderstorm was not necessary for the development of a heat burst.
Прогнозирование
Первый шаг в прогнозировании и подготовке к тепловым выбросам – распознавание событий, которым они предшествуют. Дождь из облака сильной конвекции падает ниже уровня облака и испаряется, охлаждая воздух. Воздушные массы, более холодные, чем окружающая среда, опускаются. В завершение, преобразование температуры в сочетании с инерцией нисходящего потока продолжается вниз, пока воздух не достигнет земли. Затем эти воздушные массы становятся теплее окружающей среды. Макферсон, Лэйн, Кроуфорд и Макферсон-младший исследовали систему тепловых выбросов в сети Oklahoma Mesonet, принадлежащей Университету Оклахомы и Оклахомскому государственному университету. Целью их исследования было выявление технологических преимуществ и сложностей в обнаружении тепловых выбросов, документирование времени суток и года, когда тепловые выбросы наиболее вероятны, а также изучение топографии местности, где тепловые выбросы наиболее вероятны в Оклахоме. Ученые и метеорологи используют архивные данные для ручного анализа данных, зафиксировавших 390 потенциальных дней с тепловыми выбросами за пятнадцатилетний период. Анализируя архивные данные, они обнаружили, что в 58% потенциальных дней наблюдались прохождения сухого фронта, атмосферных фронтов или изменение температуры из-за увеличения солнечной радиации утром или осадков в течение дня. Изучая архивные данные, ученые могут определить начало, пик и окончание теплового выброса. Пик теплового выброса – это максимальная зарегистрированная температура. Начало теплового выброса – это время, в течение которого температура воздуха повышается без снижения до достижения пика; окончание теплового выброса – это момент, когда система перестает влиять на температуру и точку росы в данной области. Помимо изучения жизненного цикла и характеристик тепловых выбросов, группа ученых пришла к выводу, что топография Оклахомы совпадает с изменением атмосферной влажности между северо-западом и юго-востоком штата. Увеличение конвекции обычно происходит на Высоких равнинах Соединенных Штатов в конце весны и летом. Они также пришли к выводу, что более значительное увеличение конвекции развивается, когда механизм подъема в средней тропосфере взаимодействует с приподнятым влажным слоем.
The first step in forecasting and preparing for heat bursts is recognizing the events that precede them. Rain from a high convection cloud falls below cloud level and evaporates, cooling the air. Air parcels that are cooler than the surrounding environment descend in altitude. Lastly, temperature conversion mixed with a downdraft momentum continues downward until the air reaches the ground. The air parcels then become warmer than their environment. McPherson, Lane, Crawford, and McPherson Jr. researched the heat burst system at the Oklahoma Mesonet, which is owned by both the University of Oklahoma and Oklahoma State University. The purpose of their research was to discover any technological benefits and challenges in detecting heat bursts, to document the time of day and year at which heat bursts are most likely to occur, and to research the topography of where heat bursts are most likely to occur in Oklahoma. Scientists and meteorologists use archived data to manually study data that detected 390 potential heat burst days during a fifteen year period. In studying the archived data, they observed that 58% of the potential days had dry line passages, frontal passages, or a temperature change due to an increase in solar radiation in the hours of the morning or a daytime precipitation weather system. By studying the archived data, scientists have the ability to determine the beginning, peak, and end of heat burst conditions. The peak of heat burst conditions is the maximum observed temperature. The beginning of a heat burst is the time during which the air temperature increases without decreasing until after the peak; the end of a heat burst is when the system ceases to affect the temperature and dew point of the area. In addition to researching the life cycle and characteristics of heat bursts, a group of scientists concluded that the topography of Oklahoma coincided with the change in atmospheric moisture between northwest and southeast Oklahoma. An increase in convection normally occurs over the High Plains of the United States during the late spring and summer. They also concluded that a higher increase in convection develops if a mid tropospheric lifting mechanism interacts with an elevated moist layer.
Документированные случаи
Дата Местоположение Температура °F/°C (начальная) Температура °F/°C (конечная) Разница (макс) Ссылка
9 сентября 2023 Шерц, Техас 73 °F (23 °C) 93 °F (34 °C) 20 °F
24 июля 2023 Долина Смерти, Калифорния 16 °F
17 июля 2023 Чероки, Оклахома 13 °F
17 июня 2022 Джорджтаун, Техас 17 °F
11 октября 2022 Дурбан, Южная Африка 12 °F
14 июня 2022 Трейси, Миннесота 13 °F
21 мая 2022 Бежа, Португалия 18.9 °F
20 мая 2022 Гринвилл, Северная Каролина 13 °F
22 июня 2021 Литтлтон, Колорадо 16 °F
13 июня 2021 Фриона, Техас 18 °F
18 мая 2021 Сан-Антонио, Техас 79 °F (26 °C) 91 °F (33 °C) 12 °F
4 июня 2020 Эдмонд, Оклахома 25 °F
25 июля 2019 Донна-Нюк, Линкольншир, Англия 18 °F
16 июля 2017 Чикаго, Иллинойс 7 °F
16 июля 2017 Чикаго, Иллинойс 8 °F
Июль 2016 Хобарт, Оклахома 25.2 °F
29 июля 2014 Калгари, Альберта 7 °F
Январь 2014 Мельбурн, Виктория 16.2 °F
14.9 °F
12.6 °F
5 °F
11 июня 2013 Гранд-Айленд, Небраска 19.5 °F
15 мая 2013 Округ Дейн, Висконсин 10 °F
14 мая 2013 Южная Дакота 21 °F
1 июля 2012 Джорджтаун, Южная Каролина 11 °F
3 мая 2012 Басси, Айова 11 °F
29 апреля 2012 Торси, Сена и Марна, Франция 18.9 °F
23 августа 2011 Атлантик, Айова 14 °F
3 июля 2011 Индианаполис, Индиана 15 °F
9 июня 2011 Уичита, Канзас 17 °F
29 октября 2009 Буэнос-Айрес, Аргентина 6.4 °F
26 апреля 2009 Полуостров Делмарва 19 °F
18 августа 2008 Эдмонтон, Альберта 16 °F
3 августа 2008 Су-Фолс, Южная Дакота 31 °F
26 июня 2008 Козад, Небраска 20 °F
16 июня 2008 Мидленд, Техас 26 °F
25 мая 2008 Эмпория, Канзас 20 °F
16 июля 2006 Канби, Миннесота 20 °F
20 июня 2006 Хастингс, Небраска 19 °F
12 июня 2004 Уичита-Фолс, Техас 11 °F
Май 1996 Чикаша, Оклахома 14.3 °F
Май 1996 Нинеках, Оклахома 13.5 °F
28 июля 1995 Феникс, Аризона 8 °F
2 июля 1994 Барселона, Испания 23 °F
Август 1993 Барселона, Испания 23 °F
15 июня 1960 Копперл, Техас 25 °F
Возможно, температура поднялась выше, однако термометры, предназначенные для измерения температуры до, сломались.
Date Location Temperature °F/°C (Initial) Temperature °F/°C (Final) Difference (Max) Reference(s)9 September 2023Schertz, TX73 °F (23 °C)93 °F (34 °C)20 °F24 July 2023 Death Valley, California 16 °F17 July 2023 Cherokee, Oklahoma 13 °F 17 June 2022 Georgetown, Texas 17°F 11 October 2022 Durban, South Africa 12°F 14 June 2022 Tracy, Minnesota 13°F 21 May 2022 Beja, Portugal 18.9°F 20 May 2022 Greenville, North Carolina 13°F 22 June 2021 Littleton, Colorado 16°F 13 June 2021 Friona, Texas 18°F 18 May 2021San Antonio, Texas79 °F (26 °C)91 °F (33 °C)12°F 4 June 2020 Edmond, Oklahoma 25 July 2019 Donna Nook, Lincolnshire, England 18°F 16 July 2017 Chicago, Illinois 7°F 16 July 2017 Chicago, Illinois 8°F July 2016 Hobart, Oklahoma 25.2°F 29 July 2014 Calgary, Alberta 7°F January 2014 Melbourne, Victoria 16.2°F 14.9°F 12.6°F 5°F 11 June 2013 Grand Island, Nebraska 19.5°F 15 May 2013 Dane County, Wisconsin 10°F 14 May 2013 South Dakota 21°F 1 July 2012 Georgetown, South Carolina 11°F 3 May 2012 Bussey, Iowa 11°F 29 April 2012 Torcy, Seine et Marne, France 18.9°F 23 August 2011 Atlantic, Iowa 14°F 3 July 2011 Indianapolis, Indiana 15°F 9 June 2011 Wichita, Kansas 17°F 29 October 2009 Buenos Aires, Argentina 6.4°F 26 April 2009 Delmarva Peninsula 19°F 18 August 2008 Edmonton, Alberta 16°F 3 August 2008 Sioux Falls, South Dakota 31°F 26 June 2008 Cozad, Nebraska 20°F 16 June 2008 Midland, Texas 26°F 25 May 2008 Emporia, Kansas 20°F 16 July 2006 Canby, Minnesota 20 June 2006 Hastings, Nebraska 19°F 12 June 2004 Wichita Falls, Texas 11°F May 1996 Chickasha, Oklahoma 14.3°F May 1996 Ninnekah, Oklahoma 13.5°F 28 July 1995 Phoenix, Arizona 8°F 2 July 1994 Barcelona, Spain 23°F August 1993 Barcelona, Spain 23 °F 15 June 1960 Kopperl, Texas 25 °FPossible that temps rose above , however thermometers designed to detect temperatures up to broke.