Введение
Мезомасштабная конвективная система (МКС) – это комплекс гроз, организованный в масштабе, большем, чем отдельные грозы, но меньшем, чем экстратропические циклоны, и обычно сохраняющийся в течение нескольких часов или более. Общая структура облаков и осадков мезомасштабной конвективной системы может иметь округлую или линейную форму и включать такие погодные системы, как тропические циклоны, линии шквалов, снегопады, вызванные эффектом прибрежных вод, полярные минимумы и мезомасштабные конвективные комплексы (МКК), и обычно формируется вблизи погодных фронтов. Тип, формирующийся в теплый сезон над сушей, наблюдается в Северной и Южной Америке, Европе и Азии, при этом пик активности приходится на поздний день и вечер. Формы МКС, развивающиеся в тропиках, используют либо зону межтропической конвергенции (ЗМК), либо муссонные впадины в качестве центра для своего развития, как правило, в теплый сезон с весны до осени. Исключением являются снежные полосы, формирующиеся из-за движения холодного воздуха над относительно теплыми водоемами, что происходит с осени до весны. Полярные минимумы – это второй особый класс МКС, формирующийся в высоких широтах в холодный сезон. После ослабления основной МКС дальнейшее развитие гроз может происходить в связи с ее остаточным мезомасштабным конвективным вихрем (МКВ). Мезомасштабные конвективные системы играют важную роль в климатологии осадков в США над Великими равнинами, обеспечивая регион примерно половиной годового количества осадков в теплый сезон.
A mesoscale convective system (MCS) is a complex of thunderstorms that becomes organized on a scale larger than the individual thunderstorms but smaller than extratropical cyclones, and normally persists for several hours or more. A mesoscale convective system's overall cloud and precipitation pattern may be round or linear in shape, and include weather systems such as tropical cyclones, squall lines, lake effect snow events, polar lows, and mesoscale convective complexes (MCCs), and generally forms near weather fronts. The type that forms during the warm season over land has been noted across North and South America, Europe, and Asia, with a maximum in activity noted during the late afternoon and evening hours. Forms of MCS that develop within the tropics use either the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) or monsoon troughs as a focus for their development, generally within the warm season between spring and fall. One exception is that of lake effect snow bands, which form due to cold air moving across relatively warm bodies of water, and occurs from fall through spring. Polar lows are a second special class of MCS which form at high latitudes during the cold season. Once the parent MCS dies, later thunderstorm development can occur in connection with its remnant mesoscale convective vortex (MCV). Mesoscale convective systems are important to the United States rainfall climatology over the Great Plains since they bring the region about half of their annual warm season rainfall.
Определение
Мезомасштабные конвективные системы – это области грозовой активности, которые могут иметь округлую или линейную форму, размером в несколько сотен километров или более в одном направлении, но меньше, чем внетропические циклоны, и включают в себя такие системы, как тропические циклоны, линии шквала и мезомасштабные конвективные комплексы (МКК), среди прочих. MCS – это более общий термин, охватывающий системы, которые не соответствуют более строгим критериям размера, формы или продолжительности, предъявляемым к МКК. Они обычно формируются вблизи погодных фронтов и перемещаются в области дифлюенции толщиной изобар 1000-500 гПа, где происходит расширение градиента температуры в нижних и средних слоях атмосферы, что, как правило, направляет грозовые скопления в теплый сектор внетропических циклонов или к экватору от теплых фронтов. Они также могут формироваться вдоль любых зон конвергенции в тропиках. Недавнее исследование показало, что они склонны формироваться при суточной амплитуде температуры поверхности более 5 градусов. Их образование наблюдалось по всему миру, от фронта Мэйю в Восточной Азии до глубоких тропиков.
Типы гроз и уровни организации
Существует четыре основных типа гроз: одноклеточные, многоклеточные, линейные (также называемые многоклеточными линиями) и суперклеточные. Какой тип формируется, зависит от нестабильности и относительных ветровых условий на разных уровнях атмосферы ("сдвиг ветра"). Одноклеточные грозы формируются в условиях низкого вертикального сдвига ветра и длятся всего 20–30 минут. Организованные грозы и грозовые скопления/линии могут иметь более длительный жизненный цикл, поскольку они образуются в условиях достаточной влажности и значительного вертикального сдвига ветра (обычно более чем в нижних слоях тропосферы), что способствует развитию более мощных восходящих потоков, а также различных видов опасных погодных явлений. Суперклеточная гроза – самый мощный из типов гроз, чаще всего связанный с крупным градом, сильными ветрами и образованием торнадо. Значения запаса воды в атмосфере, превышающие , благоприятствуют развитию организованных грозовых комплексов. В районах с обильными осадками обычно значения запаса воды в атмосфере превышают , чем обычно больше , чем .
Мезомасштабный конвективный комплекс
Мезомасштабный конвективный комплекс (МКК) – это уникальный вид мезомасштабной конвективной системы, который определяется характеристиками, наблюдаемыми на инфракрасных спутниковых снимках. Площадь облаков с холодными вершинами превышает при температуре не выше 32 °C (26 °F), а площадь облачных вершин превышает при температуре не выше 52 °C (62 °F). Требования к размеру должны выполняться в течение шести часов и более. Максимальное распространение определяется моментом, когда облачный щит или общая облачная формация достигает наибольшей площади. Его эксцентриситет (отношение малой оси к большой оси) при максимальном распространении составляет не менее 0,7, что делает их достаточно округлыми. МКК характеризуются длительным существованием, формируются преимущественно ночью и часто сопровождаются сильными осадками, ветром, градом, молниями и, возможно, торнадо.
Линия скваль
Линия шквала – это вытянутая полоса сильных гроз, которая может формироваться вдоль и/или впереди холодного фронта. В начале XX века этот термин использовался как синоним холодного фронта. Линия шквала характеризуется обильными осадками, градом, частыми молниями, сильными порывистыми ветрами и, возможно, торнадо и водяными смерчами. В районах, где линия шквала имеет форму дугового эхо, особенно в наиболее выступающей её части, можно ожидать сильную погоду в виде сильных порывистых ветров. Торнадо могут возникать вдоль волн в структуре линии эховолновой модели, или LEWP, где присутствуют области мезомасштабного пониженного давления. Некоторые дуговые эхо, формирующиеся летом, известны как деречо, и они быстро перемещаются на большие расстояния. На задней кромке дождевого покрова, связанного с развитой линией шквала, может формироваться зона пониженного давления в следе, представляющая собой область мезомасштабного пониженного давления, образующуюся позади мезомасштабной системы высокого давления, обычно находящейся под дождевым навесом, и иногда связанную с тепловым выбросом. Другим термином, используемым в связи с линией шквала и дуговыми эхо, является квазилинейная конвективная система (QLCS).
Тропический циклон
Тропический циклон – это достаточно симметричная штормовая система, характеризующаяся низким давлением в центре и многочисленными грозами, вызывающими сильные ветры и проливные дожди. Тропический циклон питается теплом, выделяющимся при подъеме влажного воздуха и последующей конденсации содержащегося в нем водяного пара. Он подпитывается иным механизмом тепловыделения, чем другие циклонические штормы, такие как нор’истеры, европейские ветровые бури и полярные циклоны, что обуславливает их классификацию как штормовые системы «теплого ядра». Термин «тропический» относится как к географическому происхождению этих систем, которые часто формируются в тропических регионах земного шара, так и к их образованию в морских тропических воздушных массах. Термин «циклон» указывает на циклоническую природу этих штормов, с вращением против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном полушарии. В зависимости от местоположения и интенсивности, тропические циклоны могут называться по-разному: ураган, тайфун, тропический шторм, циклонический шторм, тропическая депрессия или просто циклон. Как правило, тропический циклон называют ураганом (от имени древнего центральноамериканского божества ветра, Хуракана) в Атлантическом и восточной части Тихого океана, тайфуном – в северо-западной части Тихого океана, а циклоном – в Южном полушарии и Индийском океане. Тропические циклоны способны вызывать чрезвычайно сильные ветры и ливневые дожди, высокие волны и разрушительные штормовые нагоны. Они развиваются над обширными акваториями с теплой водой и ослабевают при выходе на сушу. Именно поэтому прибрежные районы подвергаются значительному ущербу от тропических циклонов, в то время как внутренние районы относительно безопасны от сильных ветров. Однако сильные дожди могут вызывать значительные наводнения во внутренних районах, а штормовые нагоны – обширные прибрежные затопления. Несмотря на разрушительное воздействие на население, тропические циклоны могут также приносить облегчение в условиях засухи. Они переносят тепло и энергию из тропиков в умеренные широты, что делает их важной частью механизма глобальной атмосферной циркуляции. В результате тропические циклоны способствуют поддержанию равновесия в тропосфере Земли. Многие тропические циклоны развиваются, когда атмосферные условия вокруг слабого возмущения в атмосфере становятся благоприятными. Другие формируются, когда другие типы циклонов приобретают тропические характеристики. Затем тропические системы перемещаются рулевыми ветрами в тропосфере; если условия остаются благоприятными, тропическое возмущение усиливается и может даже сформировать глаз. С другой стороны, если условия вокруг системы ухудшаются или тропический циклон выходит на сушу, система ослабевает и в конечном итоге рассеивается. Тропический циклон может стать внетропическим, перемещаясь к более высоким широтам, если его источник энергии изменяется с тепла, выделяющегося при конденсации, на разницу температур между воздушными массами.
Снег в результате озерного эффекта
Озерный эффект снега образуется зимой в виде одной или нескольких вытянутых полос, когда холодные ветры перемещаются над большими участками более теплой воды озера, получая энергию и собирая водяной пар, который замерзает и выпадает в виде осадков на подветренных берегах. Аналогичный эффект над солеными водоемами называется океаническим эффектом снега, морским эффектом снега или даже заливным эффектом снега. Эффект усиливается, когда движущаяся воздушная масса поднимается под воздействием орографического эффекта возвышенностей на берегах, расположенных по направлению ветра. Это поднятие может формировать узкие, но очень интенсивные полосы осадков, которые выпадают со скоростью в несколько дюймов снега в час и часто приводят к обильным общим осадкам. Районы, подверженные озерному эффекту снега, называются снежными поясами. Этот эффект наблюдается во многих местах по всему миру, но наиболее известен в густонаселенных районах Великих озер Северной Америки. Если температура воздуха недостаточно низкая для поддержания осадков в замороженном состоянии, они выпадают в виде озерного дождя. Для формирования озерного дождя или снега воздух, перемещающийся над озером, должен быть значительно холоднее, чем поверхностный воздух (который, вероятно, будет близок к температуре поверхности воды). В частности, температура воздуха на высоте, где атмосферное давление составляет 850 миллибар (или определенной высоте), должна быть на 13 °C (24 °F) ниже температуры воздуха у поверхности.
Полярный низкий
Полярная низменность – это небольшая, симметричная, кратковременная система атмосферного низкого давления (депрессия), которая формируется над океаническими районами к северу от основного полярного фронта в Северном и Южном полушариях. Обычно такие системы имеют горизонтальный размер менее 1000 км и существуют не более пары дней. Они относятся к более широкому классу мезомасштабных метеорологических систем. Полярные низменности сложно обнаружить с помощью стандартных метеорологических сводок, и они представляют опасность для деятельности в высоких широтах, такой как судоходство и работа на газо- и нефтедобывающих платформах. Эти явления известны под разными названиями, например, полярный мезомасштабный вихрь, арктический ураган, арктическая низменность и депрессия холодного воздуха. В настоящее время термин «полярная низменность» обычно используется для обозначения наиболее интенсивных систем, в которых скорость ветра вблизи поверхности земли составляет не менее 17 м/с.
Великие равнины Соединенных Штатов
В Равнинах период наибольшей активности гроз приходится на период с мая по сентябрь. В течение этого времени в регионе развиваются мезомасштабные конвективные системы, при этом пик активности наблюдается с 18:00 до 21:00 по местному времени. Мезомасштабные конвективные системы обеспечивают от 30 до 70 процентов годового количества осадков в теплый сезон в Равнинах. Подмножество этих систем, известные как мезомасштабные конвективные комплексы, дают до 10% годового количества осадков в Равнинах и Среднем Западе. На долю шкваловых линий приходится 30% крупных грозовых комплексов, проходящих через регион.
Европа
В то время как большинство МКС формируются над континентом, некоторые образуются во второй половине августа и сентябре над западной частью Средиземного моря. Инициирование МКС в Европе тесно связано с горными хребтами. В среднем, европейский МКС движется в восточно-северо-восточном направлении, формируясь около 15:00 по местному солнечному времени, длится 5,5 часов и рассеивается около 21:00 по местному солнечному времени. Примерно 20% МКС над Европой не формируются в период максимального прогрева. Их средняя максимальная протяженность составляет около .
Тропики
Мезомасштабные конвективные системы, которые могут развиваться в тропические циклоны, формируются вдоль таких образований, как тропические волны или восточные волны, движущиеся на запад вдоль муссонных желобов и зоны межтропической конвергенции в регионах с обильной влагой в приземных слоях атмосферы, сходящимися поверхностными ветрами и расходящимися ветрами на высоте. Это обычно происходит к северу от экватора от Африки через Атлантический и восточный Тихий океаны, а также через северо-западную и юго-западную части Тихого океана, от Австралии на восток в Океанию, Индийский океан, Индонезию и от юго-восточной Бразилии в южную часть Атлантического океана. Также отмечается эпизодически в юго-восточной части Тихого океана в периоды умеренных и прохладных фаз ENSO, не связанных с Эль-Ниньо. Более интенсивные системы формируются над сушей, чем над водой.
Ли из теплых водоемов зимой
В случае озерного эффекта и полярных лож, конвективные системы формируются над теплыми водными поверхностями, когда холодный воздух обтекает их, что приводит к увеличению влажности и значительному вертикальному движению. Это вертикальное движение способствует развитию ливней и гроз в областях циклонической циркуляции с задней стороны внетропических циклонов. Мезомасштабный циклонический вихрь (MCV) иногда может породить мезомасштабную область низкого давления у поверхности, которая отображается в мезомасштабных анализах погоды. Однако MCV может существовать независимо, сохраняясь до нескольких дней после рассеивания его родительской конвективной системы. Такой "сиротский" MCV иногда становится зародышем следующей вспышки гроз. MCV, перемещающийся в тропические воды, например, в Мексиканский залив, может служить ядром для тропического шторма или урагана. Ярким примером этого является ураган Барри (2019).