W tym artykule omówione zostaną następujące zagadnienia:

Pod koniec poprzedniego artykułu o wietrze przedstawiliśmy globalną cyrkulację wiatru na kuli ziemskiej. Dla każdej półkuli globalna cyrkulacja wiatru definiuje 3 obszary:

Regiony równikowe i polarne są bardzo specyficzne pod względem pogody i nie bierzemy ich pod uwagę.

Obszar średnich szerokości geograficznych jest regulowany przez komórkę Ferrela. Obszar średnich szerokości geograficznych jest wciśnięty między zimne/suche powietrze a ciepłe/wilgotne powietrze, co sprawia, że ​​jest to miejsce, w którym odbywa się większość transportu ciepła i występują systemy pogodowe. To również miejsce, w którym żyje większość populacji ludzkiej na świecie, dlatego w tym artykule skupimy się na pogodzie w średnich szerokościach geograficznych.

Na półkuli północnej północna część komórki Ferrela jest bardzo dynamiczna i to tam zachodzi większość zjawisk pogodowych. Około 60° szerokości geograficznej północnej znajduje się wyimaginowana linia zwana frontem polarnym. Po obu stronach tej linii panują bardzo zróżnicowane warunki pogodowe:

Te dwie bardzo różne masy powietrza muszą się zmieszać. Mieszanie powietrza odbywa się w przenośni za pomocą dużych wentylatorów, które spychają ciepłe powietrze na północ, a zimne na południe. Duży wentylator obracający się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara reprezentuje niże w średnich szerokościach geograficznych, których żeglarze doświadczają podczas żeglowania (np. podczas przeprawy przez Atlantyk Północny z USA do Europy lub podczas rejsu Vendée Globe na Oceanie Południowym podczas opływania Antarktydy).

W tym artykule skupimy się na wyjaśnieniu mechanizmów powstawania niżów i tego, w jaki sposób niektóre z nich przeradzają się w potężne burze.

Zanim jednak to zrobimy, w następnej sekcji pokrótce wyjaśnimy, czym jest front atmosferyczny.

Powyższy szkic przedstawia dwie różne masy powietrza po obu stronach frontu polarnego na 60° szerokości geograficznej północnej. Symbole meteorologiczne służą do łatwego określenia, która masa powietrza jest ciepła, a która zimna, a także do określenia ruchu tych mas powietrza.

Zimne powietrze zastępuje ciepłe. Niebieski trójkąt wskazuje kierunek przemieszczania się frontu.

Ciepłe powietrze zastępuje zimne. Czerwony półkole wskazuje kierunek przemieszczania się frontu.

Front zokludowany powstaje, gdy szybciej poruszający się front chłodny dogania wolniej poruszający się front ciepły, powodując unoszenie się ciepłego powietrza znad powierzchni ziemi pomiędzy dwiema chłodniejszymi masami powietrza. Proces ten prowadzi do mieszania się warstw powietrza i zazwyczaj skutkuje złożonymi zjawiskami pogodowymi, takimi jak tworzenie się chmur, stały deszcz, a nawet burze. Po przejściu frontu zokludowanego pogoda często się stabilizuje i staje się bardziej przejrzysta.

Front stacjonarny, jak sama nazwa wskazuje, nie przemieszcza się. Użyte symbole stanowią kombinację frontów zimnego i ciepłego. W przypadku dwóch powyższych frontów, zimne powietrze znajduje się po drugiej stronie trójkąta, a ciepłe po bokach półokręgów.

Jak pokazano w części I, Wielki Niż, którego doświadczają żeglarze żeglujący w umiarkowanych szerokościach geograficznych, odpowiada za mieszanie się zimnego i ciepłego powietrza na froncie polarnym. Niż występuje u żeglarzy w okresie spadku ciśnienia barometrycznego, któremu często towarzyszą opady i silne wiatry.

W tej sekcji wyjaśnimy fizykę powstawania tych depresji. Czytelnik może zapoznać się z materiałem dostępnym pod adresem https://pressbooks-dev.oer.hawaii.edu/atmo/chapter/chapter-13-extratropical-cyclones/

Cyklogeneza składa się z 5 etapów.

Etap 1: Na froncie polarnym około 60° szerokości geograficznej północnej, zimne powietrze na północy i ciepłe powietrze na południu są rozdzielone przez front stacjonarny. Jest to faza początkowa lub stan równowagi.

źródło: https://slcc.pressbooks.pub/

Etap 2: powstanie fali czołowej

Nastąpi zaburzenie, które zakłóci tę równowagę i wypchnie zimne powietrze na południe, a ciepłe na północ.

Etap 3: nowo opracowany cyklon

Etap 4: Dojrzały cyklon, formowanie się frontu zokludowanego i punktu potrójnego

Front chłodny łączy się z frontem ciepłym.

Etap 5: Faza rozpraszania

Powyższy model opisuje to, co dzieje się na powierzchni. Powietrze skupia się w centrum niżu i unosi się, jak powietrze w kominie. Jednak unoszące się powietrze musi znaleźć sprzyjające warunki w górnych warstwach atmosfery, aby mogło się unosić, a następnie wydostać. Można to porównać do pożaru w kominie. Komin musi wspomagać unoszenie się powietrza, w przeciwnym razie ogień się zdławi.

W następnym rozdziale zajmiemy się kwestią bardziej zaawansowanych warunków, które pozwolą na nasilenie się depresji i przekształcenie jej w potężną burzę.

Dla czytelników z półkuli południowej powyższe zdjęcia mogą być mylące, ponieważ układy niskiego ciśnienia w tym regionie obracają się zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Aby oszczędzić Wam bólu karku, odwróciliśmy i połączyliśmy poniższe zdjęcia.

Na wyższym poziomie używamy wysokości geopotencjalnej zamiast izobar. Te mapy wyglądają nieco inaczej; doliny i grzbiety reprezentują niskie i wysokie poziomy.

Niż odnosi się do niskiego ciśnienia. Czytelnicy map pogodowych znają ogólny system niżów, który przedstawia zamknięty krąg izobar. Niż to wydłużony obszar niższego ciśnienia atmosferycznego, bez zamkniętej krzywej izobarycznej. Można go sobie wyobrazić jako dolinę.

Zdjęcie powyżej przedstawia dwie rzeczy:

Obraz: linie ciśnienia można sobie wyobrazić jako wysokość na mapie szlaku. Jeśli wędrujesz wzdłuż linii koryta na północ, schodzisz w dół doliny, otoczonej z obu stron terenem.

Grzbiet odnosi się do wysokiego ciśnienia. Grzbiet to wydłużony obszar o wyższym ciśnieniu atmosferycznym, bez zamkniętej izobarycznej krzywej ciśnienia. Można go sobie wyobrazić jako wzgórze.

Zdjęcie powyżej przedstawia dwie rzeczy:

Zdjęcie: Jeśli wędrujesz wzdłuż grzbietu w kierunku południowym, wejdziesz na górę z klifami po obu stronach.

Dolina i Grzbiet nie powstają same z siebie. Występują obok siebie i w jakiś sposób łączą się, tworząc wzór fali.

Wzór fal wyraźnie pokazuje mieszanie się powietrza, podobnie jak w przypadku dużych wentylatorów, o których wspominaliśmy w części 1.

Grzbiety są związane z ciepłym powietrzem, wysokim ciśnieniem i bardziej stabilną atmosferą. To zazwyczaj skutkuje suchymi i pogodnymi warunkami pogodowymi pod grzbietem.

Niż jest związany z chłodną i pogorszoną pogodą, natomiast grzbiet z pogodą ciepłą i łagodną, ​​jak pokazano poniżej.

Nizy i grzbiety występują zarówno na powierzchni, jak i na wysokości. Te w górnych warstwach atmosfery wpływają na globalne wzorce pogodowe, które z kolei wpływają na to, co dzieje się na poziomie gruntu.

Synoptycy są jak detektywi (patrz program telewizyjny „The Rookie” 😀) i wykorzystują środek atmosfery (500 mbar, czyli około 5 kilometrów w górę) jako miejsce, w którym szukają wskazówek, gdzie rozwinie się burza na powierzchni. Burze rozwijają się, gdy powietrze się unosi, patrz klasa 3 o chmurach. Synoptyk patrzy więc na mapę geopotencjału 500 mb, aby znaleźć obszary, w których powietrze się unosi. Można zapytać, jak mapa pogody może wskazać, gdzie powietrze się unosi?

Unoszenie się powietrza następuje w miejscu, gdzie powietrze się zbiega, co z kolei ma miejsce, gdy powietrze obraca się lub wiruje przeciwnie do ruchu wskazówek zegara na półkuli północnej. Ten obrót i wirowanie nazywa się dodatnią wirowością. Zatem w zasadzie wszystko, co muszą zrobić synoptycy, to szukać obszarów dodatniej wirowości, aby wiedzieć, gdzie rozwiną się burze.

Więcej informacji na stronie Weather.gov – Podstawy wirowości

Wirowość powstaje z powodu trzech wymienionych czynników:

Powyższa teoria jest złożona, ale można ją przedstawić w prosty sposób. Obszar maksymalnej ogólnej dodatniej wirowości znajduje się przed niżem (niebieski obszar poniżej). Jest to strefa zagrożenia i należy zwrócić na nią szczególną uwagę. Tylna część niżu charakteryzuje się wirowością, ale mniejszą i mniej istotną (pomarańczowy obszar poniżej).

Poniżej znajduje się przykład rzeczywistego geopotencjału 500 mbar.

Poniżej, na tej samej mapie, dodaliśmy obszary przed niżem, na których powstaną burze/niże.

Burze rozwijają się tam, gdzie powietrze się unosi, jak pokazano w powyższej sekcji. Powietrze unosi się do pewnego punktu (górna warstwa troposfery na wysokości 10 kilometrów, która jest niczym ściana, przez którą powietrze nie może się przedostać). Powietrze musi zostać usunięte, aby pionowe unoszenie się powietrza mogło się kontynuować, a niż mógł się nasilić. Dlatego prognozujący/detektyw, patrząc na górne warstwy atmosfery (300 mbar / 9 kilometrów wysokości), będzie szukał oznak rozbieżności powietrza jako idealnych warunków do wzmocnienia burz.

Smugi strumieniowe występują tam, gdzie wiatr jest naprawdę silny powyżej 200 węzłów. Prawe wejście i lewe wyjście smug strumieniowych to obszary, w których wiatry w górze rozchodzą się, umożliwiając unoszenie się powietrza poniżej. Te dwa obszary zaznaczono poniżej na czerwono.

Więcej informacji można znaleźć tutaj: https://skepticalscience.com/print.php?n=1967

Jeśli połączymy wszystko, co widzieliśmy wcześniej, oto moment, w którym depresja przekształci się w potężną burzę: