Полярный низкий

Полярный минимум над Японским морем в декабре 2009 г.

Полярные минимумы похожи по поведению, размеру и внешнему виду на тропические циклоны , но, как правило, гораздо более кратковременны.

Диаметр полярных впадин обычно составляет несколько сотен километров. Часто они связаны с сильными ветрами, которые, однако, редко достигают силы ураганов . Их продолжительность жизни в среднем составляет 1-2 дня. В отличие от большинства тропических штормов, они развиваются очень быстро и достигают максимума в течение 24 часов. Обычно они образуются в районах с глубоким арктическим холодным воздухом, протекающим над относительно теплой водой.

На спутниковых снимках полярные депрессии очень похожи на ураганы . Спиральные конвекционные полосы охватывают всю глубину, и в некоторых случаях может развиться даже безоблачный глаз. Исследования с самолетов показывают, что эти системы низкого давления могут иметь теплую сердцевину, как в случае с ураганами. Полярные минимумы трудно предсказать из-за отсутствия данных измерений в полярном регионе , которые должны быть включены в погодные модели, и их небольшой горизонтальной протяженности.

Механизмы происхождения

Чувственное и скрытое тепло

Когда масса холодного воздуха движется по поверхности воды, ощутимое тепло переносится от воды к воздуху. Это снижает устойчивость воздушной массы в воздушном слое у земли. Масса холодного воздуха имеет низкую псевдопотенциальную температуру , поэтому влага быстро переносится в холодном воздухе, в то время как она изменяется за счет поступления явного тепла. Облака образуются вскоре после того, как холодная воздушная масса движется над водой, что указывает на выделение скрытого тепла. Эта глубокая конвекция, сосредоточенная в узкой области, время от времени связана с развитием полярной депрессии.

Бароклинная нестабильность

Бароклинная неустойчивость (см. Также Бароклинность ) связана с вертикальным сдвигом основного потока. Бароклинная нестабильность усиливается за счет преобразования потенциальной энергии, которая связана со средним горизонтальным градиентом температуры . (Холтон, 1992).

Выраженные бароклинные зоны у земли могут возникать из-за различных условий.

  • Приземные ветры могут течь параллельно или почти параллельно краям пакового льда , что создает возможность резких бароклинных зон.
  • Схождение различных ветровых потоков вблизи земли и географических условий также может способствовать формированию бароклинных зон вблизи земли. Это может означать, что полярные депрессии могут развиваться на большом расстоянии от краев пакового льда и происхождения холодной воздушной массы.

Раньше считалось, что полярные депрессии являются результатом термической нестабильности. Ситуация изменилась, когда Харролд и Браунинг (1969) использовали радиолокационные изображения для исследования полярной депрессии, которая пересекла юго-запад Англии в декабре 1967 года . Они обнаружили, что большая часть осадков происходит от однородно крупномасштабных поднятий , а не от слияния меньших конвективных ячеек (ливней). В их исследовании конвекция была на обратной стороне системы.

Расмуссен и др. (1994) утверждают, что глубокие полярные явления, которые можно объяснить исключительно бароклинными или конвективными процессами, редки. Однако Расмуссен и Аакъер (1989) сообщили о двух полярных депрессиях, которые достигли Дании и которые, казалось, были исключительно бароклинными на протяжении всей их жизни. Одна система образовалась около основной фронтальной зоны, а другая была связана с каплей холодного воздуха , которая была конечным продуктом окклюзии . В предыдущей работе они утверждали, что подобные события довольно часты в регионе Северного моря .

Баротропная нестабильность

Баротропная неустойчивость (см баротропия ) представляет собой волну нестабильность , которая связана с горизонтальным сдвигом в струйных ручейках , как поток . Баротропные неустойчивости растут за счет извлечения кинетической энергии из основного поля потока. (Холтон 1992)

Баротропная неустойчивость может привести к образованию сдвиговых вихрей у земли. Если это развитие поддерживается более высокими слоями воздуха, эти водовороты могут перерасти в полярные депрессии. Расмуссен и др. (1994 и 1996) определили это как возможный механизм образования полярных депрессий, которые они изучили в Лабрадорском море .

Холодные горные желоба и капли холодного воздуха

Когда бароклинная волна у земли, баротропные сдвиговые вихри или области с повышенной конвекцией сформировались в холодной воздушной массе, когда она будет развиваться дальше, если вообще?

Расмуссен (1992) утверждает: «В случае прямого потока вверх по течению с небольшой адвекцией завихренности полярные депрессии не развиваются даже в тех случаях, когда температура очень низкая на больших высотах». Помня об этом, нам необходимо искать механизмы усиления. Очевидным механизмом в северных широтах являются холодные желоба и / или закрытые высокие желоба с холодным ядром (так называемые капли холодного воздуха ).

Расмуссен (1996) утверждает, что все полярные водовороты, которые он изучал в Лабрадорском море, были вызваны высотой впадины или каплей холодного воздуха. Во всех случаях, рассмотренных Паркером и Хадсоном (1991) и Паркером (1992), также присутствовали холодный желоб и / или закрытый вихрь на уровне 500 гПа. В Тихом океане «облако-запятая» (образование облаков в форме запятой) часто сопровождается понижением высоты. Это может помочь в раннем обнаружении усиливающих механизмов.

Исследование Noer et al. (2003) о формировании полярных впадин в морском регионе Норвегии показывает, что во всех случаях холодный высокий желоб или водоворот был связан с глубинным развитием. Действительно, часто можно показать, что движение и сила этих систем на больших высотах дают хорошее представление о том, как происходит дальнейшее развитие и движение полярных депрессий.

Условная нестабильность второго рода (CISK)

Сходство между некоторыми полярными депрессиями и тропическими циклонами заставило некоторых исследователей предположить, что могут быть задействованы аналогичные процессы. Условная нестабильность второго рода , сокращенно CISK, - один из таких процессов.

Чарни и Элиассен (1964) определили CISK как взаимодействие между мелкомасштабной конвекцией и крупномасштабным возмущением, посредством чего:

Итак, CISK - это механизм положительной обратной связи.

Ряд исследователей ранее подозревал, что CISK была одной из движущих сил формирования полярных депрессий. Сейчас считается, что хотя CISK участвует в его создании, это не единственный соответствующий механизм.

Неустойчивость из-за взаимодействия воздуха и воды

Эмануэль (1986) отверг идею CISK для тропических циклонов. Он предположил, что тропические циклоны возникают в результате нестабильности, вызванной взаимодействием океана и атмосферы. Аномальные потоки явного и скрытого тепла с поверхности моря, вызванные сильными приземными ветрами и падающим давлением, приводят к более сильным температурным аномалиям и тем самым к дальнейшему усилению приземных ветров и падению давления.

Эмануэль и Ротунно (1989) проверили теорию Эмануэля о взаимодействии атмосферы и океана на предмет полярных депрессий. Для своего тематического исследования они использовали простую нелинейную аналитическую модель и осесимметричную численную модель . Результаты показали, что их гипотеза согласуется с наблюдаемыми полярными депрессиями. Однако ваша модель требует наличия возмущения в качестве пускового механизма, прежде чем возникнет нестабильность, возникающая в результате взаимодействия атмосферы и океана.

литература

  • Эйджи, Эрнест М. и Стивен Р. Гилберт (1989): исследование с самолета мезомасштабной конвекции над озером Мичиган во время вспышки холодного воздуха 10 января 1984 года , J. Atmos. Наук, 46, вып. 13, 1877-1897.
  • Бадер, MJ, GS Forbes, JR Grant, RBE Lilley и AJ Waters (1995): изображения в прогнозировании погоды , Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-45111-6
  • Чарни, Дж. И А. Элиассен (1964): О росте депрессии урагана , J. Atmos. Sci., 21, 68-75.
  • Эмануэль, Керри, А. (1986): Двухэтапная теория взаимодействия воздуха и моря для полярных депрессий , Proc., Третья международная конференция по полярным минимумам , Норвегия.
  • Эмануэль, Керри А. и Ричард Ротунно (1989): полярные депрессии как арктические ураганы , Tellus, 41A, 1-17.
  • Холтон, Джеймс Р. , 1992: Введение в динамическую метеорологию . 3-е изд. Academic Press Ltd., Лондон, Великобритания ISBN 978-0-12-354015-7
  • Харролд, Т.В., и К.А. Браунинг (1969): Полярная депрессия как бароклинное нарушение , Quart. Дж. Рой. Метеор. Soc., 95, 710-723.
  • Mullen, S. (1983): Взрывной циклогенез, связанный с циклонами в полярных воздушных потоках , Mon. Wea. Rev., 111, 1537-1553.
  • Noer, G. и M. Ovhed (2003): Прогнозирование полярных депрессий в Норвежском и Баренцевом морях , Proc. 9-го заседания Рабочей группы EGS по полярным минимумам, Кембридж, Великобритания.
  • Паркер, Миннесота, и Эдвард Хадсон (1991): Справочник по полярному низкому уровню для канадских метеорологов , Министерство охраны окружающей среды Канады, Служба атмосферной окружающей среды.
  • Паркер, Миннесота (1992): Полярные депрессии в море Бофорта и проливе Дэвиса , Proc. Применение новых форм спутниковых данных в исследованиях полярного лоу, семинар по полярному лоу, Хваннейри, Исландия.
  • Паркер, Нил (1997): Справочник по вихрям холодного воздуха и полярной низкой точке для канадских метеорологов , Министерство окружающей среды Канады.
  • Расмуссен, Эрик А. и П.Д. Аакьер (1989): Два полярных спада, влияющих на Данию , Вейрет, специальный выпуск на английском языке, Датское метеорологическое общество.
  • Расмуссен, Эрик А., Джон Тернер и Пол Твитчелл (1992): Применение новых форм спутниковых данных в исследованиях полярных низких температур , Бюллетень Американского метеорологического общества , 74, 1057-1073.
  • Расмуссен, Эрик А. и Анетт Седерсков (1994): Полярные падения: критический анализ. Жизненные циклы внетропических циклонов , Том 111. Proc. Международного симпозиума, Берган, Норвегия.
  • Расмуссен, Эрик А., Шанталь Клод и Джеймс Ф. Пурдом (1996): Полярные впадины Лабрадорского моря , Глобальная система атмосферы и океана, том 4, 275-333.
  • Шапиро, М.А., Т. Хэмпел, и Л.С. Федор (1989): Наблюдения с самолетов за арктическим фронтом над Баренцевым морем , полярными и арктическими депрессиями, полярными и арктическими низменностями. Twitchell, P., E. Rasmussen, K. Davidson, Eds., A. Deepak Publishing.

веб ссылки