Даунберст - Downburst

  (Перенаправлено с Microburst )

Иллюстрация микровзрыва. Воздух движется вниз, пока не достигнет уровня земли. Затем он распространяется во всех направлениях. Ветровой режим в микропорыве противоположен режиму торнадо.
Вспышка, наблюдаемая с помощью доплеровского метеорологического радиолокатора ARMOR в Хантсвилле, штат Алабама, в 2012 году. Обратите внимание на ветер, отмеченный зеленым цветом, идущий в сторону радара, и ветер, отмеченный красным цветом, в сторону от радара.

Нисходящий порыв является сильной на уровень земли ветров системы , которая исходит от точечного источника и выше ударов в радиальном направлении , то есть, по прямой линии во всех направлениях от точки контакта на уровне земли. Часто вызывая разрушительные ветры, его можно спутать с торнадо , когда высокоскоростной ветер окружает центральную область, а воздух движется внутрь и вверх; Напротив, при нисходящем порыве ветер направлен вниз, а затем наружу от точки приземления на поверхности.

Нисходящие потоки образуются из-за сильно охлажденного дождем воздуха, который, достигнув уровня земли, распространяется во всех направлениях, вызывая сильный ветер. Сухие нисходящие потоки связаны с грозами с очень небольшим количеством дождя, в то время как влажные нисходящие потоки создаются грозами с большим количеством осадков. Микропорывы и макровсплески - это нисходящие всплески в очень малых и больших масштабах соответственно. Другая разновидность, тепловая волна , создается вертикальными потоками на обратной стороне старых границ оттока и линиями шквала, где нет осадков. Тепловые выбросы вызывают значительно более высокие температуры из-за отсутствия охлаждаемого дождем воздуха при их образовании. Нисходящие порывы создают вертикальный сдвиг ветра или микропорывы, которые опасны для авиации, особенно во время посадки, из-за сдвига ветра, вызванного фронтом порыва . За последние несколько десятилетий этому явлению было приписано несколько исторических аварий со смертельным исходом, и при обучении летного экипажа уделяется большое внимание тому, как правильно распознавать микропорывы / сдвиги ветра и восстанавливаться после них. Обычно они длятся от секунд до минут.

В своем цикле они проходят три стадии: стадии нисходящего порыва, всплеска и амортизации.

Определение

Повреждения от падения по прямой. (Источник NOAA )

Нисходящий порыв создается столбом тонущего воздуха, который после удара об уровне земли распространяется во всех направлениях и способен вызывать разрушительный прямой ветер со скоростью более 240 км / ч (150 миль в час), часто вызывая повреждения, похожие на, но различимые из-за торнадо . Это потому, что физические свойства нисходящего потока полностью отличаются от свойств торнадо. Урон от нисходящего взрыва будет исходить из центральной точки, когда нисходящая колонна распространяется при ударе о поверхность, тогда как повреждение торнадо имеет тенденцию к сходящемуся повреждению, соответствующему вращающемуся ветру. Чтобы различать повреждение от торнадо и повреждение от нисходящего потока, термин « прямолинейный ветер» применяется к ущербу от микропорывов.

Нисходящие потоки - это особенно сильные нисходящие потоки от грозы. Нисходящие потоки в воздухе, в котором отсутствуют осадки или содержат виргу , известны как сухие нисходящие выбросы ; те, которые сопровождаются осадками, известны как мокрые нисходящие потоки . Большинство нисходящих выбросов имеют протяженность менее 4 км (2,5 мили): они называются микропрысками . Нисходящие выбросы протяженностью более 4 км (2,5 мили) иногда называют макровсплесками . Скачки могут происходить на больших площадях. В крайнем случае, дерехо может покрыть огромную территорию более 320 км (200 миль) в ширину и более 1600 км (1000 миль) в длину, продолжаясь до 12 часов или более, и связано с некоторыми из самых интенсивных прямых участков. линейные ветры, но генеративный процесс несколько отличается от большинства нисходящих.

Термин микропорыв был определен экспертом по мезомасштабной метеорологии Тедом Фуджитой как воздействующий на площадь 4 км (2,5 мили) в диаметре или меньше, выделив их как тип нисходящей вспышки и помимо обычного сдвига ветра, который может охватывать большие площади. Фудзита также ввел термин «макровсплеск» для нисходящих выбросов более 4 км (2,5 мили).

Можно различать влажный микровзрыв, состоящий из осадков, и сухой микровзрыв, который обычно состоит из вирги . Как правило, они образованы потоком воздуха, охлаждаемого атмосферными осадками, устремляющегося к поверхности, но, возможно, они также могут приводиться в движение сильным ветром, отклоняемым к поверхности динамическими процессами во время грозы (см. Нисходящий поток с заднего бока ).

Сухие микропорывы

Схема сухого микровзрыва

Когда дождь падает ниже основания облака или смешивается с сухим воздухом, он начинает испаряться, и этот процесс испарения охлаждает воздух. Холодный воздух опускается и ускоряется по мере приближения к земле. Когда прохладный воздух приближается к земле, он распространяется во все стороны. Сильные ветры, распространяющиеся по этой схеме с небольшой кривизной или без нее, известны как прямые ветры .

Сухие микропорывы, производимые сильными грозами, которые практически не производят поверхностных осадков, возникают в средах, характеризующихся термодинамическим профилем, показывающим перевернутую букву V в температурном профиле и профиле влажности, как показано на термодинамической диаграмме Skew-T log-P . Вакимото (1985) разработал концептуальную модель (над высокогорными равнинами Соединенных Штатов) сухой среды с микровзрывами, которая включала три важные переменные: влажность среднего уровня, нижнюю часть облаков в средней атмосфере и низкую относительную влажность поверхности . В этих условиях влага из воздуха испаряется по мере ее падения, охлаждая воздух и заставляя его падать быстрее, потому что он более плотный.

Влажные микропорывы

Влажные микропорывы - это прорывы вниз, сопровождаемые значительными осадками на поверхности. Эти нисходящие выбросы больше зависят от сопротивления осадков для ускорения вниз посылок, а также от отрицательной плавучести, которая имеет тенденцию вызывать «сухие» микропорывы. В результате, для образования этих нисходящих выбросов необходимы более высокие соотношения смешивания (отсюда и название «влажные» микровырывы). Таяние льда, особенно града , по-видимому, играет важную роль в формировании нисходящих потоков (Wakimoto and Bringi, 1988), особенно на нижних 1 км (0,62 мили) над уровнем земли (Proctor, 1989). Эти факторы, среди прочего, затрудняют прогнозирование влажных микропорывов.

Характерная черта Сухой микровзрыв Влажный микровзрыв
Наиболее вероятное местонахождение в США Средний Запад / Запад Юго-восток
Атмосферные осадки Мало или совсем Умеренный или тяжелый
Облачные базы До 500 мб (гПа) До 850 мб (гПа)
Особенности ниже облачной базы Вирга Осадочная шахта
Первичный катализатор Охлаждение испарением Загрузка осадков и испарительное охлаждение
Окружающая среда ниже облачной базы Глубокий сухой слой / низкая относительная влажность / сухой адиабатический градиент Мелкий сухой слой / высокая относительная влажность / влажный адиабатический градиент

Прямолинейные ветры

Прямолинейные ветры (также известные как ветры плугов , грозы и ураганы прерий ) - это очень сильные ветры, которые могут причинять ущерб, демонстрируя отсутствие паттерна вращения, связанного с торнадо . Прямолинейные ветры обычны при порывах грозы или возникают из-за сильных порывов грозы. Эти события могут нанести значительный ущерб даже при отсутствии торнадо. Скорость ветра может достигать 210 км / ч (130 миль / ч), а скорость ветра 93 км / ч (58 миль / ч) и более может длиться более двадцати минут. В Соединенных Штатах такие явления прямолинейного ветра наиболее распространены весной, когда нестабильность наиболее высока и погодные фронты обычно пересекают страну. Прямолинейные ветры в форме дерехо могут иметь место на всей восточной половине США.

Прямолинейный ветер может нанести ущерб морским интересам. Малые корабли, катера и парусники подвержены риску этого метеорологического явления.

Формирование

Образование нисходящей волны начинается с града или крупных капель дождя, падающих через более сухой воздух. Град тает, а капли дождя испаряются, забирая скрытое тепло из окружающего воздуха и значительно охлаждая его. Более холодный воздух имеет более высокую плотность, чем более теплый воздух вокруг него, поэтому он опускается на землю. Когда холодный воздух ударяется о землю, он распространяется, и мезомасштабный фронт можно наблюдать как фронт порыва . Области под прорывом и непосредственно примыкающие к нему - это области, которые получают самые сильные ветры и осадки, если таковые имеются. Кроме того, из-за того, что охлажденный дождем воздух спускается из средней тропосферы, наблюдается значительное падение температуры. Из-за взаимодействия с землей нисходящий поток быстро теряет силу, поскольку он разветвляется и образует характерную «форму завитка», которая обычно наблюдается на периферии микровзрыва (см. Изображение). Нисходящие порывы обычно длятся всего несколько минут, а затем рассеиваются, за исключением случаев появления линий шквала и дерехо. Однако, несмотря на их короткий срок службы, микровзрывы представляют серьезную опасность для авиации и имущества и могут привести к значительному повреждению местности.

Тепловые всплески

Особый и гораздо более редкий вид нисходящего выброса - это тепловой выброс , который возникает в результате компрессионного нагрева испаренного атмосферными осадками воздуха, когда он спускается с очень большой высоты, обычно на обратной стороне умирающей линии шквала или границы оттока. Тепловые всплески происходят в основном ночью, могут вызывать ветер со скоростью более 160 км / ч (100 миль в час), характеризуются исключительно сухим воздухом, могут внезапно повышать температуру поверхности до 38 ° C (100 ° F) или более, а иногда сохраняются в течение несколько часов.

Стадии развития микропорывов

Эволюция микропорывов разбивается на три стадии: стадию контакта, стадию вспышки и стадию подушки.

Физические процессы сухих и влажных микровзрывов

Поперечное сечение микропорывов (вектор) .svg

Основные физические процессы с использованием упрощенных уравнений плавучести

Начнем с использования уравнения вертикального импульса :

Разложив переменные на основное состояние и возмущение , определив основные состояния и используя закон идеального газа ( ), уравнение можно записать в виде

где B - плавучесть . Поправка на виртуальную температуру обычно довольно мала и с хорошим приближением; его можно игнорировать при вычислении плавучести. Наконец, влияние атмосферных осадков на вертикальное движение параметризуется путем включения члена, который уменьшает плавучесть при увеличении отношения смешивания жидкой воды ( ), что приводит к окончательной форме уравнения количества движения посылки:

Первый член - это влияние градиентов возмущающего давления на вертикальное движение. Во время некоторых штормов этот термин имеет большое влияние на восходящие потоки (Rotunno and Klemp, 1982), но нет особых оснований полагать, что он имеет большое влияние на нисходящие потоки (по крайней мере, в первом приближении) и поэтому будет проигнорирован.

Второй член - это влияние плавучести на вертикальное движение. Очевидно, что в случае микровзрывов можно ожидать, что B будет отрицательным, что означает, что посылка холоднее окружающей среды. Это охлаждение обычно происходит в результате фазовых переходов ( испарение , плавление и сублимация ). Частицы осадков, которые малы, но находятся в большом количестве, способствуют максимальному охлаждению и, следовательно, созданию отрицательной плавучести. Основной вклад в этот процесс вносит испарение.

Последний член - это эффект водной нагрузки. В то время как испарению способствует большое количество мелких капель, требуется всего несколько больших капель, чтобы внести существенный вклад в ускорение вниз частиц воздуха. Этот термин связан со штормами с большим количеством осадков. Сравнение эффектов водной нагрузки на те , которые связаны с плавучестью, если пакет имеет жидкую воду соотношения смеси 1,0 г кг -1 , это примерно эквивалентно примерно 0,3 К отрицательной плавучести; последнее - большое (но не экстремальное) значение. Следовательно, в целом отрицательная плавучесть обычно является основным фактором нисходящего течения.

Отрицательное вертикальное движение, связанное только с плавучестью

Использование чистой "теории участков" приводит к предсказанию максимального нисходящего потока

где NAPE - отрицательная доступная потенциальная энергия ,

и где LFS обозначает уровень свободного погружения для нисходящего участка, а SFC обозначает поверхность. Это означает, что максимальное движение вниз связано с интегрированной отрицательной плавучестью. Даже относительно небольшая отрицательная плавучесть может привести к значительному нисходящему потоку, если он поддерживается на относительно большой глубине. Нисходящая скорость 25 м / с (56 миль / ч; 90 км / ч) результаты относительно скромных значений затылка 312,5 м 2 с -2 . В первом приближении максимальный порыв ветра примерно равен максимальной скорости нисходящего потока.

Опасность для авиации

Серия фотографий скручивания поверхности вскоре после того, как микровзрыв коснулся поверхности.

Нисходящие порывы, особенно микропорывы, чрезвычайно опасны для взлетающих или приземляющихся воздушных судов из-за сильного вертикального сдвига ветра, вызванного этими событиями. Ряд аварий со смертельным исходом был связан с падениями.

Ниже приведены некоторые авиакатастрофы и / или авиационные происшествия со смертельным исходом, которые были связаны с микровзрывами вблизи аэропортов:

Микровзрывы часто вызывают крушение самолетов, когда они пытаются приземлиться (упомянутые выше рейсы BOAC и Pan Am являются заметными исключениями). Микровзрыв - это чрезвычайно мощный порыв воздуха, который, ударяясь о землю, распространяется во всех направлениях. Когда самолет садится на посадку, пилоты пытаются замедлить самолет до соответствующей скорости. Когда происходит микровзрыв, пилоты увидят большой всплеск своей воздушной скорости, вызванный силой встречного ветра, создаваемого микропорой. Пилот, не имеющий опыта работы с микровзрывами, попытался снизить скорость. Затем самолет пролетел бы через микровзрыв и полетел бы против попутного ветра, вызывая внезапное уменьшение количества воздуха, проходящего через крылья. Уменьшение воздушного потока над крыльями самолета вызывает падение подъемной силы. Это уменьшение подъемной силы в сочетании с сильным нисходящим потоком воздуха может привести к тому, что тяга, необходимая для удержания на высоте, превысит доступную, что приведет к срыву самолета. Если самолет находится на малой высоте вскоре после взлета или во время посадки, у него не будет достаточной высоты для восстановления.

Самый сильный микровзрыв, зарегистрированный до сих пор, произошел в Эндрюс-Филд, штат Мэриленд, 1 августа 1983 года, при скорости ветра 240,5 км / ч (149,5 миль / ч).

Опасность для зданий

  • 9 июня 2019 года в результате мокрого микровзрыва в Далласе, штат Техас, один человек погиб и несколько получили ранения, когда кран обрушился на жилой дом.
Сильный порывистый ветер переворачивает грузовой контейнер в несколько тонн вверх по склону холма, Воган, Онтарио, Канада
  • 15 мая 2018 года чрезвычайно мощный фронт прошел через северо-восток США, в частности, через Нью-Йорк и Коннектикут , нанеся значительный ущерб. Почти полмиллиона человек потеряли власть, 5 человек погибли. Ветры были зарегистрированы со скоростью более 100 миль в час, и несколько торнадо и макровспышек были подтверждены NWS.
  • 3 апреля 2018 года в 23:53 в аэропорту Уильяма П. Хобби в Техасе произошел мокрый микровзрыв , в результате чего ангар для самолетов частично разрушился. Шесть бизнес-джетов (четыре хранятся в ангаре и два снаружи) были повреждены. Предупреждение о серьезной грозе было сделано всего за несколько секунд до того, как произошел микровзрыв.
  • 9 августа 2016 года мокрый микровзрыв обрушился на город Кливленд-Хайтс, штат Огайо , восточный пригород Кливленда . Буря разразилась очень быстро. Грозы появились к западу от Кливленда в 21:00, а Национальная метеорологическая служба выпустила предупреждение о сильной грозе в 21:55. К 22:20 шторм прошел над округом Кайахога . Молния ударила 10 раз в минуту над Кливленд-Хайтс. и ветер 80 миль в час (130 км / ч) повалил сотни деревьев и опор. Более 45 000 человек потеряли электроэнергию, причинив такой серьезный ущерб, что через два дня без электричества остались почти 6 000 домов.
  • 22 июля 2016 года влажный микровзрыв обрушился на части графств Кент и Провиденс в Род-Айленде, вызвав повреждение ветром в городах Крэнстон, Род-Айленд и Вест-Уорик, Род-Айленд . Сообщалось о многочисленных поваленных деревьях, а также об отключении линий электропередач и минимальном материальном ущербе. Тысячи людей были без электричества в течение нескольких дней, даже более четырех дней. Шторм случился поздно ночью, пострадавших не поступало.
  • 23 июня 2015 года в округах Глостер и Камден в Нью-Джерси произошел взрыв , вызвавший обширный ущерб, в основном из-за падения деревьев. Электроэнергетика пострадала на несколько дней, что привело к длительному отключению светофора и закрытию предприятий.
  • 23 августа 2014 года сухой микровзрыв поразил Месу, штат Аризона . Он сорвал крышу с половины дома и сарая, почти повредив окружающие постройки. О серьезных травмах не сообщалось.
  • 21 декабря 2013 года на Брансуик, штат Огайо, обрушился мокрый микровзрыв . Крыша была сорвана с местного предприятия; обломки повредили несколько домов и автомобилей возле предприятия. В связи со временем с 01:00 до 2:00 пострадавших не было.
  • 9 июля 2012 года влажный микровзрыв обрушился на район округа Спотсильвания, штат Вирджиния, недалеко от границы с городом Фредериксбург , в результате чего два здания серьезно пострадали. В одном из корпусов находился детский центр поддержки. Сообщалось о двух серьезных травмах.
  • 1 июля 2012 г. влажный микровзрыв обрушился на округ Дюпейдж, штат Иллинойс , округ в 15–30 милях (24–48 км) к западу от Чикаго . В результате микровзрыва 250 000 пользователей Commonwealth Edison остались без электричества. Во многих домах не было электричества в течение одной недели. Несколько дорог были закрыты из-за 200 упавших деревьев.
  • 22 июня 2012 года мокрый микровзрыв обрушился на город Блейденсбург, штат Мэриленд , в результате чего были серьезно повреждены деревья, многоквартирные дома и местные дороги. Шторм вызвал отключение электричества, в результате которого 40 000 клиентов отключились.
  • 8 сентября 2011 года в 17:01 сухой микровзрыв поразил базу ВВС Неллис , штат Невада, в результате чего обрушилось несколько укрытий для самолетов. Было повреждено несколько самолетов, восемь человек получили ранения.
  • 18 августа 2011 года на музыкальном фестивале Pukkelpop в Хасселте обрушился мокрый микровзрыв , вызвавший серьезные локальные повреждения. 5 человек погибли и не менее 140 человек получили ранения. Более поздние исследования показали, что ветер достигал скорости 170 км / ч (106 миль в час).
  • 22 сентября 2010 года в районе Хегевиш в Чикаго произошел мокрый микровзрыв, вызвавший серьезные локальные повреждения и локальные отключения электроэнергии, в том числе упавшие деревья по меньшей мере в четырех домах. О погибших не сообщалось.
  • 16 сентября 2010 г., сразу после 17:30, мокрый макропорыв со скоростью ветра 125 миль в час (201 км / ч) обрушился на некоторые части Центрального Квинса в Нью-Йорке , вызвав значительный ущерб деревьям, зданиям и транспортным средствам в этом районе. 8 миль в длину и 5 миль в ширину. По некоторым данным, около 3000 деревьев были повалены. Был один смертельный случай, когда дерево упало на машину на Гранд Сентрал Паркуэй .
  • 24 июня 2010 года, вскоре после 16:30, влажный микровзрыв обрушился на город Шарлоттсвилль, штат Вирджиния . Полевые отчеты и оценки ущерба показывают, что Шарлоттсвилль испытал многочисленные нисходящие потоки во время шторма с оценкой ветра со скоростью более 75 миль в час (121 км / ч). В считанные минуты деревья и проложенные линии электропередач завалили проезжую часть. Ряд домов попали под деревья. Сразу после урагана до 60 000 потребителей Dominion Power в Шарлоттсвилле и окружающем округе Альбемарл остались без электричества.
  • 11 июня 2010 года около 3 часов утра влажный микровзрыв обрушился на район на юго-западе Су-Фолс, Южная Дакота . Он нанес серьезный ущерб четырем домам, все из которых были заселены. Сообщений о травмах не поступало. Крыши гаражей были сорваны, а стены сглажены ветром со скоростью 100 миль в час (160 км / ч). Стоимость ремонта оценивалась в 500 000 долларов и более.
  • 2 мая 2009 года легкое здание из стали и сетки в Ирвинге, штат Техас, которое использовалось для тренировок футбольной команды « Даллас Ковбойз », было разрушено микровзрывом, по данным Национальной службы погоды.
  • 12 марта 2006 года в Лоуренсе, штат Канзас , произошел микровзрыв . 60% зданий кампуса Канзасского университета получили повреждения в результате урагана. По предварительным оценкам, стоимость ремонта составит от 6 до 7 миллионов долларов.
  • 13 мая 1989 года в Форт-Худе, штат Техас, произошел микровзрыв со скоростью ветра более 95 миль в час. Были повреждены более 200 вертолетов армии США. Шторм повредил не менее 20 процентов зданий форта, из-за чего 25 семей военных были вынуждены покинуть свои помещения. По предварительной оценке ущерба, армия сообщила, что ремонт почти 200 вертолетов обойдется в 585 миллионов долларов, а ремонт зданий и других объектов - около 15 миллионов долларов.
  • 4 июля 1977 года "День независимости Деречо 1977 года" сформировался над западно-центральной частью Миннесоты . По мере того как деречо двигалось с востока на юго-восток, около полудня над центральной Миннесотой стало очень интенсивно. С того времени и до полудня система производила ветры со скоростью от 80 до более 100 миль в час с областями экстремального повреждения от центральной Миннесоты до северного Висконсина . Деречо быстро продолжало движение на юго-восток, прежде чем окончательно ослабло над северным Огайо .

Смотрите также

Ссылки

Библиография

внешние ссылки