Teraz jest poniedziałek, 23 paź 2017, 00:49


Elevated Mixed Layer

Zbiór wszelkich artykułów związanych z pogodą, opracowań oraz innych przydatnych informacji
  • Autor
  • Wiadomość
Offline
Avatar użytkownika

Krzysztof_Ostrowski

SkyPredict

SkyPredict

  • Posty: 1453
  • Dołączył(a): wtorek, 30 wrz 2008, 14:36
  • Lokalizacja: Białystok
  • Numer GG: 8744878

Elevated Mixed Layer

Postpiątek, 15 sty 2010, 22:19

Dziś mam zamiar opowiedzieć o istotnym, ale dość rzadko wspominanym temacie związanym z uwarstwieniem troposfery. Chodzi mi o uniesioną warstwę wymieszaną (ang. elevated mixed layer w skrócie EML). Ta specyficzna warstwa, która pojawia się zwykle w środkowej troposferze, jest jednym z kluczowych czynników ważnych dla rozwoju gwałtownych burz na Wielkich Równinach w USA. Również w innych rejonach świata EML często pojawia się (Azja, Ameryka Południowa), może mieć wpływ także na pogodę w Europie (choć nie jest to tak ewidentne jak w Stanach Zjednoczonych).

Mixed Layer

Zanim podam więcej szczegółów, wyjaśnię czym jest w ogóle warstwa wymieszana (ang. mixed layer w skrócie ML). Jak sama nazwa wskazuje, ML to warstwa w troposferze, w której występuje mieszanie się powietrza (zwykle w pionie). Za procesem mieszania stoi zwykle konwekcja i turbulencja. ML tworzą się często w słoneczne popołudnia (zwłaszcza w ciepłej porze roku) nad ogrzanym lądem. W rezultacie otrzymujemy warstwę powietrza o zbliżonych właściwościach. Chodzi nam tu przede wszystkim o temperaturę – ale nie zwykłą, tylko potencjalną – pamiętajmy, że temperatura spada unosząc się w górę warstwy wraz z rozprężaniem, i rośnie opadając w dół warstwy i się sprężając. Tempo zmian temperatury określa gradient suchoadiabatyczny (w dolnej troposferze 9,8 C/km, powyżej coraz mniejszy). Stąd w warstwie wymieszanej temperatura spada suchoadiabatycznie. Para wodna w ML również może być równomiernie rozprowadzona (ale nie musi). Jeśli jest, to wówczas stosunek zmieszania jest w warstwie wszędzie taki sam, a punkt rosy wykazuje się niewielkim spadkiem (około 1,8 C/km). Wilgotność względna wówczas rośnie wraz z wysokością w ML. Oto przykład:

Obrazek

Widzimy tutaj w warstwie granicznej suchoadiabatyczny gradient temperatury (równolegle do zielonych adiabat suchych) oraz profil punktu rosy równoległy do fioletowych krzywych stosunku zmieszania. Mamy więc tu wymieszanie zarówno temperatury, jak i pary wodnej.

Elevated Mixed Layer

Jak łatwo się domyślić EML to warstwa wymieszana, która nie występuje bezpośrednio nad gruntem w warstwie granicznej, tylko powyżej niej. Oto przykład:

Obrazek


Trzeba przyznać, że wygląda to dość ciekawie – jakby jedna warstwa graniczna nadpłynęła nad drugą. Tak ładne przykłady można znaleźć na ogół właśnie w Alei Tornad, w naszym regionie Europy o takie raczej trudno. EML może powstawać nad danym terenem, gdy powyżej warstwy granicznej wiatry wieją z rejonów wyżej położonych, które są suche i mocno nasłonecznione (np. położone na terenach wyżynnych pustynie). Na takich obszarach tworzą się nad lądem głębokie i suche warstwy wymieszane. Następnie wiatr przenosi je nad teren niżej położony. Następuje więc adwekcja warstwy ML, która nie zmienia zbytnio po drodze swych właściwości i napływając nad niżej położony teren staje się warstwą EML. Oto przygotowany przeze mnie, bardzo wymowny przykład:

Obrazek

W górnym wierszu widzimy 2 sondaże:
1) sondaż z Midland – miasta w zachodnim Teksasie z klimatem półpustynnym, które jest wysoko położone, gorące i suche
2) sondaż z Corpus Christi – miasta w południowym Teksasie, które leży nad Zatoką Meksykańską i jest ciepłe i wilgotne

W dolnym rogu mamy sondaż z Fort Worth, które jest położone w północnym Teksasie. Widać tu bardzo ciekawą rzecz. W wyniku zróżnicowanej adwekcji (ang. differential advection) w tym mieście powstały warunki będące połączeniem warunków z dwóch powyższych miast. W dolnej troposferze panował napływ z południa (z Zatoki Meksykańskiej), a powyżej z zachodu (z wyżej położonych pustyń zachodniego Teksasu). Stąd na dole mamy wilgotną i ciepłą warstwę graniczną, a powyżej pięknie ukształtowaną EML. Obszarami źródłowymi EML dla Wielkich Równin są pustynie Wyżyny Meksykańskiej i południowo-zachodnich Stanów. Dla krajów europejskich mogą to być wysoko położone tereny na Półwyspie Iberyjskim, a przede wszystkim Afryka północno-zachodnia. W Azji obszarami źródłowymi EML może być Dekan, a nawet Tybet.

Najważniejsze cechy EML

Warto krótko podsumować specyfikę EML pod kątem tego, jak się przedstawia na radiosondażach:

1) Jej obszar źródłowy to wysoko położony i rozgrzany teren, więc napływając nad obszar niżej położony posiada temperaturę potencjalną wyższą niż powietrze nad które ona napływa. Stąd powstaje zazwyczaj tzw. inwersja nakrywająca (ang. capping inversion, cap albo lid). Jest ona bardzo dobrze widoczna na powyższych przykładach. Co ciekawe, kiedyś sądzono, że ta inwersja ma związek z osiadaniem, a nie ze zróżnicowaną adwekcją (i napływem EML).
2) Powyżej inwersji zalega zazwyczaj bardzo suche powietrze (nic dziwnego, skoro obszar źródłowy to często pustynie). Co więcej – to powietrze nie może nabrać wilgoci, gdyż inwersja uniemożliwia jakiekolwiek pionowe mieszanie. Stąd mimo że w w-wie granicznej pojawia się powietrze zasobne w wilgoć, to ono nie przedostanie się łatwo powyżej, podobnie powietrze z EML nie przedostanie się niżej i nie osuszy w-wy granicznej.
3) W warstwie EML panują wyjątkowo duże pionowe gradienty temperatur, rzadko spotykane w środkowej troposferze w przypadku jej braku. Wynika to oczywiście z powstania tej warstwy nad rozgrzanym lądem, gdzie zaczynała jako ML z suchoadiabatycznymi gradientami temperatur.

EML, a gwałtowne burze

Przejdźmy do najciekawszych cech EML, które mogą wpływać na dużą gwałtowność burz:

1) Za sprawą warstwy inwersyjnej na dole EML, potencjał do głębokiej konwekcji jest często zupełnie hamowany (duże CIN). To jednak wcale nie musi być złe, a wręcz przeciwnie. Z czasem pod inwersją powietrze staje się coraz cieplejsze i zasobniejsze w wilgoć (taki proces może trwać nawet dni). Nie ma możliwości mieszania z powietrzem powyżej, więc w warstwie granicznej może się zbierać coraz więcej wilgoci. W ten sposób osiągana jest niestabilność, która by nigdy nie miała miejsca przy braku inwersji (burze wybuchłyby szybciej). Jeśli w końcu inwersja „pęknie”, to znaczy, że utworzyły się już świetne warunki i wtedy mamy często wręcz eksplozje Cb-ków na Wielkich Równinach.
2) Obecność pewnej warstwy inwersyjnej może powodować, że burze będą bardziej izolowane, ale te co wybuchną będą posiadać bardzo dużą siłę (mniejsza konkurencja o wilgotne powietrze). Takie wybuchy często powodują utworzenie się potężnych superkomórek, zwłaszcza gdy przechodzi dry line.
3) Warstwa EML oznacza obecność bardzo dużych gradientów temperatury w środkowej troposferze. To w połączeniu z wilgocią na dole może kończyć się ekstremalnymi wartościami CAPE.
4) Duże gradienty temperatury i przede wszystkim suchość warstwy EML wpływa bardzo korzystnie na siłę prądów zstępujących. W warunkach obecności EML takie konwekcyjne parametry jak DCAPE, czy delta Theta-e osiągają najwyższe wartości. Z tych samych przyczyn wzrasta również potencjał wytwarzania dużego gradu (o ile izoterma zero w związku z napływającą EML nie jest zbyt wysoko).
5) Jeśli suche powietrze zalega nad wilgotnym (tak jak się dzieje w przypadku EML), to powstaje tzw. potencjalna niestabilność. Wówczas w przypadku zaistnienia ruchów wznoszących (i kondensacji wilgotnego powietrza z dołu) powietrze na dole ochładza się wilgotno-adiabatycznie, a te z EML powyżej (jako suche) ochładza się suchoadiabatycznie. Wzrastają jeszcze bardziej pionowe gradienty temperatur, a inwersja może wówczas „pękać”. Wówczas pojawia się jeszcze większe CAPE, a CIN jest redukowane.
6) Gwałtowne przyspieszenia prądów wstępujących w związku z dużymi gradientami temperatury w EML w połączeniu z coraz wilgotniejszą warstwą graniczną i dużymi uskokami wiatru, stwarza niebezpieczeństwo wystąpienia wyjątkowo silnych trąb powietrznych. Tu jednak inwersja powinna być do tej pory znacznie osłabiona (inaczej będzie duże CIN, wysoki poziom LFC i mało CAPE na dole). W praktyce bardzo wiele severe weather oubreaks w USA poprzedzonych jest pojawieniem się EML.
7) Często wyjątkowo trudne (nawet dla meteorologów z USA) jest przewidzenie czy i kiedy warstwa inwersyjna „pęknie” bądź się osłabi i zajdzie eksplozywna konwekcja. Czasem inwersja może się osłabić na skutek niewielkiego opadu deszczu w tym rejonie (ochładzanie przez parowanie) i przede wszystkim na skutek ruchów pionowych (wspomniana potencjalna niestabilność). Wiadomo, że nie jest ona równomierna, gdzieniegdzie może być słabsza, na co wpływa wiele czynników np. adwekcyjnych. W USA zajmują się przypadkami, kiedy wilgotne i bardzo chwiejne powietrze spod inwersji wydostaje się poza nią (to tzw. underrunning). Wówczas na obszarach będących granicą odziaływań inwersji pojawiają się prawdziwe „wybuchy” burz.

Loaded gun sounding

Sondaże, które wykazują się ekstremalną chwiejnością, ale obecnością dużego CIN są określane w USA właśnie mianem załadowanego karabinu. Jeśli już wystrzeli to jest niebezpiecznie. Takie warunki powstają właśnie w związku z nasuwającym się EML, gdy poniżej mamy wilgotne i chwiejne powietrze. Oto sondaż z Del Rio w Teksasie:

Obrazek

Widzimy tu rekordową (jak na wczesny ranek) chwiejność pod inwersją związaną z EML. Piękny loaded gun sounding. Jak się okazuje, w ciągu dnia inwersja „pękła”, a raczej się wyraźnie wycofała i następny sondaż wyglądał tak:

Obrazek

Widać wyraźnie, że „dziubek” inwersji widoczny ja diagramie skew-t został scięty. Przyczyny tego mogły być różne (może jakieś ruchy wznoszące). Fakt jest, że teraz to już nie przelewki.
W rezultacie tego dnia w Jarrell w Teksasie miał miejsce jeden z najbardziej bezprecedensowych przypadków tornad w historii USA. Zdarzyło się one w tej ekstremalnej chwiejności przy niskich uskokach wiatru (co widać na sondażu). Osiągnęło siłę F5 i zdzierało asfalt z dróg. Niewątpliwie swój udział miała tu EML, która powodowała kumulowanie się bardzo wysokiej zawartości pary wodnej poniżej - w warstwie granicznej.

Przykłady EML

Pora na garść ciekawych przykładów EML z różnych rejonów świata:

Obrazek

Jak widzimy sondaż z Bangladeszu ujawnia prawdopodobnie obecność aż dwóch EML. Jedna nasunięta nad wilgotną warstwę graniczną pochodzi prawdopodobnie z Dekanu. Druga jest bardzo wysoko (5-6 km nad ziemią!). Jej źródła dopatruję się albo w Tybecie i Himalajach, albo w bardzo wysoko położonych terenach Afganistanu i Pakistanu czy Tadżykistanu. Interesujący przykład. Nie mam jednak pewności, czy ta wyższa inwersja nie ma związku z osiadaniem (Autor opracowania o EML [pierwszy link w źródłach] jednak wspomina o możliwości wystąpienia tak wysokiej EML z tamtych rejonów).

Obrazek

Tu mamy sondaż z Kalkuty. Ponownie bardzo chwiejna masa widoczna pod EML pochodzenia Dekańskiego.

Obrazek

Tutaj mamy bardzo wyraźny EML rankiem przed tornadem F5 w Plainfield w 1990 roku. Tego dnia chwiejność miała osiągać 8000 J/kg i nastąpiło przełamanie inwersji.

Obrazek

Sondaż z Topeki z 1962 roku przed uderzeniem tornada F4. Popatrzmy na rekordową chwiejność w tym przypadku. Oprócz wielkiego p. rosy i ogrzewania na dole, duży gradient temperatury w środkowej troposferze związany z EML też zrobił swoje. Tego dnia CAPE mogło przekraczać 8000 J/kg.

Obrazek

No i sondaż z Pragi z 23 lipca 2009. Co widzimy między 700, a 600 hPa? Wygląda znajomo ;)
W tamtych dniach z Afryki napływało do Europy gorąca masa powietrza z bardzo dużymi pionowymi gradientami temperatury. Warstwy wymieszane tworzyły się na uniesionych terenach północno-zachodniej Afryki i potem szły przez Europę. W warstwie granicznej natomiast w Europie oddziaływało powietrze o większej zawartości pary wodnej (z pewnością związane z Morzem Śródziemnym).
W Pradze widzimy więc prawdopodobnie fragment afrykańskiego EML. W efekcie mieliśmy tam wyjątkowo wysokie gradienty temperatury i suche powietrze. Czyżby więc EML miało wpływ na siłę wiatrów szkwałowych w czasie naszego derecho?



To tyle na temat EML :) Myślę, że to tematyka godna większego zainteresowania. Oto trochę źródeł:

http://bangladeshtornadoes.org/EML/emlpage.html Bardzo ciekawa strona z przykładami
http://www.theweatherprediction.com/habyhints/158/
http://www.theweatherprediction.com/habyhints/214/
http://ams.allenpress.com/perlserv/?doi=10.1175%2F1520-0493%281989%29117%3C0857:EFTROT%3E2.0.CO%3B2&request=get-abstract
Pozdrawia Krzysiek ;)

Obrazek
gg: 8744878
e-mail: krzysio.ostrowski@gmail.com
Offline

Damian Zbieg

Sympatyk

Sympatyk

  • Posty: 1165
  • Dołączył(a): czwartek, 25 gru 2008, 14:26
  • Lokalizacja: Żary ( Lubuskie )
  • Pseudonim: congestus
  • Numer GG: 8436566

Elevated Mixed Layer

Postniedziela, 17 sty 2010, 18:37

Bardzo ciekawe, skoro to uwarstwienie ma taki wpływ na rozwój silnych burz. Ciekawie wyglądają te sondaże, są takie stożkowate. Więc tu częściowo widać przyczyny, które umożliwiają akumulację wilgotnego, gorącego powietrza na dole przez długi czas aż ten zawór inwersji nie puści i zacznie się głęboka konwekcja.
Rzeczywiście. Warunki na pozór jak opisywałeś niby nie ciekawe: inwersja, suche powietrze powyżej, ale to właśnie inwersja nakrywająca jest sprzymierzeńcem wybuchów skoncentrowanych burz. a suche powietrze powyżej z silnymi, suchymi gradientami temperatury przyczynia się do wydajniejszego oddawania ciepła utajonego w rozwijających się chmurach burzowych oraz rozwój silnych prądów zstępujących i opadów gradu. Kawał dobrej roboty Krzysiek ;)
Offline
Avatar użytkownika

Artur_Surowiecki

SkyPredict

SkyPredict

  • Posty: 4661
  • Dołączył(a): niedziela, 11 lis 2007, 20:24
  • Lokalizacja: Warszawa
  • Numer GG: 0

Re: Elevated Mixed Layer

Postsobota, 11 paź 2014, 00:04

Mógłbyś Krzysiek - jak oczywiście znajdziesz chwilę - nieco zaktualizować temat, tzn. powstawiać grafiki, które tu były, bo Imageshack wziął i je wywalił. Albo - co byłoby nawet bardziej pożądane, ale nie wiem, jak z Twoim czasem - zrobić z tego artykuł na naszej stronie www.
Nawałnice, tornada w Polsce dalej zaskakują.
Pozdrawiam, Artur
gg:7648049
e-mail: artur88.toxic(at)gmail.com

http://lowcyburz.pl/author/Artur_Surowiecki/
Offline
Avatar użytkownika

Krzysztof_Ostrowski

SkyPredict

SkyPredict

  • Posty: 1453
  • Dołączył(a): wtorek, 30 wrz 2008, 14:36
  • Lokalizacja: Białystok
  • Numer GG: 8744878

Re: Elevated Mixed Layer

Postniedziela, 12 paź 2014, 09:18

Rzeczywiście te grafiki pouciekały, sam będę musiał ich poszukać. Można z tego zrobić newsa, w wolnym czasie (jak będzie go trochę więcej) zobaczę, co da się zrobić.
Pozdrawia Krzysiek ;)

Obrazek
gg: 8744878
e-mail: krzysio.ostrowski@gmail.com
Offline
Avatar użytkownika

Pr0

Sympatyk

Sympatyk

  • Posty: 122
  • Dołączył(a): sobota, 30 mar 2013, 16:44
  • Lokalizacja: Okolice Świdnicy, woj. dolnośląskie
  • Pseudonim: Pv0
  • Numer GG: 0

Re: Elevated Mixed Layer

Postsobota, 31 sty 2015, 20:33

Praga

Tekst ukryty:


Reszta, znalazłem obrazki z odnośnikami do tego wątku:

Tekst ukryty:

Tekst ukryty:

Tekst ukryty:

Tekst ukryty:


P.S. 5/10 - reszty nie udało mi się znaleźć, zawsze macie roboty mniej ;)

Powrót do Wiedza meteorologiczna

Kto przegląda forum

Użytkownicy przeglądający ten dział: Brak zidentyfikowanych użytkowników i 1 gość

cron