Teraz jest środa, 14 lis 2018, 03:11


Efektywne shear oraz SRH

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

Krzysztof_Ostrowski

SkyPredict

SkyPredict

  • Posty: 1479
  • Dołączył(a): wtorek, 30 wrz 2008, 14:36
  • Lokalizacja: Białystok
  • Numer GG: 8744878

Efektywne shear oraz SRH

Postsobota, 29 maja 2010, 22:47

Chciałbym przedstawić nieco bliżej temat uskoków wiatru z efektywnych warstw. Okazuje się, że wykorzystywane do celów prognostycznych uskoki wiatru z pewnych z góry ustalonych warstw, jak np. 0-6 km shear czy SRH (0-3 km)), nie sprawdzają się dobrze w każdej sytuacji. W troposferze może panować wiele różnych stanów i wykorzystywanie w każdym przypadku tych samych, stałych warstw może nie być dobrym pomysłem. Przykładowo, czy uskok wiatru 0-6 km shear ma to samo znaczenie, jeśli wierzchołki chmury Cb sięgają powiedzmy 6-7 km? Oczywiście, że nie. Czym innym z punktu widzenia procesów chmurowych jest uskok wiatru sięgający do połowy grubości danej chmury (Cb-ki 12-kilometrowej wysokości), a czym innym taki, który „szoruje” kowadła. Podobnie, jakie znaczenie ma duża wartość SRH (0-1 km) w przypadku konwekcji uniesionej (gdy w dolnym kilometrze panuje równowaga stała)? Naturalnie skrętność dostępna w dolnym kilometrze do niczego się tutaj nie przyda (gdyż nie idzie w parze z wypornością cząstki powietrza). Widać, że wprowadzenie pewnej elastyczności może być całkiem przydatne. Stąd, w USA już jakiś czas temu z powodzeniem wprowadzono uskoki wiatru z efektywnych warstw. Zacznijmy od podstaw.

Efektywna warstwa

Efektywna warstwa napływu powietrza do burzy (ang. Effective inflow layer) to spójna warstwa położona w dolnych kilometrach troposfery, w której powietrze odznacza się pewną chwiejnością. To znaczy, że cząstka z każdego poziomu w obrębie tej warstwy posiada CAPE dostępne przy jej unoszeniu. Przyjmuje się, że właśnie powietrze z tej warstwy (które posiada pewną wyporność) jest w stanie wpływać i zasilać prąd wstępujący chmury Cb. Ale jakie ustalić wartości progowe dla tej warstwy? W wyniku przeprowadzonych w USA, że szczególnie dobrze do prognozowania przydaje się ograniczenie CAPE>100 J/kg i |CIN| < 250 J/kg. Właśnie na tym kryterium będę bazował dalej.
Dodam jeszcze, że w przypadku prognozowania trąb powietrznych (nowy parametr STP) spotkałem się nawet z bardziej surowymi kryteriami (CAPE> 500 J/kg, |CIN| < 250 J/kg) – wymóg bardzo restrykcyjny, jak na Europę Środkową. Posłużę się tutaj przykładem bardzo chwiejnego nocnego sondażu z 21.VIII.2000 godz. 00Z z Wrocławia. Oto diagram skew-t z mojego programu z zaznaczoną efektywną warstwą napływu:

Obrazek

Warstwa zaczyna się 300 metrów nad ziemią, a kończy 1100 metrów nad ziemią. Istotnie biorąc cząstki z niższych poziomów troposfery (niż 300 metrów nad ziemią) uzyskujemy wystarczające CAPE, jednak CIN jest większe niż -250 J/kg. Stąd najniższa warstwa nie jest efektywna. Oto przykład cząstki z ziemi (CAPE 240 J/kg, CIN -610 J/kg):

Obrazek

Zauważmy, że biorąc cząstkę z wysokości 300 metrów nad ziemią (początek warstwy efektywnej) uzyskujemy wynik na granicy kryterium (CAPE 1590 J/kg, CIN równiutko -250 J/kg):

Obrazek

Dla przykładu unieśmy cząstką z poziomu 700 metrów nad ziemią (środek warstwy):

Obrazek

CAPE wyniosło 880 J/kg, CIN -200 J/kg. Używając mego programu można sprawdzić, że wszystkie cząstki z przedziału 300-1100 m AGL spełniają kryterium warstwy efektywnej. Można łatwo sprawdzić, że cząstka z poziomu 1100 m AGL leży na granicy kryterium (CAPE 100 J/kg, CIN -210 J/kg), a powietrze leżące powyżej nie wykazuje się już praktycznie chwiejnością. Podsumowując, wyporne powietrze nie obciążone ekstremalnym CIN mieści się od 300 do 1100 m nad ziemią, co jest naszą warstwą efektywną napływu.

Effective shear

Parametr ten jest używany alternatywnie do 0-6 km shear. Jednak zamiast stałych warstw korzysta on z innego kryterium. Liczony jest on jako uskok wiatru między początkiem (dołem) warstwy efektywnej, a środkiem chmury burzowej. Środek chmury burzowej obliczany jest jako połowa wysokości między początkiem warstwy efektywnej, a poziomem równowagi (EL) najbardziej niestabilnej cząstki. Za pomocą programu można łatwo policzyć, że EL to 11740 m, natomiast początek warstwy efektywnej to oczywiście 300 m. Stąd środek chmury burzowej, to (11740+300)/2, a więc 6020 metrów (w programie ½ of storm depth). Wobec tego effective shear to w tym przypadku uskok wiatru z warstwy 300-6020 m AGL. Oto pionowy profil wiatru mojego programu z naniesionymi uskokami:

Obrazek

Dłuższa żółta strzałka to effective shear, krótsza (zaczynająca się niemal w punkcie 0) to oczywiście 0-6 km shear. Widzimy, że w tym przypadku efektywny uskok wiatru jest sporo większy od tego liczonego ze stałej warstwy (26,8 m/s do 19,3 m/s) – odczytać to można na bocznym panelu obrazka. Takie rozbieżności są pospolite w przypadku konwekcji uniesionej (często to 0-6 km shear jest większy niż jego efektywna odmiana) i należy na nie zwracać uwagę.

Effective SRH

Parametr jest używany w zastępstwie aż dwóch: SRH (0-3 km) i SRH (0-1 km). Liczony jest po prostu jako SRH dostępne w efektywnej warstwie napływu. W przypadku naszego sondażu byłaby to skrętność dostępna od 300 do 1100 m nad ziemią – tylko w tej warstwie rzeczywiście może odegrać ona jakąkolwiek rolę. Oto pionowy profil wiatru z zacieniowanymi SRH dostępnymi dla superkomórek typu right-mover:

Obrazek

Ciemniejszy cień to effective SRH, natomiast cały obszar zacieniony to SRH (0-3 km). Jak widać różnica jest bardzo duża. Ze skrętności dostępnej w dolnych 3 kilometrach (382 m2/s2) istotną rolę odgrywa tylko jej połowa (181 m2/s2), co można odczytać na bocznym panelu. Zamiast przybliżać SRH różnymi warstwami, lepiej wyliczyć, ile wynosi efektywna część SRH. Badania w USA pokazują, że sprawdza się to lepiej niż skrętność z ustalonych warstw. Jeszcze należy dodać, że ruch superkomórek też powinno się tu liczyć nieco inaczej. Zamiast stosować warstwę 0-6 km (używaną w metodzie ID), należy użyć warstwy między dolnym początkiem effective inflow layer, a środkiem chmurzy burzowej (czyli analogicznie jak w liczeniu effective shear).

Zastosowania

Parametry effective shear i effective SRH odgrywają bardzo ważną rolę w prognozowaniu superkomórek oraz trąb powietrznych. Mają one przede wszystkim zastosowanie w nowych, zmodyfikowanych wskaźnikach SCP i STP. W SCP normą dla effective SRH jest wartość 50 m2/s2, co jest zmianą, gdyż w starszej wersji używano SRH (0-3 km) z normą 100 m2/s2. W STP wartość SRH (0-1 km) została zastąpiona effective SRH, a jej norma to 150 m2/s2. W ten sposób dwa różne parametry zostały zastąpione przez jeden. Efektywne SRH jest najlepszym parametrem do oceny możliwości rozwoju superkomórek (również w porze nocnej – konwekcja uniesiona), a także do oceniania szansy rozwoju superkomórkowych trąb powietrznych. Jeśli chodzi o effective shear, to zastąpił on 0-6 km shear oraz BRN shear (odpowiednio w STP i SCP). Jego norma w obu przypadkach to standardowe 20 m/s. Należy dodać, że nowe STP jest od razu ustawiane na zero, jeśli początek efektywnej warstwy (może być zaostrzone kryterium CAPE>500 i |CIN|<250) jest powyżej powierzchni ziemi. W moim programie stosuję dla parametru STP Eff to ostrzejsze kryterium dla efektywnej warstwy (nowy STP).

Zakończenie

Oprócz zalet, powyższe parametry mają też swoje wady. Kwestią dyskusyjną jest, jak ustawić parametry progowe dla warstwy (jakie CAPE i CIN). W środowiskach niewielkiej chwiejności efektywne warstwy mogą nie istnieć lub być małe (wówczas efektywne parametry shear i SRH będą równe lub bliskie zeru). Na pewno należy jednak zwracać na nie dużą uwagę, szczególnie gdy chwiejne warstwy są dość cienkie (częsty przypadek), mamy uniesioną konwekcję lub burze mają niestandardowej wysokości wierzchołki. Stąd postanowiłem zaimplementować te wskaźniki w generatorze Skew-T.


Informacje na omówiony temat można też znaleźć tutaj:

http://www.spc.ncep.noaa.gov/publications/thompson/effective.pdf
http://www.spc.noaa.gov/publications/thompson/stp_scp.pdf
Pozdrawia Krzysiek ;)

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

Powrót do Wiedza meteorologiczna

Kto przegląda forum

Użytkownicy przeglądający ten dział: Brak zidentyfikowanych użytkowników i 1 gość

cron