Мезомасштабные конвективные системы: прогноз, диагноз и наукастинг

wandervogel
2017-10-25 15:37:39
В теме Ураганы и тайфуны одно время один участник интересные вопросы задавал - например, если воздух поднимается с большой скоростью, то он должен где-то опускаться, ещё - как теплота конденсации пара преобразуется в кинетическую энергию?. Но его взгляды не нашли сочувствия на форуме. У меня тоже есть ряд вопросов, например - каковы причины такого сильного падения давления в смерчах, что-то типа - вроде даже на треть атмосферного падало или ещё больше.
В тайфунах природа низкого давления и ураганного ветра известна - эта центробежная сила, когда большая скорость вращения(тангенциальная) передаётся в верх при подъёме воздуха, т.е вихрь становится высоким. За счёт только тёплого воздуха без вращения сильного падения давления не будет, как уже неоднократно писал.
Но с тайфуном всё более или менее понятно, это объект синоптического масштаба, воздух двигается по довольно большому радиусу, а вот ещё большее падения давления в смерчах почти необъяснимо, или высокое давление в шквалах.

Какой бы сильной не была неустойчивость(cape, li) просто конвективные поток тёплого влажного воздуха не создаст каких то нереальных гр. температуры и давления. В тайфуне - с большим размахом и временем на разгон - то конечно.
Как известно в обычных моноячейках или кластерах образуются небольшие смерчи - F0-F1. Мощные -только в суперъячейках, которые образуются только когда есть сдвиг ветра. Какое предлагается объяснение - сдвиг помогает разделять восх. и нисходящие потоки, они не гасят друг друга, и достигают большой силы, потом в облаке возникает вращение(не совсем понятно как) - что неубедительно.

Теперь главный вопрос - структура суперъячейки. Для развития мощных гроз в атмосфере есть сдвиг ветра - мощное струйное течение наверху, и нередко вращение - в нижнем сл. потом воздуха поперёк. Потенциальная энергия гр. давления в таких потоках отн. небольшая(тем более наверху), поэтому осн. энергия это кинетическая. Поэтому в суперъячейках энергия потоков воздуха преобразуется в перепад давления, и горизонтальный вихрь переходит в вертикальный, ведь часто есть не просто сдвиг ветра а ещё "вращение" с высотой. Крупный град тоже говорит в пользу сильного горизонтального вихря.
И как это всё вместе изобразить - кто знает? Хотя-бы только потоки.

p.c. С тайфунами тоже все не так просто, например пр. в любом развитом ТЦ есть тёплый фронт спереди.
Morozov_S
2017-10-25 15:50:44
wandervogel

Где-то в журнале "Человек и стихия" примерно за 1988 год была дана структура тропического урагана. Где-то дома у меня в архивах лежит. Если удастся подружить мой сканер с семеркой, и будет время, выложу ту статью.
LESS
2017-10-25 16:05:24
В теме Ураганы и тайфуны одно время один участник интересные

Ну слава тебе, Господи!
wandervogel
2017-10-25 16:47:57
Morozov_S
Где-то в журнале "Человек и стихия" примерно за 1988 год была дана структура тропического урагана.

Если удастся подружить мой сканер с семеркой

Если честно очень сомневаюсь.

Тоже видел довольно интересную схему в какой-то книге, но уже забыл почти. С тайфуном всё более менее понятно - начальное падение давления возникает, где есть скопление мощных гр. облаков. Главное - распространение вихря на более высокие уровни, без этого они сильно не углубится. Вначале действует Сила кориолиса, но ещё больше - центробежная сила, т.к. в тайфунах она может намного превыщать отклоняющую силу вр. Земли. Имеет значение область с циклонической циркуляцией(пр. ч. стрелки) но по расходящейся спирали в ср. и даже нижнем ярусе выше слоя трения, что подтверждается моделями кстати. Небольшая рециркуляция, считаю - тоже есть.

А вот с суперъячейками непонятно. Тайфуны развиваются в местах, где почти нет сдвига ветра, а в мощных КД облаках такого типа есть сильный сдвиг, горизонтальное вращение, ещё всякие "мешки" холодного воздуха образуются с градом например, который долго не падает. Может TornadoF5 поможет прояснить ситуацию?
Axron
2017-10-25 19:53:51
wandervogel
В теме Ураганы и тайфуны одно время один участник интересные вопросы задавал

Ух, какой там трешак)
kir_vik
2017-10-25 19:56:52
Morozov_S
Если удастся подружить мой сканер с семеркой

Если дров нет то не получится. Я на семерке устанавливал ХР на виртуалке, USB на виртуалке тоже шаманил. А отсканированные файлы через папку общего доступа уже копировал на семерку.
LESS
2017-10-26 10:48:57
wandervogel
Может TornadoF5 поможет прояснить ситуацию?

Возможно, Вы найдете упомянутого участника на другом ресурсе.
wandervogel
2017-10-26 13:29:14
Axron
Ух, какой там трешак)

Если честно - тоже не во всём разобрался. Там есть по ссылке интересная статья про вихри Тейлора и Бенара, пытался это всё представить, но пока, к сожалению не под силу. А в постах bvs1940 проскакивает откровенный бред. Но всё-же попадаются интересные вопросы и замечания.

Ещё можно рассмотреть такую ситуацию - суперъячейки могут иногда образовываться при отн. небольшом сдвиге ветра(15 м/с), но при очень большой неустойчивости - cape 4000-5000. Сдвиг ветра может разделить восх. и нисх. потоки в грозовом облаке, но вряд ли придаст большую кинетическую энергию.
Допустим внизу образовался смерч в области восх. потока, а в облаке мезоциклон - обычный, по типу тайфуна с вертикальной осью, только маленький. И в этом случае появления под облаком вращения и центробежной силы в восх. потоке наоборот замедлит циркуляцию, ослабит сам восх. поток, конденсацию пара, образование градин и т.д. - т.е. такой вариант отпадает. Хотя возм. и возникнет небольшой смерч или какой нибудь landspout.
Зато если представить, что это колесо - вихрь с горизонтальной осью начинает постепенно разгоняться восх. потоком и тёплым воздухом с одной стороны, и сильным ливнем и градом с другой - тогда действительно возможно зн. падение давления в центре этого колеса. Только потом вихрь в какой-то части должен наклониться вниз. Поэтому интересно найти хвост "змеи" и её нос.
Corvus
2017-10-26 13:46:16
wandervogel
Может TornadoF5 поможет прояснить ситуацию?



Он общается на форуме Костяна.
Если Вы там зарегистрированы, можете пригласить его сюда.
wandervogel
2017-10-26 15:07:16
Corvus
Он общается на форуме Костяна.
Если Вы там зарегистрированы, можете пригласить его сюда.


Пока там нашёл только две темы про конвективные явления,хотя может плохо искал, и обе создал Грозоман. TornadoF5 там конечно не писал. Вообще не пойму, что он нашёл на том форуме. Не регистрировался там, как то хотел, но совсем по другой причине ... что-бы написать про них много "хорошего" что думаю.
wandervogel
2017-10-28 16:34:55
Теперь к вопросу о напр. вращения суперъячеек. Отрывок из статьи:

Динамические силы, в конечном счете, могут заставить главный восходящий поток разделиться на 2 отдельных восходящих потока, то есть, каждая суперячейка может развить оба циклонических (на правой стороне) и антициклонических (на левой стороне) вращения в среднем слое. Это может разделить суперячейку на 2 отдельные ячейки, при этом одна будет двигаться вправо, а другая влево от ведущего потока. Классический пример раскалывания шторма произошел 28 мая 1996 в Индиане (США).

Вроде всё правильно - если ведущий поток в верхний тропосфере западный, а в нижнем - восточный ветер, т.е. без вращения с высотой, справа, т.е. с юга будет вихрь по часовой стрелке, слева - против часовой.
Сильный вертикальный сдвиг способствует образованию вихря с горизонтальной осью, значит нужно ещё вращение ветра с высотой. И при классической "американской" ситуации - внизу ЮВ ветер, наверху ЮЗ-западный, могут возникнуть суперъячейки, вращающиеся по часовой стрелке, а при адвекции холода - северный-СВ внизу, СЗ-западный выше - могут образоваться, которые вращаются слева.
wandervogel
2017-10-29 16:11:18
Ещё интересует - как можно распознать суперъячейки на спутниковых снимках. Наверняка на инфракрасных это будет не сложно сделать. А то пишут в осн. о признаках на радарах.

Здесь ИК-снимки с указанием радиационной температуры, сильные грозы на юге Приморья в ночь с 30го июня на 1июня. Время 3 - 4:50 ночи:
http://savepic.net/10284148.htm
Как мне кажется - на правом фланге этой системы могла быть суперъячейка, вращающаяся по часовой стрелке.
Карты и погоду во Владивостоке можно посмотреть здесь.

Грозы вечером и ночью 20 мая, время - 19:00 - 22:50:
http://savepic.net/10225783.htm
Подозрение на суперъячейку в конце системы, хотя вряд ли т.к. облако возникало снова.
Про погоду в тот день здесь.

Грозы 3 июня 2016 года, время - 14:30 - 19:00:
http://savepic.net/10274697.htm
Слева вверху что-то типа дугообразной системы, обвёл красным. Грозу во Владивостоке описывал здесь. У нас естественно и близко ни на какую сверхъячейку не тянет, необычно только, что при такой низкой температуре были гроза и шквал.
wandervogel
2017-10-30 16:09:36
Все суперячейки производят суровые погодные условия (град, шквалы, ливни), но только 30% или меньше из них генерируют торнадо, поэтому надо попытаться различить суперячейки, генерирующие торнадо, от более «спокойных».

Думаю здесь всё просто - если в приземном слое градиент Т высокий, хотя-бы влажно-адиабатический - то смерчи возможны, а если воздух в приземном слое устойчивый, особенно инверсия - то невозможны, например как у нас летом, особенно в прибрежных районах, когда могут быть сильные ливни, шквалы и даже град, но смерчи пр. исключены.

Теперь вопросы без ответов:
Распространено мнение, что торнадо возникает, когда в облаке есть мезоциклон, т.е. как бы его продолжение, тогда почему иногда образуются неск. смерчей из одного облака?
Мезоциклон и сл. торнадо образуются в области главного восх. потока, который снабжает всё облако влагой, из-за которого оно растёт. Если посмотреть на это радарное изображение:

Торнадо и центр мезоциклона расположены в небольшом отростке слева внизу, и что-бы воздуху попасть из него в осн. часть облака - он должен двигаться на СВ-восток по часовой стрелке. И как это возможно?
Хотя всё наверняка проще - осн. часть облака похожа на тёплый фронт циклона, задняя - с мезоциклоном - это только небольшая, далеко не основная часть облака.
И главный вопрос - природа торнадо. Т.к. если это был восх. поток мезоциклона - за счёт центробежной силы он бы существенно тормозился, и особо низкое давление вряд ли получилось даже при сильной неустойчивости(cape, li). Так же иногда можно видеть, как даже лёгкие предметы, попавшие в смерч вылетают из него на некоторой высоте из-за центробежной ислы, т.е. не достигают облака, следовательно в этой области не может быть осн. восходящий поток.

Теперь мои выводы(они могут быть ошибочными):
- как раз центробежная сила является движущей, причиной низкого давления в торнадо, а не следствием,
- осн. восходящий поток связан со смерчем, только не напрямую, а опосредовано.
- смерчи могут возникать в облаке, когда есть сильные нисходящие потоки, вызванные сильным ливнем, градом, только не вызывающие сильного охлаждения, а то воздух станет устойчивым, и когда есть рециркуляция.

Сколько раз наблюдал - при сильных грозах характерная последовательность - сначала первый несильный шквал с полосой облаков или вообще без шквала, потом обложный продолжительный дождь и внутриоблачные высокие молнии, усиление ЮВ ветра, потом под конец сильный(осн.)шквал с ливнем и молнии в землю, дальше прекращение ветра или снова ЮВ.
Как известно при слабом ведущем потоке и сдвиге ММК имеет вид холодного фронта 1го рода. Ветер - сначала ЮВ-южный, потом СЗ шквал и ливень, потом после дождя штиль или снова ЮВ(если ведущий поток СЗ). При более сильном ведущем потоке и сдвиге ММК похож на фронт холодной оклюзии - вначале обложный дождь, потом СЗ шквал и ливень. При сильном сдвиге похож на тёплый фронт - сначала обложный дождь, потом ливень, только ЮВ ветер постепенно усиливается, особенно в конце.
Смерчи(или смерчи) образовываются обычно на заднем холодном фронте, если есть хотя-бы небольшая область холодного воздуха в тылу из-за нисходящих потоков и осадков.
Ещё вывод - при сильном сдвиге в грозовом облаке может быть мощный восходящий поток и даже мезоциклон, только без никаких торнадо.

Вроде всё изложил и вроде правильно. По кр. мере никто не возражает.
LESS
2017-10-31 12:13:11
wandervogel

У предметов, вылетающих из торнадо под действием "центробежной силы", и у воздуха, участвующего в "сотворении торнадо" под действием центростремительного ускорения, сильно разная плотность.
wandervogel
2017-10-31 13:22:25
LESS
У предметов, вылетающих из торнадо под действием "центробежной силы", и у воздуха, участвующего в "сотворении торнадо" под действием центростремительного ускорения, сильно разная плотность.

Я писал о лёгких предметах типа веток или даже песка, тяжёлые предметы вылетают ещё раньше. Ещё по некоторым наблюдениям в центре смерча есть нисходящий поток воздуха, который трудно обяснить по классической теории смерча - как начала осн. восх. потока в мезоциклоне.
Corvus
2017-10-31 13:36:07
В советской литературе указывалось, что формирования суперячейкового облака (и развития торнадо) необходимы:
1) Очень сильная конвективная неустойчивость воздуха. При этом обычно темп-ра у земли (до грозы) составляет +27...+30 и выше.
2) Мощное струйное течение на высотах, резкое усиление скорости ветра с высотой и некоторый поворот его - большие вертикальные сдвиги ветра способствуют завихрённости поднимающегося потока и образованию мезоциклона.

Таким образом, благоприятен для формирования суперячейки тёплый сектор циклона недалеко перед холодным фронтом, вблизи оси высотной фронтальной зоны и соответствующего ей струйного течения.

См., например, отчёт о смерче в Астраханской области 20/21 июня 1985 г.

http://meteocenter.net/meteolib/tornado1985.htm

Струйное течение проходило на 03 ч. 20 июня: АТ-700 Самара-Енотаевка-Грозный, АТ-500 Саратов-Волгоград-Элиста.

Струйное течение проходило на 03 ч. 21 июня: АТ-700 Самара-Эльтон-Енотаевка-Грозный, АТ-500 Саратов-Харабали-Каспийский.

Таким образом, на момент развития смерча данный район (красная точка на снимке) был в зоне пересечения струйных течений на уровнях АТ-700 и АТ-500.
wandervogel
2017-10-31 14:31:03
Corvus
1) Очень сильная конвективная неустойчивость воздуха. При этом обычно темп-ра у земли (до грозы) составляет +27...+30 и выше.
2) Мощное струйное течение на высотах, резкое усиление скорости ветра с высотой и некоторый поворот его - большие вертикальные сдвиги ветра способствуют завихрённости поднимающегося потока и образованию мезоциклона.


Это всё понятно, не раз приводили в этой теме и в других. Так же любят повторять известные признаки с американской статьи - "поток тёплого влажного воздуха с ЮВ внизу, и поток сухого воздуха в ср. слоях с ЮЗ, небольшой задерживающий слой на 2-3км, при разрушении которого облака развиваются взрывным образом", хотя есть и другие похожие ситуации.

Условия более менее известны, речь идёт о природе явлений, продолжение этого обсуждения. Возможно большинство участников даже не понимают суть вопроса.

И кстати - задерживающий слой на 2-3км может разрушаться не только из-за того, что вершины КД облаков его быстро преодолевают, а ещё, когда при сильном сдвиге ветра начинают нависать наковальня и высокие перистосл. и ВС облака, сыпет сл. обложный дождь(не обязательно до земли), сухой воздух на 3км охлаждается и задерживающий слой исчезает. Внизу часть тёплого воздуха "выдавливается" вперёд, а часть - прямиком в главное КД облако, в область осн. восх. потока. Нередко за ним следует тыловой нисходящий поток от ливня, который образует шквал, иногда смерчи, если не сильно холодный.

При этом обычно темп-ра у земли (до грозы) составляет +27...+30 и выше.

Спорно. На территории СНГ смерчи нередко образуются при более низких температурах, даже мощные.
Corvus
2017-10-31 15:01:59
задерживающий слой на 2-3км может разрушаться не только из-за того, что вершины КД облаков его быстро преодолевают, а ещё, когда при сильном сдвиге ветра начинают нависать наковальня и высокие перистосл. и ВС облака, сыпет сл. обложный дождь(не обязательно до земли), сухой воздух на 3 км охлаждается и задерживающий слой исчезает
wandervogel

Да, возможно такое!

И в тылу МКК бывает козырёк ВС с накрапывающим обложным дождём.
wandervogel
2017-11-06 11:38:38
Теперь хочу подвести итоги:
- смерч(или смерчи) возникают на границе восходящего и нисходящего потока воздуха в гр. облаке, когда эти потоки ещё и разного горизонтального направления(ЮВ и северный), при их соприкосновении возникают завихрения, причём смерч находится в тёплом воздухе рядом с главным восходящим потоком, но не прямо в нём;
- мезоциклон образуется в задней южной ч. суперъячейки, если она дв. запада, вращающийся облачный столб расширяется кверху и наклонён на восток, осн. массив облаков находится восточнее, где выпадают осн. осадки - обложные и ливневые, большая ч. холодного воздуха уносится на восток и север;
- небольшая ч. холодного воздуха попадает заднюю часть и участвует в формировании мезоциклона и смерчей, если нисходящий поток в тылу суперъячейки усилится - она может превратится в дуговую систему, или даже распасться на обычную полосу шквалов с горизонтальной осью при ослаблении ведущего потока.

Хотел нарисовать схему, но к сожалению есть проблема с хостингом картинок. Нужно создавать свой аккаунт. Все бесплатные сервисы не дают никакой гарантии, что очень плохо. Ведь большая часть сообщений на форуме просто потеряет смысл.
LESS
2017-11-07 12:01:58
wandervogel

Хотел нарисовать схему, но к сожалению есть проблема с хостингом картинок. Нужно создавать свой аккаунт. Все бесплатные сервисы не дают никакой гарантии, что очень плохо. Ведь большая часть сообщений на форуме просто потеряет смысл.

В том смысле, что изображения по ссылкам со временем исчезают? Есть такая проблема.
Corvus
2017-11-07 15:11:35
wandervogel

Можете прислать схему мне на почту meteocenter@mail.ru
и я выложу её на сайт.
wandervogel
2017-11-15 16:19:09
Кстати - есть неплохая статья на википедии про нисходящие потоки спереди и в тылу. Из перевода:
Тыловой нисходящий поток(RFD на изображении) находится у заднего края облака, где свежий сухой воздух из окружающей среды входит в облако. Поскольку он находится вблизи восходящего потока, он может взаимодействовать с ним и давать торнадо. Прямой нисходящий поток (FFD) связан с ливневыми осадками и холодным падением

Как раз на втором рисунке отмечена область сильного ливня - arcus возле осн. восходящего потока впереди мезоциклона.

Corvus
Можете прислать схему мне на почту meteocenter@mail.ru

Написал вам письмо. Не всё удалось отправить к сожалению.
Corvus
2017-11-17 15:31:29
wandervogel

Выложил присланные Вами файлы сюда:

http://meteocenter.net/tmp/wandervogel/
wandervogel
2017-11-18 10:56:36
Corvus
Выложил присланные Вами файлы сюда:

Благодарю. Хотел написать развёрнутый пост-статью, но скорее всего время на это будет только на новый год.

Пояснение к первой картинке - Волны в пассатах:
ложбина в пассатах (англ.— восточная волна) — волнообразные возмущения восточных пассатных ветров в виде резких изменений направления обычно устойчивого пассата. На карте погоды волна имеет вид барической ложбины, расположенной по нормали к основному восточному потоку и смещающейся на запад. Своевременное обнаружение волны облегчает предсказание появления тропического циклона в ближайшие сутки-двое. В передней западной части ложбины преобладает расходимость ветров с ясной погодой. В тыловой части ложбины преобладает сходимость воздушных потоков с увеличенной облачностью и ливнями.
Corvus
2017-11-20 14:34:31
wandervogel

Пожалуйста!
Добавил ещё 4 файла.

По ММК - описанные мной схемы(суперъячейка или со сл-образными облаками в передней части) возникают при большом сдвиге ветра. Т.е. получается такой "разгоный блок" - переднее колесо, где приземный ветер дополнительно усиливается навстречу шквалу.

При небольшом положительном сдвиге ветра может получиться ММК или полоса шквалов как на первой картинке(image009.gif). где приземный воздух просто обычным напором натыкается на область холода и вытесняется верх. Выглядит как обычный холодный фронт или конв. комплекс со слоистыми облаками в тылу. Особенность - сильная гроза(если есть) обычно начинается уже после шквала.

Теперь по тайфунам - рисунки, которые объясняют образование длинного хвоста высоко и перистосл. облаков и обложного дождя в северной-СВ части - (image034.gif, image036.gif - скорее тр. шторм а не тайфун). Ещё схема (image039.gif) - смещение полярного фронта на север при подходе тайфуна.
wandervogel
2017-12-27 15:43:17
19 сентября этого года проходил довольно интересный "ныряющий" циклон, состоящий в осн. из конвективных облаков. Вот ссылки на файлы анимации спутниковых снимков видимого света, и радиационной температуры с 14ч 19го по 8 утра 20го сентября. Сильные и умеренный грозы были на юге Приморья 19го сентября, потом продолжились ночью и утром 20го на ЮВ края и над морем. Потом ещё на Хоккайдо. Только анимацию над Японией делать не стал, и так файлы большие получились.

О погоде есть здесь, и дальше по теме, но к сожалению картинки не сохранились.

Погода во Владивостоке 19го в 1п.дня:


Вечером началась гроза, вид на ЮВ:


Сохранил несколько фоток молний:


Приземная карта, утро 20го:
wandervogel
2017-12-28 07:18:31
Ну вот, картинки исчезли, чего и следовало ожидать.(((

Ещё интересно - на снимках радиационной температуры видно широтно-ориентированные облачные валы, один образовался ближе к вечеру над Кореей в р-не города Расон, второй - над севером Приморья утром. Не совсем понятно - они из конвективных облаков состоят или каких то слоистых? Причина скорее всего в сильном сдвиге ветра - внизу ЮЮЗ, наверху сильные ЗСЗ потоки. Здесь сохранил высотную диаграмму на 4ч дня для аэропорта Владивосток.

Здесь продолжение - анимация снимков с 10 утра до 5ч дня.

Теперь для общего представления карты погоды с 10 утра 19го, по 10 утра 20го:


Cape и li:


P.S. Теперь ждём когда накроется архив wetter3.de.
wandervogel
2017-12-28 13:58:58
Вопрос к участникам - анимация по ссылкам нормально воспроизводится?
kir_vik
2017-12-28 14:21:46
wandervogel

Да, если попав на ЯД кликнуть по картинке.
wandervogel
2017-12-28 14:34:08
kir_vik

Понятно, благодарю.
Чтобы написать ответ в эту тему,
перейдите в полную версию Метеоклуба