Represamento de ar frio - Cold-air damming

Quando o ar quente à frente de um sistema de tempestade que se aproxima substitui o ar frio preso a leste de uma cordilheira, a nebulosidade e a precipitação podem ocorrer por períodos prolongados de tempo

Represamento de ar frio , ou CAD , é um fenômeno meteorológico que envolve um sistema de alta pressão ( anticiclone ) acelerando em direção ao equador a leste de uma cordilheira orientada norte-sul devido à formação de um jato de barreira atrás de uma frente fria associada com a porção polar de uma calha de nível superior dividido. Inicialmente, um sistema de alta pressão move os polos de uma cadeia de montanhas norte-sul. Uma vez que se espalha pelos pólos e a leste da cordilheira, o fluxo em torno das margens altas contra as montanhas, forma um jato de barreira que canaliza o ar frio por um trecho de terra a leste das montanhas. Quanto mais alta a cadeia montanhosa, mais profundamente a massa de ar frio se aloja a leste, maior é o impedimento dentro do padrão de fluxo e mais resistente se torna às intrusões de ar mais ameno.

À medida que a porção do sistema em direção ao equador se aproxima da cunha de ar frio, desenvolve-se uma baixa nebulosidade persistente, como estratos , e precipitação , como garoa , que pode durar longos períodos de tempo; enquanto dez dias. A própria precipitação pode criar ou aumentar uma assinatura de represamento, se a alta da direção do pólo for relativamente fraca. Se tais eventos se acelerarem através de passagens nas montanhas, podem ocorrer ventos de abertura de montanha perigosamente acelerados , como os ventos de Tehuantepecer e Santa Ana . Esses eventos são vistos comumente no hemisfério norte na América do Norte central e oriental, ao sul dos Alpes na Itália e perto de Taiwan e Coréia na Ásia. Eventos no hemisfério sul foram registrados na América do Sul, a leste dos Andes.

Localização

Este satélite meteorológico TRMM mostra o impacto do vento de um Tehuantepecer de 16 de dezembro de 2000 às 13h15 UTC.

O represamento de ar frio normalmente acontece nas latitudes médias, já que essa região fica dentro dos Westerlies , uma área onde intrusões frontais são comuns. Quando a oscilação ártica é negativa e as pressões são maiores sobre os pólos, o fluxo é mais meridional, soprando da direção do pólo em direção ao equador, o que traz ar frio para as latitudes médias. O represamento de ar frio é observado no hemisfério sul a leste dos Andes, com incursões frias vistas na direção do equador até o décimo paralelo ao sul . No hemisfério norte, situações comuns ocorrem ao longo do lado leste das faixas dentro do sistema das Montanhas Rochosas nas porções ocidentais das Grandes Planícies , bem como em várias outras cadeias de montanhas (como as Cascades ) ao longo da costa oeste dos Estados Unidos. O inicial é causado pela porção em direção ao pólo de uma cava de nível superior dividido, com o represamento precedendo a chegada da porção mais em direção ao equador.

Alguns dos eventos de represamento de ar frio que ocorrem a leste das Montanhas Rochosas continuam em direção ao sul a leste da Sierra Madre Oriental através da planície costeira do México através do istmo de Tehuantepec . Mais afunilamento de ar frio ocorre dentro do istmo, o que pode levar a ventos fortes e com a força de um furacão, conhecido como Tehuantepecer . Outros exemplos comuns de represamento de ar frio ocorrem na planície costeira do centro-leste da América do Norte, entre as Montanhas Apalaches e o Oceano Atlântico . Na Europa, as áreas ao sul dos Alpes podem estar sujeitas a represamentos de ar frio. Na Ásia, o represamento de ar frio foi documentado perto de Taiwan e da Península Coreana .

As ondas de frio nas encostas orientais das Montanhas Rochosas, Islândia, Nova Zelândia e Ásia oriental diferem do ar frio que represa a leste dos Apalaches devido às cadeias de montanhas mais largas , terreno inclinado e falta de um corpo oriental de água quente.

Desenvolvimento

O desenvolvimento normal do CAD ocorre quando uma área fria de alta pressão se forma a leste de uma cadeia de montanhas orientada de norte a sul. Conforme um sistema se aproxima do oeste, uma nuvem persistente com precipitação associada se forma e permanece na região por períodos prolongados de tempo. As diferenças de temperatura entre a costa mais quente e as seções do interior a leste do terreno podem exceder 36 graus Fahrenheit (20 graus Celsius), com chuva perto da costa e precipitação congelada, como neve, granizo e chuva congelante, caindo para o interior durante os períodos mais frios do ano. No hemisfério norte, dois terços desses eventos ocorrem entre outubro e abril, com eventos de verão precedidos pela passagem de uma porta dos fundos da frente fria . No hemisfério sul, foi documentado que ocorrem entre junho e novembro. Os eventos de represamento de ar frio que ocorrem quando o sistema de alta pressão da superfície principal é relativamente fraco, com uma pressão central abaixo de 1.028,0 milibares (30,36 inHg), ou permanecendo uma característica progressiva (mova-se consistentemente para o leste), podem ser significativamente aumentados pela nebulosidade e pela própria precipitação . Nuvens e precipitação agem para aumentar a pressão ao nível do mar na área em 1,5 a 2,0 mb (0,04 a 0,06 inHg). Quando a alta da superfície se move para o mar, a própria precipitação pode causar o evento CAD.

Detecção

Algoritmo de detecção

Mapa de estações de superfície de detecção de CAD
Mapa das estações meteorológicas rotuladas no sudeste dos EUA que são adequadas para uso no algoritmo de detecção CAD

Este algoritmo é usado para identificar o tipo específico de eventos CAD com base na crista de pressão da superfície, sua cúpula fria associada e fluxo de nordeste ageostrófico que flui em um ângulo significativo em relação ao padrão isobárico. Esses valores são calculados usando dados horários de observações meteorológicas de superfície . O Laplaciano da pressão ao nível do mar ou temperatura potencial na direção normal da montanha - perpendicular à cadeia de montanhas - fornece uma medida quantitativa da intensidade de uma crista de pressão ou cúpula fria associada. O algoritmo de detecção é baseado em Laplacianos ( ) avaliados para três linhas normais da montanha construídas a partir de observações da superfície dentro e ao redor da área afetada pelo represamento de ar frio - a região de represamento. O "x" denota a pressão ao nível do mar ou a temperatura potencial (θ) e os subscritos 1–3 denotam estações indo de oeste a leste ao longo da linha, enquanto o "d" representa a distância entre duas estações. Os valores laplacianos negativos são tipicamente associados aos máximos de pressão na estação central, enquanto os valores laplacianos positivos geralmente correspondem a temperaturas mais frias no centro da seção.

Efeitos

O céu durante os eventos de represamento de ar frio é dominado por nuvens estratos durante a estação fria

Quando ocorre o represamento de ar frio, ele permite que o ar frio suba em direção ao equador na área afetada. Em situações calmas e não tempestuosas, o ar frio avançará desimpedido até que a área de alta pressão não possa mais exercer qualquer influência por falta de tamanho ou por deixar a área. Os efeitos do represamento de ar frio tornam-se mais proeminentes (e também mais complicados) quando um sistema de tempestade interage com o ar frio que se espalha.

Os efeitos do represamento de ar frio a leste das Cascades, em Washington, são fortalecidos pela topografia em forma de bacia ou bacia do leste de Washington . O ar frio do Ártico que flui para o sul da Colúmbia Britânica através do vale do rio Okanogan enche a bacia, bloqueada ao sul pelas Montanhas Azuis . O represamento de ar frio faz com que o ar frio suba ao longo das encostas orientais da Cascade, especialmente nas passagens mais baixas, como a passagem de Snoqualmie e a passagem de Stevens . O ar mais suave, com influência do Pacífico, movendo-se para o leste sobre as Cascades é frequentemente forçado para cima pelo ar frio nas passagens, mantido no lugar pelo ar frio que represa a leste das Cascades. Como resultado, os passes costumam receber mais neve do que as áreas mais altas das Cascades, que permitem esquiar nos passes de Snoqualmie e Stevens.

Uma área de alta pressão centrada sobre a Grande Bacia dá origem a um evento de vento Santa Ana conforme a massa de ar flui através das passagens e desfiladeiros do sul da Califórnia, manifestando-se como um vento seco do nordeste.

A situação durante os eventos de vento Tehuantepecers e Santa Ana é mais complicada, pois ocorrem quando o ar que se dirige para o sul devido ao ar frio que represa a leste de Sierra Madre Oriental e Sierra Nevada, respectivamente, é acelerado quando se move através de lacunas no terreno. O Santa Ana é ainda mais complicado pelo ar descendente, ou ventos de foehn , secando e aquecendo a sotavento da Sierra Nevada e cordilheiras costeiras, levando a uma situação perigosa de incêndio florestal .

A cunha

O efeito conhecido como "a cunha" é o exemplo mais conhecido de represamento de ar frio. Nesse cenário, o sistema de tempestade mais voltado para o equador trará o ar mais quente com ele acima da superfície (a cerca de 1.500 metros (4.900 pés)). Este ar mais quente passará sobre o ar mais frio na superfície, que está sendo mantido no lugar pelo sistema de alta pressão nos pólos. Esse perfil de temperatura, conhecido como inversão de temperatura , levará ao desenvolvimento de garoa, chuva, chuva congelante , granizo ou neve. Quando está acima de zero na superfície, pode ocorrer garoa ou chuva. Granizo, ou pelotas de gelo, se formam quando uma camada de ar acima do ponto de congelamento existe com ar sub-congelante acima e abaixo dela. Isso causa o derretimento parcial ou total de todos os flocos de neve que caem pela camada quente. À medida que eles caem de volta para a camada de subcongelamento mais próxima da superfície, eles se congelam novamente em pelotas de gelo. No entanto, se a camada sub-congelante abaixo da camada quente for muito pequena, a precipitação não terá tempo de congelar novamente e a chuva congelante será o resultado na superfície. Uma camada fria mais espessa ou mais forte, onde a camada quente no alto não aquece significativamente acima do ponto de fusão, levará à neve.

Bloqueando

O bloqueio ocorre quando um sistema de alta pressão em direção aos pólos bem estabelecido fica próximo ou dentro do caminho do sistema de tempestade que avança. Quanto mais espessa for a massa de ar frio, mais eficazmente poderá bloquear uma massa de ar invasora mais branda. A profundidade da massa de ar frio é normalmente mais rasa do que a barreira da montanha que criou o CAD. Alguns eventos em toda a Intermountain West podem durar dez dias. Poluentes e fumaça podem permanecer suspensos dentro da massa de ar estável de uma barragem de ar frio.

Erosão

A fumaça que sobe em Lochcarron , na Escócia , é interrompida por uma inversão de temperatura e sua camada de ar mais quente sobrejacente

Freqüentemente, é mais difícil prever a erosão de um evento CAD do que seu desenvolvimento. Os modelos numéricos tendem a subestimar a duração do evento. O número maior de Richardson , Ri, calcula o cisalhamento do vento vertical para ajudar a prever a erosão. O numerador corresponde à força da camada de inversão que separa a cúpula fria do CAD e a atmosfera imediata acima. O denominador expressa o quadrado do cisalhamento do vento vertical na camada de inversão. Valores pequenos do número de Richardson resultam em misturas turbulentas que podem enfraquecer a camada de inversão e auxiliar na deterioração da cúpula fria, levando ao fim do evento CAD.

Advecção fria no alto

Um dos mecanismos de erosão mais eficazes é a importação de ar mais frio - também conhecido como advecção de ar frio - em silêncio. Com a advecção a frio maximizada acima da camada de inversão, o resfriamento no alto pode enfraquecer na camada de inversão, o que permite a mistura e o desaparecimento do CAD. O número de Richardson é reduzido pela camada de inversão de enfraquecimento. A advecção a frio favorece a subsidência e a secagem, o que apóia o aquecimento solar abaixo da inversão.

Aquecimento solar

O aquecimento solar tem a capacidade de corroer um evento CAD aquecendo a superfície na ausência de uma nuvem espessa. No entanto, mesmo uma camada superficial rasa durante a estação fria pode tornar o aquecimento solar ineficaz. Durante os intervalos de céu encoberto para a estação quente, a absorção da radiação solar na superfície aquece a cúpula fria, mais uma vez diminuindo o número de Richardson e promovendo a mistura.

Divergência próxima à superfície

Nos Estados Unidos, à medida que um sistema de alta pressão se move para o leste em direção ao Atlântico, os ventos do norte são reduzidos ao longo da costa sudeste. Se os ventos de nordeste persistirem na região do represamento ao sul, a divergência líquida estará implícita. A divergência próxima à superfície reduz a profundidade da cúpula fria, além de auxiliar no afundamento de ar, o que pode reduzir a cobertura de nuvens. A redução da cobertura de nuvens permite que o aquecimento solar aqueça efetivamente a cúpula fria da superfície para cima.

Mistura induzida por cisalhamento

A forte estabilidade estática de uma camada de inversão de CAD geralmente inibe a mistura turbulenta, mesmo na presença de cisalhamento do vento vertical. No entanto, se o cisalhamento se fortalecer além de um enfraquecimento da inversão, a cúpula fria se torna vulnerável à mistura induzida pelo cisalhamento. Ao contrário do aquecimento solar, esta erosão de eventos CAD acontece de cima para baixo. A mistura ocorre quando a profundidade do fluxo nordeste torna-se cada vez mais rasa e o fluxo forte ao sul faz uma progressão para baixo, resultando em alto cisalhamento.

Avanço frontal

A erosão de uma cúpula fria normalmente ocorrerá primeiro perto das franjas, onde a camada é relativamente rasa. À medida que a mistura progride e a cúpula fria erodir, a fronteira do ar frio - freqüentemente indicada como uma frente costeira ou quente - se moverá para o interior, diminuindo a largura da cúpula fria.

Classificando eventos do sudeste dos Estados Unidos

Espectro de eventos CAD Apalaches
Isso mostra o espectro CAD em termos de intensidade e contribuição relativa dos processos diabáticos para o forçamento de escala sinótica. (a) é o esquema original e (b) é o esquema revisado.

Um esquema objetivo foi desenvolvido para classificar certos tipos de eventos CAD no sudeste dos Estados Unidos. Cada esquema é baseado na força e na localização do sistema principal de alta pressão.

Clássico

Os eventos clássicos de CAD são caracterizados por forçantes sinóticos secos , contribuição diabática parcial e um forte anticiclone parental (sistema de alta pressão) localizado ao norte da região de represamento dos Apalaches. Um sistema de alta pressão forte geralmente é definido como tendo uma pressão central acima de 1.030,0 mb (30,42 inHg). O nordeste dos Estados Unidos é o local mais favorável para o sistema de alta pressão em eventos de CAD clássicos.

Para eventos clássicos diabaticamente aprimorados, 24 horas antes do início do CAD, um jato proeminente de 250 MB se estende do sudoeste ao nordeste, através do leste da América do Norte. Uma área geral de calha está presente nos níveis de 500 e 250 MB a oeste do jato. O sistema principal de alta pressão está centralizado no meio-oeste superior, abaixo da região de entrada do jato de 250 MB, estabelecendo as condições para CAD a leste das Montanhas Rochosas .

Para eventos clássicos de início seco, o jato de 250 MB é mais fraco e centrado mais a leste em relação aos eventos clássicos diabaticamente intensificados. O jato também não se estende tão longe para sudoeste em comparação com eventos CAD clássicos diabaticamente aprimorados. O centro do sistema de alta pressão fica mais a leste, de modo que a crista se estende para o sul até o centro-sudeste dos Estados Unidos. Embora os dois tipos de eventos clássicos comecem de maneira diferente, seus resultados são muito semelhantes.

Híbrido

Quando o anticiclone parental é mais fraco ou não idealmente localizado, o processo diabático deve começar a contribuir para o desenvolvimento de DAC. Em cenários onde há uma contribuição igual de forçamento sinótico seco e processos diabáticos, é considerado um evento de barramento híbrido. O jato de 250 MB é mais fraco e ligeiramente mais ao sul em relação a um composto clássico 24 horas antes do início do CAD. Com a superfície parente bem mais a oeste, ele se desenvolve em direção ao leste nas Grandes Planícies do norte e na região oeste dos Grandes Lagos, localizada abaixo de uma região de fluxo confluente do jato de 250 MB.

No local

Os eventos in situ são os mais fracos e geralmente os mais breves entre os tipos de eventos CAD. Esses eventos ocorrem durante a ausência de condições sinóticas ideais, quando a posição do anticiclone é altamente desfavorável localizado bem no mar. Em alguns casos in situ, o gradiente de pressão da barreira é em grande parte devido a um ciclone a sudoeste, e não ao anticiclone a nordeste. Os processos diabáticos levam à estabilização de uma massa de ar que se aproxima dos Apalaches. Os processos diabáticos são essenciais para eventos in situ. Esses eventos geralmente levam a um represamento fraco e estreito.

Mapa de onde os eventos de CAD por localização no sudeste dos Estados Unidos.
Representação de localizações geográficas típicas para o desenvolvimento de cada tipo de evento CAD. As áreas são separadas por onde o anticiclone pai está localizado para o início do CAD.

Predição

Visão geral

As previsões do tempo durante eventos CAD são especialmente propensas a imprecisões. O tipo de precipitação e as altas temperaturas diárias são especialmente difíceis de prever. Os modelos meteorológicos numéricos tendem a ser mais precisos na previsão do desenvolvimento de um evento CAD e menos precisos na previsão de sua erosão. A previsão manual pode fornecer previsões mais precisas. Um previsor humano experiente usará modelos numéricos como guia, mas será responsável pelas imprecisões e deficiências do modelo.

Caso de exemplo

O evento de CAD nos Apalaches de outubro de 2002 ilustra algumas deficiências dos modelos climáticos de curto prazo para prever um evento de CAD. Este evento foi caracterizado por uma camada saturada estável de ar frio da superfície até o nível de pressão de 700 MB sobre os estados da Virgínia, Carolina do Norte e Carolina do Sul. Essa massa de ar frio foi bloqueada pelos Apalaches e não se dissipou nem mesmo com o fortalecimento de um ciclone costeiro para o leste. Durante este evento, os modelos meteorológicos de curto prazo previram essa limpeza de massa fria, levando a condições climáticas mais justas para a região, como condições mais quentes e a ausência de uma camada de nuvens estratos. No entanto, o modelo teve um desempenho ruim porque eles não levaram em consideração a transmissão excessiva de radiação solar através das camadas de nuvens e a mistura superficial promovida pelo esquema de parametrização convectiva do modelo. Embora esses erros tenham sido corrigidos em modelos atualizados, eles resultaram em uma previsão imprecisa.

Referências