Nedbrudd - Downburst

Illustrasjon av et mikrobrudd. Luften beveger seg nedover til den treffer bakkenivå. Den sprer seg deretter utover i alle retninger. Vindregimet i et mikrobrudd er motsatt av et tornado.

I meteorologi , en Fallvind er en sterk bakkenivå vind system som går ut fra en punktkilde ovenfor og slag radielt , det vil si i rette linjer i alle retninger fra kontaktpunktet på bakkenivå. Ofte produserer det skadelige vinder, det kan forveksles med en tornado , der høyhastighetsvinder sirkler rundt et sentralt område, og luft beveger seg innover og oppover; derimot, i et nedbrudd, blir vinden rettet nedover og deretter utover fra overflatelandingspunktet.

Nedbrudd skapes av et område med betydelig nedkjølt luft som, etter å ha nådd bakkenivå ( avtar ), sprer seg ut i alle retninger og produserer sterk vind. Tørre nedbør er forbundet med tordenvær med svært lite regn, mens våte nedbør skapes av tordenvær med store mengder nedbør. Mikrobrudd og makrobrudd er nedbrudd i henholdsvis veldig små og større skalaer. En annen variant, varmesprengningen , er skapt av vertikale strømmer på baksiden av gamle utstrømningsgrenser og byllelinjer der det mangler nedbør. Varmespreng genererer betydelig høyere temperaturer på grunn av mangel på regnkjølt luft i formasjonen. Nedbrudd skaper vertikalt vindskjær eller mikrobrudd, noe som er farlig for luftfarten , spesielt under landing, på grunn av vindskjæret forårsaket av vindkastets front . Flere dødelige og historiske krasjer har blitt tilskrevet fenomenet i løpet av de siste tiårene, og opplæring av flybesetninger går langt i å gjenkjenne og gjenopprette seg fra en mikrobrudd/vindskjærhendelse. De varer vanligvis i sekunder til minutter.

De går gjennom tre stadier i syklusen: nedbrudd, utbrudd og pute.

Definisjon

Nedbrudd skader i en rett linje. (Kilde NOAA )

Et nedbrudd skapes av en søyle med synkende luft som etter å ha truffet bakkenivå, sprer seg ut i alle retninger og er i stand til å produsere skadelige rettlinjevind på over 240 km/t (150 mph), som ofte forårsaker skader som ligner på, men kan skilles fra hverandre fra, forårsaket av tornadoer . Dette er fordi de fysiske egenskapene til et nedbrudd er helt forskjellige fra en tornado. Nedbruddsskader vil utstråle fra et sentralt punkt når den synkende kolonnen sprer seg når den treffer overflaten, mens tornadoskader tenderer mot konvergent skade i samsvar med roterende vind. For å skille mellom tornadoskader og skader fra et nedbrudd, brukes begrepet rettlinjevind om skader fra mikrobrudd.

Nedbrudd er spesielt sterke nedturer fra tordenvær. Fallvind i luft som er utfelling fri eller inneholder virga er kjent som tørre Fallvind ; de som følger med nedbør er kjent som våte nedbrudd . De fleste nedbruddene er mindre enn 4 km (2,5 mi): disse kalles mikrobrudd . Nedbrudd større enn 4 km (2,5 mi) i omfang kalles noen ganger makrobrudd . Nedbrudd kan forekomme over store områder. I det ekstreme tilfellet kan en derecho dekke et stort område som er mer enn 320 km bredt og over 1600 km langt, som varer opptil 12 timer eller mer, og er forbundet med noen av de mest intense straight- linjevind, men den generative prosessen er noe annerledes enn for de fleste nedbrudd.

Begrepet mikrobrudd ble definert av den meteorologiske eksperten Ted Fujita på mesoskala som å påvirke et område med en diameter på 4 km (2,5 mi) eller mindre, og skille dem som en type nedbrudd og bortsett fra vanlig vindskjær som kan omfatte større områder. Fujita laget også begrepet makrobrudd for nedbrudd større enn 4 km.

Det kan skilles mellom et vått mikrobrudd som består av nedbør og et tørt mikrobrudd som vanligvis består av virga . De dannes vanligvis av nedbørskjølet luft som strømmer til overflaten, men de kan kanskje også drives av sterk vind oppover som blir avbøyd mot overflaten av dynamiske prosesser i tordenvær (se nedre nedre flanke ).

Tørre mikrobrudd

Tørr mikroburst skjematisk

Når regn faller under skybasen eller blandes med tørr luft, begynner den å fordampe, og denne fordampningsprosessen kjøler luften. Den kjølige luften synker og akselererer når den nærmer seg bakken. Når den kjølige luften nærmer seg bakken, sprer den seg ut i alle retninger. Høy vind spredte seg i denne typen mønster som viser liten eller ingen krumning er kjent som rettlinjede vinder .

Tørre mikrobrudd produsert av høybaserte tordenvær som genererer lite eller ingen nedbør på overflaten, forekommer i miljøer preget av en termodynamisk profil som viser en invertert-V ved termisk og fuktig profil, sett på et Skew-T log-P termodynamisk diagram . Wakimoto (1985) utviklet en konseptuell modell (over High Plains i USA) av et tørt mikrobruddsmiljø som inneholdt tre viktige variabler: fuktighet på mellomnivå, skybase i midten av atmosfæren og lav overflate relativ fuktighet . Disse forholdene fordamper fuktigheten fra luften når den faller, kjøler luften og får den til å falle raskere fordi den er tettere.

Våte mikrobrudd

Et vått mikrobrudd

Våte mikrobrudd er nedbrudd ledsaget av betydelig nedbør på overflaten. Disse nedbruddene er mer avhengige av nedbørsmengden for nedadgående akselerasjon av pakker, så vel som den negative oppdriften som har en tendens til å drive "tørre" mikrobrudd. Som et resultat er høyere blandingsforhold nødvendig for at disse nedbruddene skal dannes (derav navnet "våte" mikrobrudd). Smelting av is, spesielt hagl , ser ut til å spille en viktig rolle i nedbruddsdannelse (Wakimoto og Bringi, 1988), spesielt på de laveste 1 km (0,62 mi) over bakkenivå (Proctor, 1989). Disse faktorene gjør blant annet det vanskelig å forutsi våte mikrobrudd.

Karakteristisk Tørr mikrobrudd Våt mikrobrudd
Plassering med høyest sannsynlighet i USA Midtvesten / vest Sørøst
Nedbør Lite eller ingen Moderat eller tungt
Skybaser Så høyt som 500 mb (hPa) Så høyt som 850 mb (hPa)
Funksjoner under skybasen Virga Nedbørsaksel
Primær katalysator Fordampningskjøling Nedbørsmengde og fordampningskjøling
Miljø under skybase Dypt tørt lag/lav relativ fuktighet/tørr adiabatisk forfallshastighet Grunt tørt lag/høy relativ fuktighet/fuktig adiabatisk forløpshastighet

Rettlinjevind

Rettlinjet vinder (også kjent som plog vind , thundergusts og orkaner av Prairie ) er meget sterk vind som kan fremkalle skader, noe som viser en mangel på rotasjonsmønsteret skade assosiert med tornadoer . Rettlinjevind er vanlig med vindkastet foran tordenvær eller stammer fra et nedbrudd fra tordenvær. Disse hendelsene kan forårsake betydelig skade, selv i fravær av en tornado. Vindene kan blåse til 58 m/s (130 mph) og vind på 26 m/s (58 mph) eller mer kan vare i mer enn tjue minutter. I USA er slike rettlinjede vindhendelser mest vanlige om våren når ustabiliteten er høyest og værfronter rutinemessig krysser landet. Rettlinjede vindhendelser i form av derechos kan finne sted i hele den østlige delen av USA

Rettlinjevind kan være skadelig for marine interesser. Små skip, kuttere og seilbåter er utsatt for dette meteorologiske fenomenet.

Formasjon

Dannelsen av et nedbrudd starter med hagl eller store regndråper som faller gjennom tørrere luft. Haglstein smelter og regndråper fordamper, trekker latent varme fra luften rundt og kjøler den betraktelig. Kjøligere luft har en høyere tetthet enn den varmere luften rundt den, så den synker til bakken. Som den kalde luften treffer bakken det sprer seg ut og en mesoskala foran kan observeres som et vindkast foran . Områder under og like ved nedbruddet er områdene som mottar størst vind og nedbør, hvis noen er tilstede. Fordi den nedkjølte luften synker fra den midtre troposfæren, blir det også lagt merke til et betydelig temperaturfall. På grunn av samspill med bakken mister nedbruddet raskt styrke når det vifter ut og danner den særegne "krølleformen" som vanligvis sees i periferien av mikrobruddet (se bildet). Nedbrudd varer vanligvis bare noen få minutter og forsvinner deretter, bortsett fra i tilfelle squall -linjer og derecho -hendelser. Til tross for deres korte levetid er imidlertid mikrobrudd en alvorlig fare for luftfart og eiendom og kan resultere i betydelig skade på området.

Varmen sprenger

En spesiell, og mye sjeldnere, slags nedbrudd er et varmesprengning , som er et resultat av nedbør-fordampet luft som kompresjonsoppvarmes når den faller ned fra veldig stor høyde, vanligvis på baksiden av en døende squall-linje eller utstrømningsgrense. Varmeskader er hovedsakelig en nattlig forekomst, kan produsere vind over 160 km/t (100 mph), er preget av eksepsjonelt tørr luft, kan plutselig øke overflatetemperaturen til 38 ° C (100 ° F) eller mer, og noen ganger vedvare i flere timer.

Utviklingsstadier av mikrobrudd

Utviklingen av mikrobrudd er delt inn i tre stadier: kontaktfasen, utbruddstrinnet og putestadiet:

  • Et nedbrudd utvikler seg først når nedturen begynner nedstigningen fra skybasen. Nedfarten akselererer, og når i løpet av minutter bakken (kontakttrinn).
  • Under utbruddsfasen "krøller" vinden seg når den kalde luften i nedbruddet beveger seg bort fra treffpunktet med bakken.
  • Under putetappen fortsetter vindene rundt krøllen å akselerere, mens vinden ved overflaten bremser på grunn av friksjon.

På en værradar Doppler -skjerm blir et nedbrudd sett på som en kobling av radialvind i utbrudds- og pute -stadiene. Bildet til høyre viser en slik visning fra ARMOUR Doppler Weather Radar i Huntsville, Alabama i 2012. Radaren er på høyre side av bildet og nedbruddet er langs linjen som skiller hastigheten mot radaren (grønn), og den beveger seg bort (rød).

Fysiske prosesser for tørre og våte mikrobrudd

Tverrsnitt av mikrobrudd (vektorert) .svg

Grunnleggende fysiske prosesser ved bruk av forenklede oppdriftsligninger

Start med å bruke den vertikale momentumligningen :

Ved å dekomponere variablene til en grunnleggende tilstand og en forstyrrelse , definere grunntilstandene og bruke den ideelle gassloven ( ), kan ligningen skrives i formen

der B er oppdrift . Den virtuelle temperaturkorreksjonen er vanligvis ganske liten og til en god tilnærming; det kan ignoreres når du beregner oppdrift. Til slutt parametriseres effekten av nedbørsmengde på den vertikale bevegelsen ved å inkludere et begrep som reduserer oppdriften når blandingsforholdet for flytende vann ( ) øker, noe som fører til den endelige formen for pakkens momentumligning:

Det første uttrykket er effekten av forstyrrelsestrykkgradienter på vertikal bevegelse. I noen stormer har dette begrepet stor effekt på opptrekk (Rotunno og Klemp, 1982), men det er ikke mye grunn til å tro at det har stor innvirkning på nedtrekk (i det minste til en første tilnærming) og vil derfor bli ignorert.

Det andre uttrykket er effekten av oppdrift på vertikal bevegelse. Tydelig, når det gjelder mikrobrudd, forventer man å finne ut at B er negativ, noe som betyr at pakken er kjøligere enn omgivelsene. Denne avkjøling skjer vanligvis som et resultat av faseendringer ( fordampning , smelting og sublimering ). Nedbørspartikler som er små, men i store mengder, fremmer et maksimalt bidrag til kjøling og dermed til opprettelse av negativ oppdrift. Det viktigste bidraget til denne prosessen er fra fordampning.

Det siste uttrykket er effekten av vannbelastning. Mens fordampning fremmes av et stort antall små dråper, krever det bare noen få store dråper for å bidra vesentlig til nedadgående akselerasjon av luftpakker. Dette begrepet er assosiert med stormer med høye nedbørshastigheter. Sammenligning av effekten av vannbelastning med de som er forbundet med oppdrift, hvis en pakke har et blandingsforhold på flytende vann på 1,0 g kg −1 , tilsvarer dette omtrent 0,3 K negativ oppdrift; sistnevnte er en stor (men ikke ekstrem) verdi. Derfor er generelt oppdrift vanligvis den viktigste bidragsyteren til nedgangskrav.

Negativ vertikal bevegelse assosiert bare med oppdrift

Å bruke ren "pakketeori" resulterer i en forutsigelse av maksimal nedtrekning av

hvor NAPE er den negative tilgjengelige potensielle energien ,

og der LFS angir nivået av gratis vask for en synkende pakke og SFC betegner overflaten. Dette betyr at den maksimale bevegelsen nedover er forbundet med den integrerte negative oppdriften. Selv en relativt beskjeden negativ oppdrift kan resultere i en betydelig nedtrapning hvis den opprettholdes over en relativt stor dybde. En nedadgående hastighet på 25 m/s (56 mph; 90 km/t) skyldes den relativt beskjedne NAPE -verdien på 312,5 m 2 s −2 . Til en første tilnærming er maksimal vindkast omtrent den maksimale nedoverhastigheten.

Fare for luftfart

En serie fotografier av overflaten krøller seg kort tid etter at et mikrobrudd påvirket overflaten

Nedbrudd, spesielt mikrobrudd, er ekstremt farlige for fly som tar av eller lander på grunn av den sterke vertikale vindskjæringen forårsaket av disse hendelsene. En rekke dødsulykker har blitt tilskrevet nedbrudd.

Følgende er noen dødelige krasjer og/eller flyhendelser som har blitt tilskrevet mikrobrudd i nærheten av flyplasser:

Et mikrobrudd får ofte fly til å krasje når de prøver å lande (ovennevnte BOAC- og Pan Am-fly er bemerkelsesverdige unntak). Mikrobruddet er et ekstremt kraftig luftkast som, når det treffer bakken, sprer seg i alle retninger. Når flyet kommer inn for å lande, prøver pilotene å senke flyet til en passende hastighet. Når mikrobruddet treffer, vil pilotene se en stor pigg i lufthastigheten, forårsaket av kraften i motvinden som skapes av mikrobruddet. En pilot uten erfaring med mikrobrudd ville prøve å redusere hastigheten. Flyet ville deretter bevege seg gjennom mikrobruddet og fly inn i medvinden, noe som forårsaket en plutselig nedgang i mengden luft som strømmer over vingene. Nedgangen i luftstrømmen over vingene på flyet forårsaker en nedgang i mengden løft som produseres. Denne nedgangen i løft kombinert med en sterk luftstrøm nedover kan føre til at kraften som kreves for å forbli i høyden overstiger det som er tilgjengelig, og dermed få flyet til å stoppe. Hvis flyet er i lav høyde kort tid etter start eller under landing, vil det ikke ha tilstrekkelig høyde til å komme seg.

Det sterkeste mikrobruddet som er registrert så langt, skjedde i Andrews Field, Maryland 1. august 1983, med vindhastigheter på 240,5 km/t (149,5 mi/t).

Fare for bygninger

  • Juni 2019 drepte et vått mikrobrudd i Dallas, Texas, en og skadet flere da en kran kollapset på en bygård.
Kraftige mikrobruddsvind vender en flere tonn fraktbeholder opp på siden av en ås, Vaughan, Ontario, Canada
  • 31. mars 2019, en meget ødeleggende nedbruddsklynge med egenskaper ved en liten derecho, men for liten til å tilfredsstille kriteriene, påvirket over et 33 km bredt og 45 km langt skår i Bara- og Parsa -distriktene , Nepal . Oppstod i en høyde av 83 til 109 m (270 til 360 fot) amsl rundt 18:45 lokal tid, flatene fra 30-45 min varte mange og skadet mange bygninger alvorlig, noe som førte til 28 dødsfall og hundrevis av skader.
  • Mai 2018 beveget en ekstremt kraftig front seg gjennom det nordøstlige USA, spesielt New York og Connecticut , og forårsaket betydelig skade. Nesten en halv million mennesker mistet makten og 5 mennesker ble drept. Det ble registrert vind på over 160 km/t og 100 tornadoer og makrobrudd ble bekreftet av NWS.
  • April 2018 rammet et vått mikrobrudd William P. Hobby flyplass , Texas klokken 23.53, noe som forårsaket at en hangar flyet delvis kollapset. Seks forretningsfly (fire lagret i hangaren og to utenfor) ble skadet. En alvorlig tordenværvarsel ble gitt bare sekunder før mikrobruddet slo til.
  • 23. mai 2017 rammet et vått mikrobrudd Sealy, Texas, med 130 til 160 km/t vind som slo ned trær og kraftledninger. Det ble rapportert om betydelige skader på strukturer over Sealy. Tjue elever ble lettere skadet av flygende rusk mens de gikk på en funksjon på Sealy High School.
  • August 2016 rammet et vått mikrobrudd byen Cleveland Heights, Ohio , en østlig forstad til Cleveland . Stormen utviklet seg veldig raskt. Tordenvær utviklet seg vest for Cleveland klokken 21.00, og National Weather Service ga en alvorlig tordenværvarsel klokken 21.55. Stormen hadde gått over Cuyahoga County ved 22.20 -tiden. Lynet slo 10 ganger i minuttet over Cleveland Heights. og 130 km/t vind blåste hundrevis av trær og bruksstolper. Mer enn 45 000 mennesker mistet strømmen, med så store skader at nesten 6000 boliger var uten strøm to dager senere.
  • Juli 2016 traff et vått mikrobrudd deler av Kent og Providence Counties i Rhode Island og forårsaket vindskader i byene Cranston, Rhode Island og West Warwick, Rhode Island . Det ble rapportert om mange fallne trær, i tillegg til nedlagte kraftledninger og minimale materielle skader. Tusenvis av mennesker var uten strøm i flere dager, selv så lenge som over 4 dager. Uværet inntraff sent på kvelden, og det er ikke meldt om personskader.
  • Juni 2015 traff et makrobrudd deler av Gloucester og Camden fylker i New Jersey og forårsaket omfattende skader hovedsakelig på grunn av fallende trær. Elektriske verktøy ble påvirket i flere dager og forårsaket forstyrrelser i trafikken og stengte virksomheter.
  • August 2014 traff et tørt mikrobrudd Mesa, Arizona . Det revet taket av en halv bygning og et skur, og skadet nesten bygningene rundt. Det er ikke meldt om alvorlige skader.
  • 21. desember 2013 rammet et vått mikrobrudd i Brunswick, Ohio . Taket ble revet av en lokal virksomhet; ruskene ødela flere hus og biler i nærheten av virksomheten. På grunn av tiden, mellom 01.00 og 02.00, var det ingen personskader.
  • Juli 2012 traff et vått mikrobrudd et område i Spotsylvania County, Virginia nær grensen til byen Fredericksburg , og forårsaket alvorlig skade på to bygninger. En av bygningene var et cheerleading -senter for barn. Det ble meldt om to alvorlige skader.
  • Juli 2012 traff et vått mikrobrudd DuPage County, Illinois , et fylke 20 til 50 km vest for Chicago . Mikrobruddet etterlot 250 000 Commonwealth Edison -brukere uten strøm. Mange hjem fikk ikke strøm igjen på en uke. Flere veier ble stengt på grunn av 200 rapporterte falt trær.
  • Juni 2012 traff et vått mikrobrudd byen Bladensburg, Maryland , og forårsaket alvorlige skader på trær, bygårder og lokale veier. Uværet forårsaket et strømbrudd der 40 000 kunder mistet strømmen.
  • September 2011, klokken 17:01, traff et tørt mikrobrudd Nellis Air Force Base , Nevada, og forårsaket at flere flyhyller kollapset. Flere fly ble skadet og åtte personer ble skadet.
  • August 2011 traff et vått mikrobrudd den musikalske festivalen Pukkelpop i Hasselt og forårsaket alvorlig lokal skade. Fem mennesker ble drept og minst 140 mennesker ble skadet. Senere forskning viste at vinden nådde hastigheter på 170 km/t (110 mph).
  • September 2010, i Hegewisch- nabolaget i Chicago , rammet et vått mikrobrudd som forårsaket alvorlige lokaliserte skader og lokaliserte strømbrudd, inkludert tre-treff i minst fire hjem. Ingen dødsulykker ble rapportert.
  • September 2010, like etter 17:30, traff et vått makrobrudd med vind på 200 km/t deler av Central Queens i New York City , noe som forårsaket omfattende skader på trær, bygninger og kjøretøyer i et område 8 miles lang og 5 miles bred. Omtrent 3000 trær ble slått ned av noen rapporter. Det var én dødsfall da et tre falt på en bil på Grand Central Parkway .
  • Juni 2010, like etter klokken 16.30, traff et vått mikrobrudd byen Charlottesville, Virginia . Feltrapporter og skadevurderinger viser at Charlottesville opplevde mange nedbrudd under stormen, med vindestimater på over 120 km/t. I løpet av få minutter strødde trær og nedfelte kraftledninger veiene. En rekke hus ble truffet av trær. Umiddelbart etter stormen var opptil 60 000 Dominion Power -kunder i Charlottesville og omegn Albemarle County uten strøm.
  • Juni 2010, rundt 03:00, traff et vått mikrobrudd et nabolag i sørvestlige Sioux Falls, South Dakota . Det forårsaket store skader på fire hjem, som alle var okkupert. Det er ikke meldt om personskader. Tak ble blåst av garasjer og vegger ble flatet av anslagsvis 160 km/t vind. Kostnaden for reparasjoner ble antatt å være $ 500 000 eller mer.
  • Mai 2009 ble den lette stål- og maskebygningen i Irving, Texas, som ble brukt til trening av Dallas Cowboys fotballag, flatet av et mikrobrudd, ifølge National Weather Service.
  • Mars 2006 traff et mikrobrudd Lawrence, Kansas . 60 prosent av campusbygningene ved University of Kansas pådro seg en eller annen form for skade fra stormen. Foreløpige estimater setter reparasjonskostnadene på mellom $ 6 millioner og $ 7 millioner.
  • Mai 1989 traff et mikrobrudd med vind over 150 km/t Fort Hood, Texas. Over 200 amerikanske helikoptre ble skadet. Stormen skadet minst 20 prosent av fortets bygninger, og tvang 25 militære familier fra sine kvartaler. I et foreløpig estimat for skader sa hæren at reparasjoner på nesten 200 helikoptre ville koste $ 585 millioner dollar og reparasjoner av bygninger og andre anlegg om lag $ 15 millioner.
  • Juli 1977 dannet uavhengighetsdagen Derecho fra 1977 over det vest-sentrale Minnesota . Da derechoen beveget seg øst-sørøst, ble det veldig intens over det sentrale Minnesota rundt middagstid. Fra den tiden ut på ettermiddagen produserte systemet vind på 80 til mer enn 160 km/t, med områder med ekstrem skade fra det sentrale Minnesota til det nordlige Wisconsin . Derechoen fortsatte raskt sørøstover før den til slutt ble svekket over Nord -Ohio .

Se også

Referanser

Bibliografi

Eksterne linker