Fronty zokludowane

Fronty zokludowane

Zapytano na tym blogu o okluzje: czemu jest ich ostatnio więcej i jakie przeważają: cieple czy zimne. Aby na to odpowiedzieć potrzeba małego wykładu i dlatego… taki napisałem.

Zacznijmy od tego czym są fronty zokludowane (inaczej okluzje). Otóż są to fronty, w których ciepłe i lżejsze powietrze, w wyniku ściśnięcia przez zimniejsze zostało oderwane od powierzchni. Wygląda to w przekroju mnie więcej tak:

a na mapie synoptycznej tak:

W klasycznym modelu norweskim okluzja spowodowana jest szybszym poruszaniem się frontu zimnego niż ciepłego i dogonieniem drugiego przez pierwszy. Niż zaczynał od tego momentu słabnąć. Sama okluzja mogła być zimna lub ciepła w zależności od tego czy powietrze przed ciepłym frontem było, odpowiednio, cieplejsze czy zimniejsze niż powietrze za zimnym.

Jednak wiele się od tego czasu zmieniło (chociaż niekoniecznie w podręcznikach i głowach). Po pierwsze w 1990 roku pojawił się model niżu Shapiro i Keysera:

Model oparty jest o większą ilość obserwacji niż norweskim w tym obserwacji satelitarnych. W modelu tym ciepły front nie jest doganiany przez zimny bo są one prostopadłe do siebie. W oryginalnej wersji nie było w ogóle okluzji (rysują oni front okludowany jako ciepły) ale późniejsi autorzy zwykle się z tym nie zgadzają. To coś co okręca się wokół niżu to właśnie okluzja. Z tym, że ściśniecie ciepłego powietrza spowodowane jest nie doginaniem jednego frontu przez drugi, ale po prostu okręcaniem się powietrza wokół centrum niżu. I tu mamy odpowiedź na jedno z pytań: Okluzja jest tym dłuższa im głębszy jest niż, a zatem im szybciej się on obraca. Co ciekawe pierwszy artykuł, w którym to zauważono, oparty o analizy zdjęć satelitarnych, miał jako pierwszego autora kogoś o polskim nazwisku (Smigielski i Mogil, 1995, https://doi.org/10.3402/tellusa.v47i5.11581). Tak naprawdę zresztą okazało się, że nie tyle okluzja kończy intensyfikację niżu, ale że najintensywniejsze niże najszybciej się okluduję. A to nie to samo ;) Czyli jeśli naprawdę mamy ostatnio więcej okluzji to znaczy tyle, ze mamy głębsze niże.

No to jeszcze odpowiem na kwestię jakich okluzji jest więcej, zimnych i ciepłych. W klasycznym modelu wygląda to tak:

Nachylenie frontu zależy tu od różnicy temperatur. Jednak okazuje się, że w praktyce nachylenie to zależy od czego innego: różnicy stabilności po obu stronach. Front okludowany nie ma skoku temperatury, a jedynie skok jej gradientu. Tego typu front przechyla się w górę w stronę powietrza bardziej stabilnego, o mniejszym pionowym gradiencie temperatur (Stoelinga i inni, 2002, https://doi.org/10.1175/1520-0477(2002)083%3C0709:WOCOAF%3E2.3.CO;2). Czyli nazwy „ciepła” i „zimna” okluzja są same w sobie anachronizmem. Powinna to być raczej „niestabilna” i „stabilna” okluzja. W każdym wypadku nazwa pochodzi od względnej właściwości powietrza za frontem, w stosunku do tego przed nim.

W praktyce okazuje się, że prawie wszystkie okluzje są „ciepłe”, a „zimne” jeśli w ogóle występują to w niżach o bardzo słabo zaznaczonych frontach ciepłych. W praktyce oznacza to, ze powietrze za frontem zokludowanym jest bardziej niestabilne niż przed nim. A najzabawniejsze, że wynika to wprost z przestarzałego modelu norweskiego (jeśli porównamy własności powietrza w froncie zimnym i ciepłym, z których tym modelu powstaje okluzja). Jednak, co ciekawe działa to też w okluzjach które powstały w inny sposób (np. z okręcenia się frontu wokół niżu).

A na końcu zdradzę główne źródło, z którego korzystałem w powyższym tekście, artykuł przeglądowy Schultz i Vaughan, 2011 [1]. Serdecznie polecam, bo to praktycznie encyklopedia wiedzy o okluzjach.

[1] Schultz D. M. & Vaughan G., 2011, Occluded fronts and the occlusion process, BAMS, https://doi.org/10.1175/2010BAMS3057.1

Print Friendly, PDF & Email

13 Replies to “Fronty zokludowane”

  1. @ Arctic Haze: fajny edukacyjny artykuł.
    Ciekawe w którym roku zniknie w ogóle pojęcie frontu jako archaiczne. Popatrzmy na ilość warstw w liczonych komputerami w pionie w przez modele oraz ilość “wyplutych” danych . Patrząc na komputerowe odwzorowania w pionie mam wrażenie że w pewnych przypadkach nad danym naziemnym miejscem obserwacji mamy kilka frontów. Całka po całym przekroju pionowym sumowana w przyziemiu daje na wysokości naszych nosów dane odczucia wiatrów, temperatury, opadów, nasłonecznienia wirowości masy itp. Chwała naszym poprzednikom za to że tak klasyfikowali, myśleli i wyciągali w miarę słuszne wnioski (np odnośnie prognoz). Łopata zostanie łopatą ale większość roboty będą robić kombajny.

    1. Fronty już nie mają wielkiego znaczenia w fizyce atmosfery. Tzn. wiadomo, że są strefy dużych gradientów poziomych temperatury potencjalnej. Jednak nie jest to potrzebne dla używania danych z modeli. Ani oczywiste, bo wyznaczanie frontu to raczej sztuka niż nauka, chociaż proponowano systemy automatycznego ich rysowania [1]. Z tym, ze nikt tego nie robi, może dlatego, że kombajnem trudno robić robotę łopaty.

      W dodatku fronty to nie linie a strefy. Co gorsza w ich ramach linia zbieżności nie musi pokrywać się z linia największych opadów i skoku temperatury. Już autorzy szkoły norweskiej o tym wiedzieli (proponowali “forerunner” przed frontem albo koncepcję podwójnego frontu ale w końcu zignorowali to). Synoptyk narysuje front na linii skoku temperatury (albo co gorsza linii opadów) i będzie miał problem z linią zbieżności przed nim. Jedni nazwa ją właśnie tak, inni linią szkwału, “dryline”, albo nawet “zatoką niżową”. A to część tego samego frontu zimnego [2].

      W sumie frontami zajmują się prawie wyłącznie synoptycy. Jak to napisał David Schultz w artykule na temat wkładu Freda Sandersa w badania nad frontami:

      The waning scientific interest in frontal research and the reduction in operational isotherm analyses have left the atmospheric science community clinging to an outdated and sometimes incorrect caricature of fronts that evolved from the Norwegian cyclone model, a state not too dissimilar from the period when Sanders (1955) was written (Reed 2003, p. 3). Despite the abundant evidence that fronts are more complicated than those presented by the Norwegian cyclone model, these caricatures of frontal structure and dynamics persist. Many authors have argued that scientific and forecasting progress has been inhibited sometimes by the success of the Norwegian cyclone model (e.g., Sutcliffe 1952; P. Williams 1972; Schwerdtfeger 1981, p. 505; Hoskins 1983, pp. 1 and 14; Mass 1991; Schultz and Trapp 2003, section 7). For example, some surface analysts identify the north-south oriented boundary equatorward of a surface cyclone as a cold front, even if this feature is only a dryline or a lee trough without a significant temperature gradient (e.g., Hobbs et al. 1990, 1996; Sanders and Doswell 1995; Sanders 1999a). The crusade against the caricaturization of fronts and the deterioration of surface analysis techniques has one of its most outspoken proponents in Fred Sanders (Hoffman 2007).

      Chyba nie do końca mu się to udało. Zmarł w 2006 roku i od tego czasu znowu prawie nikt nie prowadzi poważnych badań nad frontami.

      [1] Hewson T.D, 1998, Objective fronts, Meteorol. Appl. 5, 37–65, https://doi.org/10.1017/S1350482798000553

      [2] Schultz D.M., 2005, A Review of Cold Fronts with Prefrontal Troughs and Wind Shifts, Monthly Weather Review, https://doi.org/10.1175/MWR2987.1

      [3] Schultz D. M., 2004, Perspectives on Fred Sanders’s Research on Cold Fronts, rozdział z książki, http://www.cimms.ou.edu/~schultz/sanders/sanders.pdf

    2. cytat: “Ciekawe w którym roku zniknie w ogóle pojęcie frontu jako archaiczne.”

      Front jest pojęciem modelu heurystyczno-makrospokopwego i jaki takie nie zniknie z meteorlogicznego słownika, bo jest po prostu wygodny i intuicyjne by wyrażać pewne skróty.
      Ponadto, jak widać z zacytowanego artykułu pojęcie frontu (także okluzyjnego) jest uchwycone w kategorie matematyczne. Właśnie po to by je uściślić a nie by się go pozbyć.

      1. Uchwycone matematycznie, mówisz?

        Popatrz sobie do tego artykułu (dziś już wspominanego), jak wiele jest różnorakich prób ujęcia tegoż frontu.

        Hewson T.D, 1998, Objective fronts, Meteorol. Appl. 5, 37–65, https://doi.org/10.1017/S1350482798000553

        Fronty zostaną w synoptyce bo są wygodne do rysowania na mapie i przydatne do przepowiadania opadów (chociaż to modele robią już lepiej niż ludzie). Jednak do modelowania niżu przy pomocy modelu cyrkulacji nie są potrzebne. Tzn. rozdzielanie włosa na czworo czy mamy do czynienia z frontem, linią zbieżności czy zatoką niżową nie służy w żaden sposób poznaniu procesów meteorologicznych.

  2. cytat z artykułu: “Front okludowany nie ma skoku temperatury, a jedynie skok jej gradient”

    tekst ciekawy, lecz ten fragment to chyba merytoryczny bełkot. Gradient istnieje tam gdzie występuje zmiana temperatury w funkcji położenia

    1. Jest w tym zdaniu drobny błąd ale nie merytoryczny. Brakuje “u” na końcu słowa “gradientu”. Już poprawiam. [EDIT: w artykule nie było błędu, ale Gulliver nawet nie potrafił skopiować kilku słów bez ucięcia litery]

      Zwykły front, np. chłodny, to (przynajmniej w teorii) nieciągłość zerowego rzędu (górny panel na Rysunku 13 z pozycji [3] [1] w literaturze wpisu – patrz poniżej). Oznacza to, że na granicy nieciągła jest sama wartość rozpatrywanego parametru, w tym wypadku temperatury potencjalnej.

      Front zokludowany to nieciągłość pierwszego rzędu, czyli sama wartość temperatury potencjalnej jest ciągła, ale jej gradient już nie.


      Rys 13 z artykułu Schultz i Vaughan, 2011.

      A swoją drogą współczuje osobom, które zamiast spróbować się czegoś nauczyć, próbują jedynie szukać dziury, tam gdzie jej nie ma.

      PS. Żeby nie było wątpliwości zacytuję odpowiedni fragment artykułu o okluzjach, z którego pochodzi ten rysunek:

      Stoelinga et al. (2002) explained why the temperature rule did not work for Schultz and Mass (1993). They showed that because occluded fronts were not zero-order discontinuities in temperature (i.e., surfaces across which temperature is discontinuous; Fig. 13a) but first-order discontinuities in temperature (i.e., surfaces across which the temperature gradient is discontinuous, but temperature is continuous; Fig. 13b), then the relative static stabilities on either side of the front, not relative temperatures, determined the slope of the occluded front (what they called the static stability rule).

      1. cytat z poprawki: “Front zokludowany to nieciągłość pierwszego rzędu, czyli sama wartość temperatury potencjalnej jest ciągła, ale jej gradient już nie.”

        Teraz ok. O to mi chodziło. To pierwsze twoje tłumaczenie było błędne, bo jest duża różnica między ciągłością temperatury, a dość enigmatycznie brzmiącym “brakiem skoku temperatury” .. cokolwiek by to miało znaczyć.

        1. Powinieneś przeprosić, a nie odwracać kota ogonem. Ja we wpisie nic nie zmieniam bo zdanie “Front okludowany nie ma skoku temperatury, a jedynie skok jej gradientu”, którego nawet nie potrafiłeś dobrze skopiować jest poprawne. Bardzo skrótowe, ale poprawne.

          Bo wyskakiwanie z “merytorycznym bełkotem” lokuje Cię niestety bliżej pijalni piwa niż akademii. Ja nie boję się przyznać, ze się pomyliłem. W tym wypadku nie miało to miejsca, ale nawet gdyby tak było to trzeba było wyrazić swoje wątpliwości z odrobiną kultury.

  3. Witam! Takie trochę pytanie oderwane. Czy w Polsce z ziemi można zaobserwować “oko niżu”? Czy jakoś się to wyróżnia w budowie chmur?

    1. Oka bez chmur mają tylko niże z ciepłym rdzeniem. Takie są wszystkie sztormy i huragany tropikalne, ale i niektóre niże w naszych szerokościach pod koniec istnienia (przynajmniej wg. wspomnianego we wpisie modelu Shapiro-Keysera).

      Pisałem tez gdzie indziej, że byłe huragany tropikalne potrafią się re-intensyfikować przy brzegach Europy jako niże z ciepłym rdzeniem. Być może Xaver miał taką strukturę (nawiasem mówiąc, miał w środku niższe chmury niż gdzie indziej ale jednak miał).

      Tak że teoretycznie może się takie coś nad Polska zdarzyć, ale wątpię abyś zauważył, że to właśnie oko niżu z ciepłym rdzeniem. Będzie pewnie za duże i za bardzo nieregularne na to aby widzieć je całe. Bo huraganu tropikalnego jednak bym się u nas za naszego życia nie spodziewał 🤒

      Ps. Tu jest całą pracę doktorską (po angielsku) o dojrzałych niżach średnich szerokości z ciepłym rdzeniem i nawet okiem (jak pisze w abstrakcie):
      http://diginole.lib.fsu.edu/islandora/object/fsu%3A180923

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

PHP Code Snippets Powered By : XYZScripts.com