سد الهواء البارد

${\displaystyle \nabla ^{2}x={\frac {{\frac {x_{3}-x_{2}}{d_{2-3}}}-{\frac {x_{2}-x_{1}}{d_{1-2}}}}{{\frac {1}{2}}(d_{2-3}+d_{1-2})}}}$

تُستخدم هذه الخوارزمية لتحديد نوع محدد من أحداث CAD بناءً على مرتفع الضغط السطحي، والقبة الباردة المرتبطة به، والتدفق الشمالي الشرقي غير المتوازن الذي يتدفق بزاوية كبيرة بالنسبة لنمط الضغط الجوي المتساوي. تُحسب هذه القيم باستخدام بيانات ساعية من رصدات الطقس السطحية . يوفر لابلاس ضغط مستوى سطح البحر أو درجة الحرارة الكامنة في الاتجاه العمودي على سلسلة الجبال مقياسًا كميًا لشدة مرتفع الضغط أو القبة الباردة المرتبطة به. تعتمد خوارزمية الكشف على لابلاس (${\displaystyle \nabla ^{2}x}$تم تقييم هذه النتائج لثلاثة خطوط عمودية على الجبال، تم إنشاؤها من قياسات سطحية في المنطقة المتأثرة بتراكم الهواء البارد وحولها - منطقة التراكم. يرمز الحرف "x" إما إلى ضغط مستوى سطح البحر أو درجة الحرارة الكامنة (θ)، وتشير الأرقام السفلية من 1 إلى 3 إلى المحطات الممتدة من الغرب إلى الشرق على طول الخط، بينما يمثل الحرف "d" المسافة بين محطتين. ترتبط قيم لابلاس السالبة عادةً بأقصى ضغط عند المحطة المركزية، بينما تتوافق قيم لابلاس الموجبة عادةً مع درجات حرارة أبرد في مركز المقطع. ^{[ 13 ]}

تُعدّ ظاهرة "الوتد" أشهر مثال على ظاهرة حجب الهواء البارد. في هذه الحالة، يجلب نظام العاصفة الأقرب إلى خط الاستواء هواءً أكثر دفئًا إلى سطح الأرض (على ارتفاع حوالي 1500 متر ) . يمرّ هذا الهواء الدافئ فوق الهواء البارد على السطح، والذي يُبقيه نظام الضغط العالي المتجه نحو القطب في مكانه. يؤدي هذا التباين الحراري، المعروف باسم الانقلاب الحراري ، إلى تكوّن الرذاذ، أو المطر، أو المطر المتجمد ، أو البرد ، أو الثلج. عندما تكون درجة الحرارة فوق الصفر على السطح، قد ينتج عن ذلك رذاذ أو مطر. يتكوّن البرد، أو حبيبات الجليد، عندما توجد طبقة من الهواء فوق درجة التجمد مع وجود هواء تحت درجة التجمد فوقها وتحتها. يتسبب هذا في ذوبان جزئي أو كلي لأي رقاقات ثلج تسقط عبر الطبقة الدافئة. وعندما تسقط عائدة إلى الطبقة تحت درجة التجمد الأقرب إلى السطح، تتجمد مرة أخرى لتتحول إلى حبيبات جليد. مع ذلك، إذا كانت الطبقة الباردة تحت الطبقة الدافئة رقيقة جدًا، فلن يتوفر للهطول وقت كافٍ للتجمد مجددًا، وسينتج عن ذلك مطر متجمد على السطح. ^{[ 15 ]} أما الطبقة الباردة الأكثر سمكًا أو قوة، حيث لا ترتفع درجة حرارة الطبقة الدافئة العلوية بشكل ملحوظ فوق نقطة الانصهار، فستؤدي إلى تساقط الثلوج. 

يحدث الانسداد عندما يقع نظام ضغط جوي مرتفع مستقر باتجاه القطب بالقرب من مسار العاصفة المتقدمة أو ضمنه. وكلما زادت كثافة كتلة الهواء البارد، زادت قدرتها على منع دخول كتلة هواء أكثر دفئًا. وعادةً ما يكون عمق كتلة الهواء البارد أقل من عمق الحاجز الجبلي الذي شكّل سد الهواء البارد. وقد تستمر بعض هذه الظواهر في غرب الولايات المتحدة لمدة عشرة أيام. ويمكن أن تبقى الملوثات والدخان عالقة داخل كتلة الهواء المستقرة لسد الهواء البارد. ^{[ 16 ]}

إحدى أكثر آليات التعرية فعالية هي دخول الهواء البارد - المعروف أيضًا باسم حمل الهواء البارد - إلى طبقات الجو العليا. عندما يبلغ حمل الهواء البارد ذروته فوق طبقة الانعكاس الحراري، قد يضعف التبريد في طبقات الجو العليا في طبقة الانعكاس الحراري، مما يسمح بالاختلاط وتلاشي التعرية الناتجة عن الهواء البارد. ينخفض ​​رقم ريتشاردسون نتيجة ضعف طبقة الانعكاس الحراري. يُفضّل حمل الهواء البارد الهبوط والجفاف، مما يدعم التسخين الشمسي أسفل طبقة الانعكاس الحراري. ^{[ 9 ]}

يُمكن للتسخين الشمسي أن يُخفف من حدة ظاهرة التآكل الناتج عن السحب الركامية عن طريق تسخين السطح في غياب غطاء سحابي كثيف. مع ذلك، حتى طبقة رقيقة من السحب الطبقية خلال فصل الشتاء قد تجعل التسخين الشمسي غير فعال. خلال فترات انقطاع الغيوم في فصل الصيف، يؤدي امتصاص الإشعاع الشمسي على السطح إلى تدفئة القبة الباردة، مما يُقلل من رقم ريتشاردسون ويُعزز عملية الاختلاط. ^{[ 9 ]}

في الولايات المتحدة، مع تحرك نظام الضغط المرتفع شرقًا نحو المحيط الأطلسي، تضعف الرياح الشمالية على طول الساحل الجنوبي الشرقي. وإذا استمرت الرياح الشمالية الشرقية في منطقة السد الجنوبية، فإن ذلك يشير إلى تباعد صافٍ. ويؤدي التباعد القريب من السطح إلى تقليل عمق القبة الباردة، كما يساعد على هبوط الهواء، مما قد يقلل من الغطاء السحابي. ويسمح انخفاض الغطاء السحابي للتسخين الشمسي بتدفئة القبة الباردة بفعالية من السطح إلى الأعلى. ^{[ 9 ]}

عادةً ما يمنع الاستقرار الساكن القوي لطبقة الانعكاس الحراري في القبة الباردة حدوث الاختلاط المضطرب، حتى في وجود قص الرياح الرأسي. مع ذلك، إذا اشتد القص بالإضافة إلى ضعف الانعكاس، تصبح القبة الباردة عرضةً للاختلاط الناتج عن القص. على عكس التسخين الشمسي، يحدث تآكل القبة الباردة هذا من الأعلى إلى الأسفل. يحدث الاختلاط عندما يصبح عمق التدفق الشمالي الشرقي ضحلاً بشكل متزايد، ويؤدي التدفق الجنوبي القوي إلى تقدم هبوطي ينتج عنه قص عالٍ. ^{[ 9 ]}

يبدأ تآكل القبة الباردة عادةً بالقرب من أطرافها حيث تكون الطبقة ضحلة نسبيًا. ومع تقدم عملية الاختلاط وتآكل القبة الباردة، تتحرك حدود الهواء البارد - والتي يُشار إليها غالبًا بالجبهة الساحلية أو الدافئة - نحو الداخل، مما يقلل من عرض القبة الباردة. ^{[ 9 ]}

تتميز أحداث CAD الكلاسيكية بقوى جوية جافة، ومساهمة جزئية غير متجانسة، ووجود مرتفع جوي قوي (نظام ضغط مرتفع) شمال منطقة سد جبال الأبلاش. يُعرَّف نظام الضغط المرتفع القوي عادةً بأنه ذو ضغط مركزي يزيد عن 1030.0 مليبار (30.42 بوصة زئبقية) . تُعد منطقة شمال شرق الولايات المتحدة الموقع الأنسب لتكوّن نظام الضغط المرتفع في أحداث CAD الكلاسيكية. ^{[ 9 ]}  

بالنسبة للأحداث الكلاسيكية المعززة بالتغيرات غير المتوازنة، وقبل 24 ساعة من بدء ظاهرة العواصف الكلاسيكية، يمتد تيار نفاث بارز عند مستوى 250 مليبار من الجنوب الغربي إلى الشمال الشرقي عبر شرق أمريكا الشمالية. وتوجد منطقة عامة من المنخفضات الجوية عند مستويي 500 و250 مليبار غرب هذا التيار النفاث. ويتمركز نظام الضغط المرتفع الرئيسي فوق منطقة الغرب الأوسط العلوي أسفل منطقة دخول التيار النفاث عند مستوى 250 مليبار، مما يهيئ الظروف لحدوث ظاهرة العواصف الكلاسيكية شرق جبال روكي . ^{[ 13 ]}

في الظواهر الكلاسيكية ذات البداية الجافة، يكون تيار الضغط الجوي عند مستوى 250 مليبار أضعف وأكثر تركيزًا شرقًا مقارنةً بالظواهر الكلاسيكية المعززة بالتغيرات الحرارية. كما أن هذا التيار لا يمتد جنوب غربًا بنفس القدر مقارنةً بالظواهر الكلاسيكية المعززة بالتغيرات الحرارية. يقع مركز نظام الضغط المرتفع شرقًا، لذا يمتد المرتفع الجوي جنوبًا إلى جنوب وسط شرق الولايات المتحدة. على الرغم من اختلاف بداية كلا النوعين من الظواهر الكلاسيكية، إلا أن نتائجهما متشابهة جدًا. ^{[ 13 ]}

عندما يكون المرتفع الجوي الأم أضعف أو غير متمركز في موقع مثالي، يجب أن تبدأ العملية غير المتجانسة بالمساهمة في تطور ظاهرة السد الهوائي. في الحالات التي تتساوى فيها مساهمة كل من القوى الجوية الجافة والعمليات غير المتجانسة، تُعتبر هذه الظاهرة حدثًا هجينًا للسد الهوائي. ^{[ 9 ]} يكون التيار النفاث عند مستوى 250 مليبار أضعف وأبعد قليلًا جنوبًا مقارنةً بالتركيب الكلاسيكي قبل 24 ساعة من بدء ظاهرة السد الهوائي. ومع وجود المرتفع الجوي الأم السطحي في أقصى الغرب، فإنه يمتد شرقًا إلى السهول الكبرى الشمالية ومنطقة البحيرات العظمى الغربية، الواقعة أسفل منطقة تدفق متقارب من التيار النفاث عند مستوى 250 مليبار. ^{[ 13 ]}

تُعدّ الأحداث الموضعية أضعف أنواع أحداث CAD وأقصرها عمراً في أغلب الأحيان. تحدث هذه الأحداث في غياب الظروف الجوية المثالية، عندما يكون موقع المرتفع الجوي غير مواتٍ للغاية، ويقع بعيداً عن الشاطئ. ^{[ 9 ]} في بعض الحالات الموضعية، يعود تدرج ضغط الحاجز بشكل كبير إلى إعصار في الجنوب الغربي بدلاً من المرتفع الجوي في الشمال الشرقي. ^{[ 13 ]} تؤدي العمليات غير المتوازنة حرارياً إلى استقرار كتلة هوائية تقترب من جبال الأبلاش. تُعدّ هذه العمليات أساسية للأحداث الموضعية، وغالباً ما تؤدي إلى تكوين سدود هوائية ضعيفة وضيقة. ^{[ 9 ]}

تُعدّ التنبؤات الجوية أثناء أحداث التعرية الناتجة عن الانهيارات الأرضية أكثر عرضةً للأخطاء. ويصعب التنبؤ بنوع الهطول ودرجات الحرارة العظمى اليومية. تميل نماذج الطقس العددية إلى أن تكون أكثر دقة في التنبؤ بتطور حدث التعرية الناتجة عن الانهيارات الأرضية، وأقل دقة في التنبؤ بآثارها. ويمكن للتنبؤ اليدوي أن يوفر تنبؤات أكثر دقة. إذ يستخدم المتنبئ البشري الخبير النماذج العددية كدليل، مع مراعاة أوجه القصور وعدم الدقة في هذه النماذج. ^{[ 17 ]}

تُجسّد ظاهرة CAD في جبال الأبلاش في أكتوبر 2002 بعض أوجه القصور في نماذج الطقس قصيرة المدى عند التنبؤ بظواهر CAD. تميّزت هذه الظاهرة بطبقة مستقرة مشبعة من الهواء البارد تمتد من سطح الأرض حتى مستوى ضغط 700 مليبار فوق ولايات فرجينيا وكارولاينا الشمالية وكارولاينا الجنوبية. وقد حُجبت هذه الكتلة الهوائية الباردة بفعل جبال الأبلاش، ولم تتبدد حتى مع اشتداد إعصار ساحلي شرقها. خلال هذه الظاهرة، تنبأت نماذج الطقس قصيرة المدى بانقشاع هذه الكتلة الباردة، مما أدى إلى تحسن الأحوال الجوية في المنطقة، كارتفاع درجات الحرارة وغياب طبقة السحب الطبقية. مع ذلك، كان أداء النموذج ضعيفًا لعدم مراعاته انتقال الإشعاع الشمسي المفرط عبر طبقات السحب، والاختلاط السطحي الناتج عن مخطط معلمات الحمل الحراري في النموذج. ورغم تصحيح هذه الأخطاء في النماذج المُحدّثة، إلا أنها أسفرت عن تنبؤات غير دقيقة. ^{[ 9 ]}