冷気ダム現象

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

このアルゴリズムは、地表気圧リッジ、それに関連するコールドドーム、および等圧線パターンに対して大きな角度で流れる非地衡北東風に基づいて、特定のタイプのCADイベントを識別するために使用されます。これらの値は、地表気象観測からの1時間ごとのデータを使用して計算されます。山脈に垂直な方向（山岳法線方向）の海面気圧または温位のラプラシアンは、気圧リッジまたはそれに関連するコールドドームの強度の定量的尺度を提供します。検出アルゴリズムはラプラシアン（${\displaystyle \nabla ^{2}x}$）は、寒気ダムの影響を受ける地域（ダム地域）内およびその周辺の地表観測から構築された 3 つの山地基準線について評価された。「x」は海面気圧またはポテンシャル温度（θ）を表し、添え字 1～3 は線に沿って西から東に走る観測所を表し、「d」は 2 つの観測所間の距離を表す。負のラプラシアン値は通常、中央の観測所での気圧の最大値に関連付けられ、正のラプラシアン値は通常、断面の中央でのより低い温度に対応する。^{[ 13 ]}

「ウェッジ」と呼ばれる現象は、冷気ダム現象の最もよく知られた例です。このシナリオでは、赤道寄りの低気圧システムが地表付近（約1,500メートル）に暖かい空気を運び込みます。この暖かい空気は、極寄りの高気圧システムによって地表付近に留まっている冷たい空気の上を流れます。この温度プロファイルは逆転層として知られており、 霧雨、雨、着氷性の雨、みぞれ、または雪の発生につながります。地表の気温が氷点上であれば、霧雨や雨が降る可能性があります。みぞれ、または氷粒は、氷点上の空気の層とその上下に氷点下の空気が存在する場合に形成されます。これにより、暖かい層を通過する雪片が部分的にまたは完全に溶けます。雪片が地表に近い氷点下の層に戻ると、再び凍って氷粒になります。しかし、暖かい層の下にある氷点下の層が小さすぎると、降水が再び凍結する時間がなく、地表では着氷性の雨となる。 ^{[ 15 ]}上空の暖かい層が融点以上に大きく温まらない、より厚いまたは強い寒冷層は、雪につながる。 

ブロッキングは、確立された極方向の高気圧システムが、前進する嵐システムの経路付近または経路内に存在するときに発生します。寒気団が厚いほど、侵入してくる温暖な気団を効果的に遮断できます。寒気団の厚さは通常、CAD を生成した山脈の障壁よりも浅くなります。インターマウンテン西部では、一部の現象が10 日間続くことがあります。汚染物質や煙は、寒気ダムの安定した気団内に浮遊したままになることがあります。^{[ 16 ]}

最も効果的な侵食メカニズムの 1 つは、上空への冷たい空気の流入、つまり冷気移流です。逆転層の上空で冷気移流が最大になると、逆転層内の上空の冷却が弱まり、混合が起こり、CAD が消滅します。リチャードソン数は、逆転層の弱化によって減少します。冷気移流は沈降と乾燥を促進し、逆転層の下での太陽熱加熱を支えます。^{[ 9 ]}

太陽熱は、厚い雲がない場合に地表を加熱することでCAD現象を緩和する能力がある。しかし、寒冷期には薄い層雲層でも太陽熱の効果を無効にしてしまうことがある。温暖期の雲の切れ間には、地表での太陽放射の吸収によってコールドドームが温められ、リチャードソン数が再び低下し、混合が促進される。^{[ 9 ]}

米国では、高気圧が東へ移動して大西洋に向かうにつれて、南東海岸沿いの北風が弱まります。南側のダム地域で北東の風が持続する場合、正味の発散が示唆されます。地表付近の発散は、冷たいドームの深さを減少させるとともに、空気の下降を助け、雲量を減少させる可能性があります。雲量が減少すると、太陽熱によって冷たいドームが地表から効果的に暖め​​られるようになります。^{[ 9 ]}

CAD逆転層の強い静的安定性は、鉛直風シアが存在する場合でも乱流混合を阻害する。しかし、逆転層の弱化に加えてシアが強まると、コールドドームはシアによる混合に対して脆弱になる。太陽熱加熱とは異なり、このCADイベントの侵食は上から下に向かって起こる。混合は、北東の流れの深さが浅くなり、強い南風が下降して高いシアをもたらすときに発生する。^{[ 9 ]}

寒冷ドームの侵食は、通常、層が比較的浅い縁辺部付近で最初に起こります。混合が進み寒冷ドームが侵食されるにつれて、沿岸前線や温暖前線として示されることが多い寒気の境界が内陸に移動し、寒冷ドームの幅が狭まります。^{[ 9 ]}

古典的なCADイベントは、乾燥した総観的強制力、部分的な非断熱的寄与、およびアパラチア山脈のダム地域の北に位置する強い親高気圧（高気圧システム）によって特徴付けられます。強い高気圧システムは通常、中心気圧が1,030.0 mb（30.42 inHg）を超えるものと定義されます。米国北東部は、古典的なCADイベントにおける高気圧システムにとって最も好ましい場所です。 ^{[ 9 ]}  

断熱的に増強された古典的なイベントの場合、CAD の開始 24 時間前には、顕著な 250 mbジェットが北米東部を南西から北東に横断しています。ジェットの西側では、500 mb および 250 mb レベルに一般的なトラフ領域が存在します。親となる高気圧システムは、250 mb ジェットの入口領域の真下の中西部上部に中心があり、ロッキー山脈の東側で CAD が発生する条件が整います。^{[ 13 ]}

乾燥開始の古典的なイベントでは、250 mbジェットは、非断熱的に強化された古典的なイベントに比べて弱く、より東に中心があります。また、ジェットは、非断熱的に強化された古典的な CAD イベントに比べて、南西方向にはそれほど伸びていません。高気圧システムの中心はより東にあるため、リッジは南に伸びて米国中南部東部に至ります。両方のタイプの古典的なイベントは開始の仕方が異なりますが、結果は非常に似ています。^{[ 13 ]}

親高気圧が弱かったり、理想的な位置にない場合、CAD を発達させるには非断熱過程が寄与し始める必要があります。乾燥した総観的強制と非断熱過程が等しく寄与するシナリオでは、ハイブリッドダム現象とみなされます。^{[ 9 ]} 250 mb ジェットは、CAD 発生の 24 時間前の古典的な合成図と比較して弱く、わずかに南に位置しています。地表の親高気圧が西にあるため、250 mb ジェットからの合流流域の下に位置する北部グレートプレーンズと西部五大湖地域に東に向かって発達します。^{[ 13 ]}

CAD イベントの種類の中で、現場イベントは最も弱く、多くの場合最も短命です。これらのイベントは、理想的な総観条件がないときに発生し、高気圧の位置が沖合に大きく位置するなど、非常に不利な状況になります。^{[ 9 ]}現場イベントの中には、北東の高気圧ではなく、南西の低気圧がバリア圧力勾配の主な原因となっているものもあります。 ^{[ 13 ]}断熱過程により、アパラチア山脈に接近する気団が安定化します。断熱過程は現場イベントに不可欠です。これらのイベントは、弱く狭いダム形成につながることがよくあります。^{[ 9 ]}

CADイベント中の天気予報は特に不正確になりやすい。降水の種類や日中の最高気温は特に予測が難しい。数値気象モデルはCADイベントの発生を予測する精度は高いが、侵食を予測する精度は低い傾向がある。手動による予報はより正確な予報を提供できる。経験豊富な人間の予報官は数値モデルを参考にするが、モデルの不正確さや欠点を考慮に入れる。 ^{[ 17 ]}

2002年10月のアパラチアCAD現象は、CAD現象を予測するための短期気象モデルのいくつかの欠点を示しています。この現象は、バージニア州、ノースカロライナ州、サウスカロライナ州の上空で、地表から700mb気圧レベルまで安定した飽和冷気層が特徴でした。この冷気塊はアパラチア山脈によって遮断され、東の沿岸低気圧が強まっても消散しませんでした。この現象の間、短期気象モデルはこの冷気塊の消失を予測し、より温暖な気候や層雲の層がないなど、この地域のより穏やかな気象条件につながると予測しました。しかし、モデルの対流パラメーター化スキームによって促進される雲層を介した過剰な太陽放射の透過と浅い混合を考慮していなかったため、モデルの性能は劣っていました。これらのエラーは更新されたモデルで修正されていますが、不正確な予測につながりました。^{[ 9 ]}