dujuan2003
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[气旋回顾]未聞風名──1996年休倫湖颶風

楼主#
更多 发布于:2017-12-31 23:39
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图片:cover.png


(題圖:休倫湖颶風巔峰時期的可見光雲圖,由GOES 8衛星拍攝)

基本資料:
氣旋名稱:休倫湖颶風(Lake Huron Hurricane/Hurroncane)
生命週期:1996年9月11-15日
最高風速:34-63kts(~63-117km/h)
最低氣壓:993hPa

非官方路徑圖:

图片:track.png


(由wiki用戶BlueHypercane761製作;由於系統性質較為特殊,以上的定位和強度僅供參考)

前言:
「這樣的事件我實在聞所未聞。」美國天氣頻道(Weather Channel)的高級氣象學家Jonathan Erdman表示。「若衛星動畫上沒有標上地圖的話,我是不可能猜到這股風暴是在五大湖上形成的。」
1996年9月,一股溫帶氣旋在五大湖附近形成,其後在休倫湖附近發展出暖心結構和風眼,在型態上與傳統的颶風非常相近。這股非同尋常的氣旋,事後被氣象界給予一個非正式的名字──「休倫湖颶風」。
以下將會講述有關這股氣旋的一生,並討論其特性和預報上的挑戰。如無特別註明,以下所述之「氣旋」即是溫帶氣旋、所提及之時間皆為協調世界時。

图片:lakes.jpg


(五大湖位置圖)
[dujuan2003于2017-12-31 23:51编辑了帖子]
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发布于:2017-12-31 23:42
第一節:斜壓旋生

北美洲的五大湖,向來是溫帶氣旋的盛產地之一。每年北半球的秋季,來自北極的冷空氣南下至北美大陸,與五大湖面仍然相對溫暖的空氣相遇,溫帶氣旋由此而生。於這片區域形成的溫帶氣旋,不時為五大湖地區帶來狂風和大量的降水,在當地又被稱為「十一月的女巫(Witch of November)」。

图片:1.1.png


(圖1.1:「十一月的女巫」形成示意圖)

1996年的秋季,「女巫」較往年早來。9月上旬,北極振盪(AO)指數維持在負相位,意味著北半球的西風波動較為劇烈;與此同時,太平洋-北美振盪(PNA)也由正相轉為負相,對應著北美西岸上空「西槽東脊」的格局。在兩者的結合下,來自北極的冷空氣較容易南下至北美大陸,引發溫帶氣旋的生成。

图片:1.2.png


(圖1.2:1996年9月之大氣振盪指數)

9月11日,東北太平洋的西風槽位大幅加深,使北美西部的脊位隆起,上游加拿大中部的一道短波槽發展為切斷低渦,南落至蘇必利爾湖的西北側,形成橫槽形勢。此時五大湖的水溫接近全年的高位,湖面較暖的空氣與西面堆積的冷空氣交錯,形成斜壓不穩定性,一股初生的溫帶氣旋在密歇根湖上蘊釀。

图片:1.3.png


(圖1.3:9月11日12時之500百帕再分析圖)

9月12日,極渦向白令海一帶輸送冷空氣,使北美上游的西風脊位加強,五大湖附近的橫槽形勢迅即崩潰,切斷低渦往東南移動至密歇根州的上半島。與之對應的是地面冷空氣的爆發──隨著地面冷高壓的東移,氣旋也逐漸往東移至休倫湖的東南側,中心氣壓由前一日的1012百帕下降至1006百帕。

图片:1.4.png


(圖1.4:9月12日12時之500百帕再分析圖)

由於溫度槽落後於切斷低渦連帶的旋轉槽,在上下游效應下,切斷低渦在13日南落至休倫湖的西側,高低層中心較前一日更為靠近,這也象徵著氣旋的斜壓性正逐步減少,發展步入成熟階段──東移中的冷鋒演變為錮囚鋒,由休倫湖伸延至賓夕法尼亞州,為休倫湖東側和伊利湖的沿岸地區帶來驟雨和雷暴。

图片:1.5.gif


(圖1.5:9月11-13日之地面天氣圖)

直到這刻為止,這股氣旋的發展過程,似乎與一般的溫帶氣旋相差無幾。對於剛經歷完熱帶氣旋法蘭(Fran)來襲的五大湖周邊居民而言,他們豈會想到一股「土產颶風」,即將在他們身邊誕生呢?

 

第二節:意外的逆襲

1950年,超級電腦首次被應用於氣象運算上,自此天氣預報不再是紙上談兵。儘管經過科學家數十年來的努力,數值預報始終難以準確模擬和預測混沌的大氣環流──尤其是像本文主角般的中小尺度系統。

在9月13日12時,美國國家氣象局(NWS)參考的數值模式NGM和Eta曾指出,系統會在隨後30小時先東移,然後再折返至休倫湖以東。這樣的預測不無道理──9月13日,白令海附近的西風槽進一步加深,使加拿大中部的脊位有所加強;而下游北美西岸的西風槽轉為反斜及北收,也意味著氣旋附近的西風脊位將由南北向轉為東西向,引導氣旋的低層中心西移。

图片:2.1.png


(圖2.1:9月13日12時之500百帕再分析圖)

可是有關模式的解晰度不足(NGM的網格闊度為80公里,而Eta則為48公里),僅有2-4個網格能夠覆蓋休倫湖一帶,無法準確模擬湖面上中小尺度的環流變化,繼而導致預報上的誤差。在13日12時的一報中,NGM和Eta模式分別高估了系統30小時後的中心氣壓(較實測高6百帕),以及低估了系統的偏西向量(預測位置較實際偏東300公里)。

图片:2.2.png


(圖2.2:9月14日18時之預報圖,初始時間為13日12時。左邊為NGM,右邊為Eta。)

過份相信數值模式的NWS,最終未能及時預報五大湖可能出現的烈風,直到美國東岸時間14日傍晚才對休倫湖和伊利湖發出烈風警報──此時烈風已持續了接近一整天了。在狂風吹襲下,休倫湖掀起近3米高的大浪,在加拿大聖克萊爾湖(Lake St. Clair)舉行的一場賽艇比賽,有多艘小艇被突如其來的強風吹翻,導致多名參賽者墜落水中,至少一名參賽者頭部受重傷。

較預期偏西的路徑,也導致氣旋產生的降水較預期為強。在大湖效應下,氣旋環流引起的強風經過五大湖面時得到增溫增濕,繼而在向風的沿岸形成降水。在9月13日12時-15日12時期間,休倫湖、伊利湖沿岸地區普遍錄得超過20毫米的雨量,局部地區的雨量更超過100毫米,導致紐約州水牛城、安大略省南部出現水浸。

图片:2.3.gif


(圖2.3:9月14日密歇根州雷達圖動畫)

图片:2.4.png


(圖2.4:9月13日12時-15日12時之雨量分佈圖)

然而更讓人意外的,是系統在休倫湖上的另類演化......



第三節:另類演化

實證是科學的根本,對於正體不明的天氣系統而言,寶貴的實測數據可謂對系統作出定性的重要依據。休倫湖上的浮標45008,在這場風暴期間有幸被系統近距離掃過,成為了這次特殊天氣事件的見證者。

图片:3.1.png


(圖3.1:9月14日16時之雷達圖。圖中所示的浮標45003位於西經82.77度、北緯45.32度,浮標45008位於西經82.42度、北緯44.26度)

當氣旋於9月14日橫過休倫湖期間,45008的風向由西北逆轉為東北,反映氣旋以逆時針方向從45008的西北面移至其東南面。當氣旋中心在45008的不遠處掠過時,浮標的氣壓下降至993.5百帕,風速一度從高位回落;有意思的是,在氣旋靠近的數小時間,45008的氣溫一度飆升攝氏3度,其後又迅速回落,顯示氣旋近地面的部分帶有暖心。

图片:3.2.png


(圖3.2:9月13日12時-15日12時的浮標數據。原始數據來自NOAA。)

是溫帶氣旋,還是熱帶氣旋呢?讓我們從系統的結構說起。如同第二節提到的預測,加拿大中部的暖脊在13日起逐漸被孤立,其後在14日發展為阻塞高壓,與南面的切斷低渦組成「北高南低」的偶極子。隨著西風脊位的變形,氣旋在13日18時左右改變移動方向,低層中心從安大略湖調頭西移至休倫湖一帶,與緩慢東移中的切斷低渦重合,使氣旋由原先的斜壓轉為相對正壓。

图片:3.3.png


(圖3.3:9月14日12時之500百帕再分析圖)

图片:3.4.png


(圖3.4:9月14日12時不同層面之再分析圖疊加,可見系統已轉為相對正壓)

對比12日12時、14日12時的500百帕再分析圖,可以得知切斷低渦的中心溫度在48小時間上升了攝氏4度(由-24度上升至-20度),這意味著系統的暖心部分已由地面伸延至對流層中層。從橫跨氣旋中心的剖面圖,可以更清楚看到系統的性質轉變──從13日開始,500百帕以下層面的位勢有持續下降之勢,與系統斜壓性減少的時段吻合;其中以較低層面的位勢下降幅度較大,可見系統的結構近似於熱帶氣旋,增強始於對流層低層,與一般的斜壓氣旋「從高到低」的發展模式相反。

图片:3.5.png


(圖3.5:橫跨加拿大溫尼伯(Winnipeg, YWG)至多倫多(YYZ)、各個層面平均位勢變化圖。圓圈上之數字為地轉風速。)

那麼氣旋的增強機制又是甚麼呢?答案很可能是第二類條件性不穩定(CISK)機制。在阻塞形勢的背景下,西風急流得以避開五大湖一帶,同時因氣旋轉為相對正壓,氣旋附近的垂直風切變得到減弱。而切斷低渦東側的正渦度平流,則為氣旋提供了良好的輻散通道。儘管當時休倫湖的水溫只有不到攝氏20度,湖面與高空的切斷低渦形成的強烈溫差,仍能讓氣旋啟動CISK機制,以湖水的潛熱作為獲取能量的主要來源。

以上的發展過程,與地中海颶風的發展模式相當類似──切斷低渦南下誘生出地面氣旋,其後在微妙的條件下讓氣旋的能量轉換方式「順利過渡」至CISK機制,成為別樹一格的混合風暴。從14日17:45的衛星雲圖可見,氣旋有著直徑30公里的風眼,以及連綿超過500公里的螺旋雲帶,在形態上與洋面上的颶風驚人地相似。

图片:3.6.png


(圖3.6:9月14日17:45之可見光雲圖,系統的風眼和螺旋雲帶清晰可見。)



第四節:最終定論

創造傳奇並不簡單,但要結束卻十分容易。在氣旋強烈的抽吸作用下,休倫湖南側的湖水熱量被急劇消耗,水溫僅在一天內便下跌了接近5度,在熱力條件上已難以支持系統的發展。氣象部門還未來得及對系統作出定性,氣旋的低層中心便隨高空的切斷低渦一同東移,在15日00時左右於安大略省南部登陸。在地型摩擦、缺乏暖平流支持的情況下,氣旋的環流顯著減弱,最終在15日12時左右於多倫多附近消散。而這股氣旋的神秘面紗,則要待到三年多之後才被揭開……

图片:4.1.png


(圖4.1:9月15日12時的地面天氣圖,可見已消散的氣旋在多倫多和休倫湖東側各有一個環流中心。)

2000年,數位氣象學者以《休倫湖颶風(Hurricane Huron)》為題,發表有關這股氣旋的論文。儘管論文的作者表明是單純受到系統的衛星圖像啟發而作出命名,但是在2004年NOAA一篇有關密歇根州颶風史的專題文章裡,這股風暴還是以"Hurroncane"的名義特別登場,自此休倫湖颶風這個名字正式從學術界走進公眾的視野。

2001年,上述論文的作者刊登了另一篇補充報告,文中講述了數值模式在休倫湖颶風一役中面對的挑戰,並提到在同一初始場下、MM5數值模式模擬五大湖被夷為平地後周遭的環流變化,結果顯示當湖面消失時,氣旋的中心最低氣壓較湖面存在時的個案高約5百帕(1000百帕 vs 995百帕),由此證實五大湖面的潛熱是系統得以增強的關鍵。

图片:4.2.png


(圖4.2:以數值模式模擬湖面存在/不存在時氣旋的中心氣壓變化,初始時間為9月13日12時。圓點/三角形代表湖面存在/不存在時的模擬結果,方點代表實際數字。)

像休倫湖颶風般的天氣事件,也許是數十年(以至數百年)一遇,但是它的出現告訴我們,五大湖要形成像地中海颶風般的混合風暴並非天方夜譚。隨著預報技術的進步,當再有類似的系統出現在五大湖之時,氣象部門應會有更好的應對辦法吧。



資料來源:
Deedler (2004), "Hurricanes in Michigan???", Website of National Weather Service Detroit/Pontiac, MI
Erdman and Chaney (2016), "'Hurricane Huron': The Oddest Storm to Ever Hit the Great Lakes?", Weather Underground News & Blogs
Miner et al. (2000), "Hurricane Huron", AMS Online Journals
Sousounis et al. (2001), "'Hurricane Huron': An Example of an Extreme Lake-aggregate Effect in Autumn", AMS Online Journals
[dujuan2003于2017-12-31 23:45编辑了帖子]
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发布于:2017-12-31 23:46
後記:

如你所見,這是一篇在選材上偏門到無以復加的作品。

大約在2017年8月初,在wiki上偶然地看到"1996 Lake Huron cyclone"的條目,但是內容如同開首的提示一樣──"too technical"(技術過硬)。翻查原典之後才明白,編輯者只是生硬地把論文的內容搬字過紙,一般讀者不可能看懂。眼見華文地區暫時未有這股風暴的相關討論,於是便膽粗地寫了這篇回顧。

這次回顧的資訊量不及上次的完美風暴,一來資料來源有限,二來涉及的內容不是一般的深奧,自問已盡力把我所能理解的內容轉化為氣象迷能看懂的文字,若有任何錯誤,還請大家多多包涵。

本文部分內容啟發自老干部撰寫有關地中海颶風的文章,以及Meow《地中海颶風 Qendresa》回顧,特此鳴謝!
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发布于:2018-01-17 22:57

图片:截图20180117225430.png



终于闲下来,看看今年的惊喜然后点评一下(虽然回顾不是我的强项 哼唧)
点评:
1.狮子山
首先楼主很认真,很努力,很用心的在抒发对狮子山,我又看到,但是文章在许多层次上仍然有所欠缺,比如分析的缺失,太过于“流水账”,但已经很不错了,继续努力
2.Enawo
作为第一次写回顾,写到现在已经很不容易了,真的,回想自己的第一篇(黑历史ww)不忍直视,文章取材很新颖,选了一个很冷门的气旋来写,真的很不容易,而且分析也有所呈现,但是文章也有自己的不足,【图片貌似有些挂了(?)】,主要就是分析可以再稍微丰富一些,然后他的整个爆发过程可以在细致入微一些,背景再有所铺陈,当然这些可以一一改正,而且作者有些措辞很棒,加油!
3. 尼伯特
新人好多哟!后生可畏(嘻嘻)!这篇文章的分析也很明显,看得出来楼主是完整追击过这个台风的,环流和台风本身的分析都有所呈现,而且质量尚可,数据也有呈现,但是这篇文章的最大硬伤就是排版(强迫症患者已die),然后就是作者可以再增加一些环流分析的深度和长度,将其加一更大的发挥,加油!
4. 杜鹃
又是小姐姐的一个回顾,我觉得小姐姐最厉害的就是能够把分析和自己的一些小说把握得游刃有余,分析的内容以及台风本身的分析还是写得相当到位,而且小说也有所惊喜(百合orz),文采分析俱佳,要美中挑刺的话只能说小说分析稍微少那么一点,或者将她分开为好(个人感觉,轻喷),否则有点跳跃的赶脚,总而言之,一篇非常精彩的回顾!
5. 洛坦
新人后生可畏,非常让人经验的文章,雅致的语言比如山河表里潼关路在这里用的还是比较合理的,分析很到位,对于整个台风发展的一个强度分析甚是精湛,相比楼主下了很多功夫,而且功底很深,又要让我挑骨头是吗?emm 除了风王提到的切题(这点同意),可以对洛坦的路径也有所涉及会更好,不过已经是极高的水平(自叹不如)
6. 鲇鱼
一看就是三巴同学的作品,很有自己的风格,最钦佩的其实还是你对于台风的那一份热爱持之以恒,不忘初心,方得始终,希望你能保持这颗热爱台风气象的心,走下去,一定会有所收获,文章分析有所呈现,但是排版还是有所欠缺,淡妆浓抹总相宜,千万不可太过注重一者,而不断的其他背景(画图片etc)的插入会很影响整个阅读的感受,这点比较致命,当然我相信只要你带着这颗热忱的心,一定有所成功,那朵风之花朵也一定为君凋零为君开
7. Leo
深得我心的一篇回顾,一向厉害的文科大佬又出山了,无论你有否被震撼,毋庸置疑是用贾平凹老师所说的拉到脚下来读的,那么亲切,全文以仲夏夜之梦为线索,处处透露出主旨,论作文能力一流,环流分析+台风强度分析一流,而且风宝完全抓住了我的胃口和审美,一风一特点一研究,每个台风都有自己的特殊之处,而每个特殊之处都耐人寻味,值得探寻,如何从一个台风看出一种现象的本质的这种精神是难人可贵的,为你点赞!美中不足的就是如果是完全一首诗作为标题从头至尾则更好,而最后的结尾能补充一点更好,不过我认为这些无伤大雅,我要为这篇回顾打call,倘若要成立迷妹团,我认第一
8. 生命
哈哈哈哈(画风突变,不管我)流子的回顾怎么能不好好读,cr超级大玩伴(大佬带我这个菜鸟),整篇文章有自己独特的韵味,要说风王是平易近人邻家小哥,这篇文章则就是高冷霸道总裁爱上我类型的,初读,觉得毫无头绪,有些凌乱摸不着边,但是在此评读,却发现表面看似风,其实写人,而这种写法其实非常老练,可言而不可语,读完之后细品让我甚是享受,感受到了一个高冷(闷骚)少年的真正内心,功底没话说,发挥很稳定,但是总感觉缺少了些什么美艳””浓抹?这也需要品味...
9. 杯子的巨作
又是久违的台风岛,每次读都有一种我同桌浮现的感觉,都是文科大佬,可不我同桌过刚刚突破了全校记录(语文90/100分)小说家的天赋,杯子不去做作家屈才,文采的精湛,语句的惬意,真的很是喜爱,读这篇文章倘若又有童真但又有内涵,让人回味无穷
10. 天鸽
其实我也一直很钦佩莫拉菲能够如此热忱于台风,真的,这点我很佩服,我感觉自从我写了大环流分析就懒得在写了(肝没了),环流分析自然没话说,但是文章的排版是一大欠缺,而且过分冗长的分析会让人略出戏,把握得最好的当然还是风王宝宝讲真,不过看到同辈的进步,也发自内心替你开心!加油
11. 清代台风
这几天刚好20世纪初的历史测试,再加上温习甄嬛传与走向共和,对清代的历史充满好奇,读完这篇文章之后更是喜爱,这篇文章可谓是气象,文学,历史三者皆备,个人觉得这篇文章在本次比赛中位列第一毋庸置疑,基本没什么缺点,一首诗送给本文,读者便做寻芳计,小桃杏、应已争先。
12. 同鲇鱼
13. Luigi同学还是一样的热衷爱情文,能将一个回顾写成恋爱故事角度还是很新颖,但是感觉过分大段的文字连在一起会让人与所乏味,下次可以有所调整的,但是爱情故事还是写的很好的哟!
14. Feidele
总体来说不错,但是在排版以及分析方面有待提高
15. 杜鹃
环流分析大佬,全文的环流分析让我五体投地的跪拜,最好的回顾之一(14,15作者别打我,没时间和空间了)
排名:
1.清代台风
2.dujuan
3.风王2012
4.金杯
5.洛坦
6.流子
在此为所有参赛作者打call
4条评分, 威望 +11 贡献值 +3 金钱 +1
  • 风王2012
    威望 +1
    “文科大佬”....其实我是剑走偏锋(误)的理科生...
    01-20 12:07
  • Luigi728
    贡献值 +3
    優秀帖
    01-18 10:31
  • Luigi728
    威望 +10
    優秀帖
    01-18 10:31
  • dujuan2003
    金钱 +1
    發錯了地方的回顧總評!?
    01-17 23:26
うるさくてたまらないんだ...
回复(0) 喜欢(0)     评分(4)
游客

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