31 lutego – 2 stycznia 2011 Historyczna śnieżyca

Meteorologia

Ten bardzo złożony i silny układ, który przyniósł warunki śnieżycowe nad znaczną częścią środkowej części kraju we wtorek 1 lutego 2011, zaczął pojawiać się w modelach komputerowych w połowie zeszłego tygodnia. Jednak w tym czasie wskazówki modeli były bardzo zróżnicowane, jeśli chodzi o umiejscowienie i czas wystąpienia tego systemu. Dopiero w miniony weekend prognozy zaczęły zbliżać się do rozwiązania, które przyniosłoby obfite opady śniegu, silny wiatr i paraliżujące warunki w północnym Illinois i północno-zachodniej Indianie. Byłoby to przeciwieństwo tego, co obserwowano do tej pory tej zimy. Chociaż na tym obszarze obserwowano tej zimy opady śniegu, to od pewnego czasu nie zaobserwowano burzy przemieszczającej się z południowego zachodu – kierunku, który jest w stanie wchłonąć ogromne ilości wilgoci i zapewnić rozległe, obfite opady śniegu.

Pod koniec 31 stycznia do wczesnego ranka 1 stycznia, układ wyżowy i związany z nim niż powierzchniowy zaczęły wysuwać się z południowych Równin. W związku z tym kilka różnych rodzajów opadów zimowych zaczęło rozprzestrzeniać się nad częściami doliny środkowej Missisipi. Pomimo kilku przelotnych opadów, które pojawiły się we wtorek na początku dnia, główny obszar gromadzącego się śniegu dotarł do północnych części Illinois i Indiany dopiero po południu. W tym czasie obszar niskiego ciśnienia osiągnął południowe Missouri i południowe Illinois, umacniając się. Duży obszar umiarkowanych lub ciężkich opadów śniegu na północ od silnego układu niskiego ciśnienia obejmował znaczną część tego obszaru. W tym czasie układ ten jeszcze bardziej się nasilił, ponieważ rynna wyżowa zaczęła przybierać bardziej negatywne nachylenie, a na powierzchni obserwowano silne spadki i wzrosty ciśnienia.

Wystąpiło kilka czynników mezoskalowych, czyli czynników o małej skali, które pomogły sprowadzić na ten obszar bardziej rozległe, intensywne opady śniegu w godzinach od 18:00 we wtorek do 12:00 w środę. Wraz z silnym niżem przemieszczającym się przez wschodnio-centralne Illinois, oś deformacji lub pasmo śnieżne przesunęło się na północny zachód nad północne Illinois. Ta oś deformacji zapewniała opady śniegu rzędu 1-2 cali na godzinę na całym obszarze przez kilka godzin, zanim zaczęła się przemieszczać poza region. Wymuszenie na średnim i górnym poziomie było największe wczesnym wieczorem, gdy wyżowa rynna przemieszczała się na północny wschód przez region. Późnym wieczorem nadal występowało wymuszenie na niskim i średnim poziomie, ponieważ przez kilka godzin obserwowano silne wymuszenie frontogeniczne na średnim poziomie.

Obraz radarowy z zaznaczonym najsilniejszym wymuszeniem dla ciężkich opadów śniegu

Pod koniec 1 lutego i wczesnym rankiem 2 lutego układ nadal szybko odchodził na wschód. W związku z tym wilgoć wokół układu przesunęła się na wschód przez północne Illinois i północno-zachodnią Indianę, pomagając utrzymać ciągłe opady śniegu o natężeniu od lekkiego do umiarkowanego. W tym czasie przepływy na wyższym poziomie zaczęły się zmieniać, dzięki czemu śnieg z tego systemu zmienił się w opady śniegu typu „efekt jeziora”. Na kolejnym zdjęciu radarowym widać to na przykładzie pasma śniegu pochodzącego z jeziora Michigan od północnego jeziora Michigan na południowy zachód do południowego Wisconsin i północno-wschodniego Illinois. Na tym obrazie znajdują się również obserwacje powierzchni wzdłuż jeziora Michigan. Z tych obserwacji warto zwrócić uwagę na dwie rzeczy. Pierwszą z nich jest silny wiatr, którego porywy sięgają 50 MPH. Drugą jest orientacja tych obserwacji. Niestabilność nad jeziorem oraz długi front są niezbędne dla rozwoju śniegu typu „lake effect”. Kolejną rzeczą, która pomaga w rozwoju bardziej intensywnych pasm śniegu jest konwergencja powierzchniowa. Zauważmy, że w kilku obszarach wzdłuż zachodniego brzegu jeziora Michigan występują pasaty wiatru, które łączą się nad wschodnim Wisconsin i Illinois. Wskazuje to na występowanie silnej konwergencji powierzchniowej. Ta silna konwergencja pomogła w tym ostatnim obszarze intensywniejszych opadów śniegu nad północno-wschodnim Illinois w środkowej części dnia 2-giego, a następnie ostatecznie w północno-zachodniej Indianie pod koniec dnia w środę, kiedy to wszystko przesunęło się na wschód.

Obraz radarowy z zaznaczonym efektem jeziora/wzmocnionym śniegiem

Pioruny

Pomimo, że błyskawice nie są czymś, o czym myśli się podczas omawiania zimowej pogody, we wtorek zaobserwowano je w całym regionie, a ich częstotliwość wzrosła późno w nocy 1 lutego. Poniższy obraz pokazuje wyładowania atmosferyczne podane przez Lightning Detection System ustawiony w całych Stanach Zjednoczonych.

Wyładowania atmosferyczne z chmury na ziemię

Co więc spowodowało wyładowania atmosferyczne w całym regionie 1 lutego? Do rozwoju wiosennych burz potrzebne jest kilka elementów: siła nośna lub wymuszenie, wilgotność i niestabilność. Składniki te można również omówić w odniesieniu do wyładowań atmosferycznych w okresie zimowym. Dzięki silnej rynnie wyżowej i frontogenezie na średnim poziomie, w tym przypadku zdecydowanie nie brakowało wymuszenia. System ten był również w stanie przyciągnąć sporą ilość wilgoci, gdy ewoluował nad centralną częścią kraju, zapewniając drugi komponent. Jedynym składnikiem, który pozostał do omówienia, a który nadal zapewniałby dobry ruch pionowy dla separacji ładunków lub dla potencjału wyładowań atmosferycznych, jest niestabilność. Poniższy obraz to przekrój atmosfery około godziny 18:00 we wtorek wieczorem dla obszarów od Madison, Wisconsin na południe do Champaign, Illinois z lotniskiem Ohare w centrum ekranu. Celem tego zdjęcia jest jak najlepsze opisanie niestabilności występującej nad północnym Illinois i północno-zachodnią Indianą. Stałe linie opływu to zasadniczo ruch pionowy zapewniony przez wymuszenia systemowe, jak również wymuszenia frontogeniczne średniego poziomu. Obraz w tle to nasza niestabilność dla tego wydarzenia. Niebieskie kolory, tuż nad najlepszym ruchem pionowym, to obszary tej najlepszej niestabilności. Ta niestabilność pomaga każdemu ruchowi pionowemu wznieść się szybciej i łatwiej, co z kolei pomaga w produkcji opadów śniegu i separacji ładunków, czyli wyładowań atmosferycznych. W przypadku letnich burz, to co może się wydarzyć, gdy wszystko to jest obecne, to grad, który może dotrzeć do ziemi. Teraz oczywiście mówimy o zimie, więc można by pomyśleć, że nie ma potrzeby wspominać o gradzie. Jednak na całym obszarze zaobserwowano kilka przypadków gradu, który spadł wraz ze śniegiem.

Przeanalizowany przez model przekrój atmosfery podkreślający kluczowe składniki meteorologiczne dla obfitych opadów śniegu

Wiatry

Nie tylko ten silny obszar niskiego ciśnienia przyniósł bardzo obfite opady śniegu w całym regionie, ale również zapewnił warunki dla bardzo silnych wiatrów, które pomogły w oślepiających warunkach zamieci. Wzmacniająca się i niestabilna rynna wyżowa spowodowała pogłębienie się silnego niżu powierzchniowego, który przemieszczał się na północny wschód przez część Środkowego Zachodu. Wraz z pogłębiającym się niżem przemieszczającym się z południa i silnym grzbietem wysokiego ciśnienia na północy, pod koniec dnia 1 lutego na Środkowym Zachodzie utworzył się silny gradient ciśnienia. Te linie ciśnienia, lub izobary, były ciasno upakowane nad znaczną częścią regionu, w szczególności nad północnym Illinois i północno-zachodnią Indianą. Te ciasno upakowane izobary związane z silnym obszarem niskiego ciśnienia były jedną z oznak możliwości wystąpienia bardzo silnych wiatrów podczas tego wydarzenia.

Powierzchniowa mapa pogodowa z godziny 12:00 rano 2 lutego 2011 z nałożoną podczerwienią satelitarną

Było kilka innych aspektów tego systemu, które również pomogły w uzyskaniu bardzo dużych prędkości wiatru na tym obszarze 1 lutego. Jeden z nich dotyczył części średniego i górnego poziomu tego systemu. Ten dynamiczny układ przyniósł ze sobą bardzo silny przepływ na wszystkich poziomach atmosfery, co obejmowało również poziomy tuż przy powierzchni.

Obrazy poniżej są reanalizowanymi sondowaniami, lub wykresami pionowych profili atmosferycznych, z zestawu danych ERA-5. Są one dla punktu w pobliżu lotniska O’Hare. Pierwsza część tego obrazu, na której należy się skupić znajduje się po prawej stronie, gdzie paski wiatru podają prędkość i kierunek wiatru na różnych poziomach atmosfery. Paski wiatru wskazują, że wiatry o prędkości około 50-60 MPH są zlokalizowane zaledwie kilka tysięcy stóp od ziemi. Przy dobrze wymieszanej dolnej części atmosfery, co widać na profilu termicznym i wilgotnościowym, takie prędkości wiatru mogą być łatwo przenoszone na powierzchnię, co właśnie miało miejsce we wtorek późnym wieczorem. Obszary wzdłuż brzegu jeziora Michigan również widziały silniejsze wiatry ze względu na fakt, że wiatry te były z północnego wschodu, co dało niezakłócony przepływ bezpośrednio nad jeziorem.

Powtórnie przeanalizowany sondaż na godzinę 15.00. 1 lutego 2011 (początek opadów śniegu)	Powtórnie przeanalizowany pomiar dla godz. 20:00 1 lutego 2011 (duże opady śniegu i bardzo silny wiatr)	Powtórnie przeanalizowany pomiar dla godz. 14:00 2 lutego 2011 (nadal duże opady śniegu i bardzo silny wiatr)
Generowane na podstawie zbioru danych ERA-5.

.