Mezoskalowy układ konwekcyjny

Mezoskalowy układ konwekcyjny (lub Mezoskalowy System Konwekcyjny) (ang. Mesoscale Convective System, MCS) – rozległy układ, który powstaje w wyniku agregacji chmur cumulonimbus, powodując opady na dużych obszarach. Cykl życia układów MCS opisywany jest w trzech fazach: (1) inicjalizacja odizolowanych komórek konwekcyjnych; (2) agregacja, opad, i rozwój rozległych kowadeł chmurowych, (3) zanik systemu. Z tymi fazami zwiazane są różne rozkłady pionowej głębokości układu, różnice w wielkości systemu oraz intensywności opadów w obrębie MCS. Największymi systemami MCS są Rozległe Mezoskalowe Układy Konwekcyjne (ang. Mesoscale Convective Complexes MCC)^[1].

Animacja radarowa przedstawiająca przejście mezoskalowego układu konwekcyjnego z wbudowaną linią szkwału nad rejonem Nowego Jorku, 7 września 1998, który spowodował szkody o rozmiarach derecho.

Definicja Rozległego Mezoskalowego Układu Konwekcyjnego (MCC)

	Charakterystyka
Rozmiar MCC	A: Temperatura jasnościowa całkowitej pokrywy chmur (ang. cold cloud shield) Tb < 241 K (-32C), obszar ≥ 100 000 km² B: Temperatura jasnościowa obszaru silnej konwekcji (ang. cold core) Tb < 221 K (-52C), obszar ≥ 50 000 km²
Inicjalizacja	Warunki A i B są spełnione
Maksymalny rozmiar	Kiedy kryterium A osiąga maksimum
Czas trwania MCC	≥ 6 godzin
Kształt	Ekscentryczność układu: ≥ 0,7
Zanik MCC	Rozmiar nie spełnia kryterium A i B

Definicja Mezoskalowego Układu Konwekcyjnego (MCS)^[2][3]

	Charakterystyka
Rozmiar MCS	A: Temperatura jasnościowa całkowitej pokrywy chmur (ang. cold cloud shield) Tb < 241 K (-32C), obszar ≥ 40 000 km²
Inicjalizacja	Warunek A jest spełniony
Maksymalny rozmiar	Kiedy kryterium A osiąga maksimum
Czas trwania MCS	≥ 4 godzin
Zanik MCS	Rozmiar nie spełnia kryterium A

Rozległe Mezoskalowe Układy Konwekcyjne (MCC) są definiowane poprzez zestaw kryteriów opisujących ich rozmiar, czas trwania, kształt oraz procesy inicjalizacji i zaniku. Rozmiar MCC jest określony dwoma parametrami: całkowita pokrywa chmur musi mieć temperaturę jasnościową poniżej 241 K (-32°C) i obejmować co najmniej 100 000 km² (kryterium A), natomiast obszar intensywnej konwekcji musi charakteryzować się temperaturą jasnościową poniżej 221 K (-52°C) na powierzchni co najmniej 50 000 km² (kryterium B). Układ jest klasyfikowany jako MCC, gdy oba te warunki są spełnione, co oznacza osiągnięcie odpowiedniej skali i intensywności systemu. MCC osiąga maksymalny rozmiar, gdy obszar spełniający kryterium A jest największy. Aby system mógł zostać zaklasyfikowany jako MCC, musi trwać co najmniej 6 godzin. Dodatkowo układ musi mieć ekscentryczność wynoszącą co najmniej 0,7, co oznacza, że jego kształt jest stosunkowo zwarty i eliptyczny. Zanik MCC następuje, gdy system przestaje spełniać kryteria A i B^[4]. Rozległe Mezoskalowe Uklady Konwekcyjne (MCC) są największymi z Mezoskalowych Układów Konwekcyjnych (MCS) ale podobne kryteria stosuje się dla mniejszych MCS.

Położenie geograficzne Wielkiej Równiny w stanach Zjednoczonych i Kanadzie. Widać też pólnocno-południowe rozmieszczenie Gór Skalistych, które mogą blokować i sterować niskopoziomowy prąd strumieniowy z Zatoki Meksykańskiej GPLLJ

Umiarkowane szerokości geograficzne

Mesoskalowe Układy Konwekcyjne są systemami pogodowymi, które w szerokościach umiarkowanych zależą od systemów synoptycznych, takich jak fronty czy prądy strumieniowe.

Rola prądów barierowych

Rozległe Mesoskalowe Układy Konwekcyjne są zjawiskami często obserwowanymi w średnich szerokościach geograficznych, gdzie istotną rolę w ich inicjalizacji odgrywają niskopoziomowe prądy strumieniowe (ang. Low-Level Jet). Prądy te można zaobserwować na zdjęciach satelitarnych jeszcze przed rozpoczęciem konwekcji, szczególnie w postaci konwekcyjnych rolek chmurowych widocznych w świetle widzialnym.

• Prąd barierowy tworzy się na niskich poziomach atmosfery w pobliżu łańcuchów górskich, gdzie ukształtowanie terenu wymusza jego przebieg równoległy do gór. W regionie Wielkich Równin w Ameryce Północnej kluczową rolę odgrywa południowy niskopoziomowy prąd strumieniowy, znany jako GPLLJ (ang. Great Plains Low-Level Jet). Transportuje on ciepłe i wilgotne powietrze z Zatoki Meksykańskiej w kierunku Gór Skalistych, wspierając powstawanie MCC, szczególnie wiosną i jesienią. Wiosenne MCC charakteryzują się rozległymi opadami warstwowymi i intensywnym deszczem, podczas gdy letnie MCC mają mniejszy zasięg, lecz generują bardziej dynamiczne zjawiska konwekcyjne. Na Wielkich Równinach MCC stanowią główne źródło ekstremalnych opadów w sezonie letnim, przyczyniając się również do występowania powodzi, tornad i innych groźnych zjawisk atmosferycznych.
• W Ameryce Południowej analogiczną rolę pełni SALLJ (ang. Southern American Low-Level Jet), który przenosi wilgotne powietrze z Amazonii w stronę Andów. Pomaga to rozwojowi MCC w regionach wschodnich Andów, takich jak równiny centralnej Argentyny. Procesy te są wzmacniane przez zjawiska synoptyczne, w tym cyklogeneza u podnóża gór, oraz dzienne cykle termiczne, które wpływają na konwekcję w godzinach wieczornych^[1].

Powodzie

Oba systemy – GPLLJ w Ameryce Północnej i SALLJ w Ameryce Południowej – odgrywają kluczową rolę w kształtowaniu ekstremalnych zjawisk pogodowych związanych z MCC, takich jak ulewy czy silne wiatry^[5][6].

Tropiki

Mesoskalowe Układy Konwekcyjne (MCS) są często obserwowane w tropikach, szczególnie nad ciepłą wodą Indo-Pacyfiku^[7], w pobliżu międzyzwrotnikowej strefy konwergencji (ITCZ), w tropikalnej Afryce oraz w regionie Amazonii. Pomiary opadów satelitarnych, zwłaszcza z misji Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM), szacują, że wszystkie MCS-y (czyli łącznie z MCC) odpowiadają za połowę opadów tropikalnych, a w niektórych regionach i porach roku – za ponad 80% opadów na lądzie^[1][8]. Natomiast same Rozległe Mezoskalowe Układy Konwekcyjne (MCC) mają mniejszy wpływ na frakcję opadu w tropikach, ale nadal dochodzącą do około 20%^[9]. Tropikalne uklady konwekcyjne mają też cykl dobowy^[10] i wiele systemów wpływa na powodzie^[11].

Europa

Opublikowano m.in. 10-letnią klimatologię MCS w Polsce^[12] opartą na danych radarowych oraz satelitarną klimatologię MCS-ów w Europie^[13].

Bazy danych

Istnieją globalne dane trajektorii MCS-ów PyFLEXTRKR oparte na danych z Global Precipitation Measurement. W tej bazie danych MCS w wersji V2 (czerwiec 2000 – grudzień 2020) dostępne są dwa zestawy plików w formacie netCDF: Pierwszy zestaw zawiera statystyki dotyczące trajektorii MCS takie jak czas, położenie, czas trwania, rozmiar, statystyki opadów oraz ruch systemów konwekcyjnych. Drugi zestaw obejmuje dane zawierające pełne informacje o temperaturze jasności (Tb) i opadach na siatce o rozdzielczości 0,1 stopnia i godzinowym kroku czasowym. Położenie środków Mezoskalowych Systemów Konwekcyjnych (MCS), wyznaczających ich trajektorie, może znacznie się różnić w czasie, głównie z powodu zmian morfologicznych kształtu tych układów. Zjawisko to jest szczególnie widoczne w regionach o dużej liczbie jednocześnie występujących MCS-ów, takich jak Archipelag Malajski, gdzie częste łączenia i podziały systemów utrudniają analizę. Zaleca się wtedy wykorzystanie analiz satelitarnych (m.in. temperatura jasności w podczerwieni, opady) aby uzyskać dokładniejsze zrozumienie trajektorii tych układów^[2][3].