DOI: https://doi.org/10.5194/wcd-7-17-2026
تاريخ النشر: 2026-01-06
المؤلف: Fiona Fix-Hewitt وآخرون
الموضوع الرئيسي: الظواهر الجوية والمحاكاة
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في حدوث وخصائص الصحاري الجوية—كتل الهواء التي تنشأ من المناطق الجافة—التي تؤثر بشكل كبير على ملفات درجات الحرارة عبر أوروبا. تستخدم الدراسة تحليل لاغرانجي باستخدام أداة LAGRANTO وبيانات ERA5 لتتبع كتل الهواء من شمال إفريقيا على مدى فترة عامين (مايو 2022 إلى أبريل 2024). تكشف التحليلات أن الصحاري الجوية يمكن أن تكون موجودة في أوروبا حتى 60% من الوقت، تغطي ما يصل إلى 54% من المنطقة و72% من المساحة الأرضية ضمن النطاق الجغرافي المحدد (30° غربًا إلى 60° شرقًا و37° شمالًا إلى 73° شمالًا).
في المتوسط، تستمر هذه الصحاري الجوية حوالي يوم واحد، مع ملاحظات لفترات أطول بالقرب من منطقة مصدرها، خاصة في الصيف عندما يمكن أن تتجاوز الفترات تسعة أيام في البحر الأبيض المتوسط. تحدد الدراسة أربعة أنماط سينوبتيكية نموذجية مرتبطة بأحداث الصحاري الجوية، تتميز إما بالانخفاضات أو القمم التي تسهل التدفق الشرقي أو الشمالي الشرقي للهواء. بالإضافة إلى ذلك، يتم تحديد خمسة تيارات هوائية متميزة، كل منها يظهر سلوكيات حرارية ديناميكية مختلفة، مثل التغيرات في درجة الحرارة المحتملة بسبب عمليات الخلط أو التبريد. ومن الجدير بالذكر أنه بينما يمكن أن تتسلل الصحاري الجوية أحيانًا إلى طبقة الحدود المحلية، فإن هذه الظاهرة نادرة وعادة ما تحدث فوق التضاريس العالية خلال الأشهر الأكثر دفئًا.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث مفهوم الصحاري الجوية (ADs)، وهي كتل هوائية تُنقل من المناطق الجافة التي تخضع لتعديلات أثناء تدفقها على مسافات طويلة. تم تقديم ADs لأول مرة بواسطة Fix وآخرون (2024)، حيث تم مقارنتها بالطبقات المختلطة المرتفعة (EMLs) ويُفترض أنها تؤثر على أنماط الطقس في المناطق المستهدفة، خاصة في أوروبا. تهدف الدراسة إلى وصف ADs وتطورها، مع معالجة الحاجة إلى فهم عام لهذه الظواهر، خاصة وأن الدراسات السابقة غالبًا ما أساءت إلى أصول تيارات الهواء المرتبطة بظاهرة السحابة الإسبانية.
يبرز المؤلفون أنه بينما تحافظ EMLs على خصائصها الديناميكية الحرارية، قد لا تكون ADs قابلة للتحديد بسهولة بسبب التغيرات أثناء النقل. تسمح طريقة الكشف المباشر التي تم تطويرها في دراسة سابقة بتتبع كتل الهواء من المصدر إلى الهدف، مما يكشف عن سلوكيات متميزة بين تيارات الهواء المختلفة. على سبيل المثال، تصرف أحد التيارات مثل EML، بينما أظهرت الأخرى تغييرات متفاوتة في الرطوبة ودرجة الحرارة. أشارت النتائج من دراسة حالة في منتصف يونيو 2022 إلى أن ADs كانت مرتبطة بدرجات حرارة مرتفعة وعواصف رعدية محلية في أوروبا. توسع الدراسة الحالية في هذا من خلال تحليل مجموعة بيانات لمدة عامين من ADs، تهدف إلى قياس تكرارها، ومدى انتشارها، ومدة بقائها، وبنيتها الرأسية، وتعديلات موسمية وإقليمية.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تمتد فترة التركيز من 1 مايو 2022 إلى 30 أبريل 2024. تستخدم البحث طريقة كشف مباشرة تتضمن حساب المسارات باستخدام أداة تحليل المسار لاغرانجي (LAGRANTO)، كما وصفها Sprenger وWernli (2015). يتم الحصول على بيانات المدخلات الجوية المستخدمة في هذه الحسابات من مجموعة بيانات إعادة التحليل ERA5 (Hersbach وآخرون، 2020).
تم هيكلة المنهجية إلى عدة أقسام: يوضح القسم 2.1 مجموعة بيانات ERA5، ويحدد القسم 2.2 عملية حساب المسار، ويناقش القسم 2.3 تحديد كتل الهواء. بالإضافة إلى ذلك، يشرح القسم 2.4 تجميع المخططات السينوبتيكية والمسارات، بينما يعرف القسم 2.5 المعايير التي يتم من خلالها اعتبار كتلة الهواء تشكل غطاءً. تضمن هذه الطريقة المنهجية تحليلًا شاملاً للديناميات الجوية خلال الفترة المحددة.
النتائج
في قسم النتائج، تفحص الدراسة خصائص الاضطرابات الجوية (ADs)، مع التركيز على عدة جوانب رئيسية. يتناول القسم 3.1 تكرار وتوزيع ADs المكاني، بينما يستكشف القسم 3.2 الأنماط السينوبتيكية التي تؤدي إلى أحداث AD. يتم تحليل استمرار هذه الأحداث في القسم 3.3، تليها دراسة هيكلها الرأسي وتشكيل الانعكاسات العلوية في القسم 3.4، والتي تعتبر حاسمة لفهم آثارها المحتملة.
بالإضافة إلى ذلك، يتعمق القسم 3.5 في تطوير هواء AD أثناء التدفق والعمليات الفيزيائية المرتبطة. يوفر هذا التحليل الشامل رؤى حول الديناميات والآثار المترتبة على ADs، مما يبرز أهميتها في الدراسات الجوية.
المناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون المنهجية والنتائج المتعلقة بتحليل هواء الصحاري الجوية (AD) فوق أوروبا، باستخدام مجموعة بيانات إعادة التحليل ERA5 من ECMWF. تستخدم الدراسة أداة التحليل لاغرانجي (LAGRANTO) لحساب المسارات الأمامية لكتل الهواء التي تنشأ من شمال إفريقيا، مع التركيز بشكل خاص على نقلها إلى أوروبا. يتم بدء المسارات بدقة عالية على طول ستارة محددة عند الحدود الشمالية لمنطقة المصدر، مع حساب ما يقرب من 108 مليون مسار على مدى فترة عامين. تحدد الدراسة خلايا AD بناءً على وجود المسارات داخل صناديق الشبكة وتعرف أحداث AD من خلال استمرار ومدى هذه الخلايا، مما يكشف أن ADs تحدث بشكل متكرر عبر أوروبا، خاصة في منطقة البحر الأبيض المتوسط خلال الربيع.
يحلل المؤلفون أيضًا الظروف السينوبتيكية المرتبطة بأحداث AD، مع تحديد أربعة تجمعات متميزة من أنماط الدوران الجوي التي تسهل نقل هواء AD إلى أوروبا. تختلف هذه الأنماط موسميًا، مع أعلى حدوث لأحداث AD في الربيع. يتم أيضًا فحص استمرار ADs، مما يشير إلى أنه بينما يمكن أن تستمر حتى أربعة أسابيع في البحر الأبيض المتوسط، فإن متوسط المدة عبر أوروبا عادة ما يكون أقل من أسبوع. يتميز الهيكل الرأسي لـ ADs بأنه متماسك ويمتد بين 1-4 كم، مع آثار على الطقس المحلي، بما في ذلك إمكانية تشكيل غطاء يمكن أن يمنع الحمل الحراري. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية ADs في التأثير على أنماط الطقس عبر أوروبا، خاصة تكرارها ومدى انتشارها واستمرارها.
DOI: https://doi.org/10.5194/wcd-7-17-2026
Publication Date: 2026-01-06
Author(s): Fiona Fix-Hewitt et al.
Primary Topic: Meteorological Phenomena and Simulations
Overview
This research investigates the occurrence and characteristics of atmospheric deserts—air masses originating from arid regions—that significantly influence temperature profiles across Europe. The study employs Lagrangian analysis using the LAGRANTO tool and ERA5 data to track air masses from North Africa over a two-year period (May 2022 to April 2024). The analysis reveals that atmospheric deserts can be present in Europe up to 60% of the time, covering as much as 54% of the area and 72% of the land area within the specified geographical domain (30° W to 60° E and 37° N to 73° N).
On average, these atmospheric deserts persist for about one day, with longer durations observed near their source region, particularly in summer when durations can exceed nine days in the Mediterranean. The study identifies four typical synoptic patterns associated with atmospheric desert events, characterized by either troughs or ridges that facilitate the eastward or northeastward advection of air. Additionally, five distinct air streams are identified, each exhibiting different thermodynamic behaviors, such as changes in potential temperature due to mixing or cooling processes. Notably, while atmospheric deserts can occasionally intrude into the local boundary layer, this phenomenon is rare and typically occurs over high terrain during warmer months.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the concept of Atmospheric Deserts (ADs), which are air masses transported from arid regions that undergo modifications during their advection over long distances. Initially introduced by Fix et al. (2024), ADs are compared to elevated mixed layers (EMLs) and are posited to influence weather patterns in their target regions, particularly in Europe. The study aims to characterize ADs and their evolution, addressing the need for a generalized understanding of these phenomena, especially as prior studies have often misattributed the origins of air streams associated with the Spanish Plume.
The authors highlight that while EMLs maintain their thermodynamic properties, ADs may not be easily identifiable due to alterations during transit. A direct detection method developed in a previous study allows for tracking air masses from source to target, revealing distinct behaviors among different air streams. For instance, one stream behaved like an EML, while others exhibited varying changes in moisture and temperature. The findings from a case study in mid-June 2022 indicated that ADs were linked to high temperatures and localized thunderstorms in Europe. The current study expands on this by analyzing a two-year dataset of ADs, aiming to quantify their frequency, spatial extent, duration, vertical structure, and seasonal and regional modifications.
Methods
In this study, the focus period spans from May 1, 2022, to April 30, 2024. The research employs a direct detection method that involves calculating trajectories using the Lagrangian trajectory analysis tool (LAGRANTO), as described by Sprenger and Wernli (2015). The meteorological input data utilized for these calculations is sourced from the ERA5 reanalysis dataset (Hersbach et al., 2020).
The methodology is structured into several sections: Section 2.1 details the ERA5 dataset, Section 2.2 outlines the trajectory calculation process, and Section 2.3 discusses the identification of air masses. Additionally, Section 2.4 explains the clustering of synoptic charts and trajectories, while Section 2.5 defines the criteria for when an air mass is considered to form a lid. This systematic approach ensures a comprehensive analysis of the atmospheric dynamics during the specified period.
Results
In the Results section, the study examines the characteristics of Atmospheric Disturbances (ADs), focusing on several key aspects. Section 3.1 addresses the frequency and spatial distribution of AD occurrences, while Section 3.2 explores the synoptic patterns that lead to AD events. The persistence of these events is analyzed in Section 3.3, followed by an investigation of their vertical structure and the formation of capping inversions in Section 3.4, which are crucial for understanding their potential impacts.
Additionally, Section 3.5 delves into the development of AD air during advection and the associated physical processes. This comprehensive analysis provides insights into the dynamics and implications of ADs, highlighting their significance in atmospheric studies.
Discussion
In this section, the authors discuss the methodology and findings related to the analysis of atmospheric desert air (AD) over Europe, utilizing the ERA5 reanalysis dataset from ECMWF. The study employs the Lagrangian analysis tool (LAGRANTO) to calculate forward trajectories of air parcels originating from North Africa, specifically focusing on their transport into Europe. The trajectories are initiated at high resolution along a defined curtain at the northern boundary of the source region, with a total of approximately 108 million trajectories calculated over a two-year period. The study identifies AD cells based on the presence of trajectories within grid boxes and defines AD events through the persistence and extent of these cells, revealing that ADs frequently occur across Europe, particularly in the Mediterranean region during spring.
The authors further analyze the synoptic conditions associated with AD events, identifying four distinct clusters of atmospheric circulation patterns that facilitate the transport of AD air into Europe. These patterns vary seasonally, with the highest occurrence of AD events noted in spring. The persistence of ADs is also examined, indicating that while they can last up to four weeks in the Mediterranean, the average duration across Europe is typically less than a week. The vertical structure of ADs is characterized as being coherent and extending between 1-4 km, with implications for local weather, including the potential formation of a lid that can inhibit convection. Overall, the findings underscore the significance of ADs in influencing weather patterns across Europe, particularly their frequency, spatial extent, and persistence.