Changes in the Frequency of Cool Season Lake Effects within the North American Great Lakes Region

Abstract

The North American Great Lakes influence surface weather downwind, distinctly in winter when southward migrating cold air passes over relatively warm lakes. Study of the synoptic atmospheric patterns favorable for lake effects has focused on lake-effect snowfall, the most impactful effect of the lakes. Although the patterns are conducive to lake effects, they might not actually yield discernible modification of downwind surface weather. This study uses historical daily data (1964–1965 through 2017–2018) of weather types to detect cool season (November–April) modification of cold, dry air upwind of the Great Lakes to cool, moist air downwind of the eastern (Erie, Ontario) and western (Michigan, Superior) lakes. A spatial arrangement of weather types across the region is shown to identify individual days characterized by a lake effect. The frequency of lake effects increased through the first one third of the record, but it has since decreased, most profoundly since a change point in the late 1990s and more prominently for the eastern lakes. At stations immediately downwind of the lakes, the result is a changed cool season hydroclimate, with fifty-four-year declines in lake-effect precipitation amount and frequency and in the percentages of seasonal precipitation amount and frequency attributed to lake effects.

北美五大湖影响了水面天气顺风，尤其是冬季南向冷风经过相对温暖湖面的时候。针对湖泊效应的天气模式研究，主要侧重于湖泊对降雪的影响，也是湖泊对天气的最显著影响。尽管与湖泊效应有关，这些天气模式可能并没有显著改变湖面的顺风天气。本研究利用每天的天气分类历史数据（1964-1965年至2017-2018年），分析了凉季（11月至4月）的五大湖，干冷迎风空气被转变成东部（伊利湖、安大略湖）和西部（苏必利尔湖、密歇根湖）的湿凉顺风空气。根据天气类型的空间分布，确定了具有湖泊效应的天数。湖泊效应频率在前三分之一数据里增加，随后降低，特别是1990年代末东部湖区的频率大大降低。五大湖顺风处的观测站具有凉季水文气象，有54年的湖泊效应降水量和频率的下降，而湖泊效应引起的季节降水量和频率的百分比也有降低。

Los Grandes Lagos norteamericanos influyen la meteorología superficial generada por el viento, de manera más evidente en invierno cuando el aire frío que se desplaza hacia el sur pasa sobre las aguas relativamente cálidas de los lagos. El estudio de los patrones atmosféricos sinópticos que son favorables para los efectos de los lagos se ha enfocado sobre los efectos de las nevadas sobre el lago, que es el efecto de mayor impacto sobre el agua lacustre. Si bien aquellos patrones favorecen los efectos sobre los lagos, podrían realmente no producir modificaciones discernibles al tiempo meteorológico superficial asociado con el viento. Este estudio usa datos históricos diarios (de 1964-1965 hasta 2017–2018) de tipos de tiempo atmosférico para detectar la modificación de la estación fría (noviembre a abril) con aire ascendiente frío y seco de los Grandes Lagos en el aire descendiente fresco y húmedo de los lagos del oriente (Erie, Ontario) y del occidente (Míchigan, Superior). Se muestra una disposición espacial de tipos de tiempo a través de la región para identificar días individuales caracterizados por un efecto de lago. La frecuencia de los efectos de lago se incrementó a través del primer tercio del registro, pero desde entonces se ha reducido, de modo más profundo a partir de un punto de cambio a finales de los años 1990, y de modo más prominente en los lagos orientales. En las estaciones situadas inmediatamente adelante del viento que se desplaza sobre los lagos el resultado es un hidroclima de estación fría modificado, con disminuciones de cincuenta y cuatro años en efecto de lago por cantidad y frecuencia de la precipitación, y en los porcentajes de la cantidad y frecuencia de precipitación atribuida a efectos de lago.

Key Words:

• lake effect
• North American Great Lakes
• weather typing

关键词:

• 湖泊效应
• 北美五大湖
• 天气分类

Palabras clave:

• efecto de lago
• Grandes Lagos norteamericanos
• tipos de tiempo atmosférico

Additional information

Notes on contributors

Andrew W. Ellis

ANDREW W. ELLIS is a Professor in the Department of Geography at Virginia Tech, Blacksburg, VA 24060. E-mail: [email protected]. His research interests are in hydroclimatology, including precipitation variability and change and the implications for water resources.

Michael L. Marston

MICHAEL L. MARSTON is a Doctor of Philosophy Candidate in Geospatial and Environmental Analysis within the Department of Geography at Virginia Tech, Blacksburg, VA 24060. E-mail: [email protected]. His research interests are in hydroclimatic variability and change, specifically in the area of precipitation distribution across contributing events.

Joseph B. Bahret

JOSEPH B. BAHRET is a Bachelor of Science Candidate in Meteorology within the Department of Geography at Virginia Tech, Blacksburg, VA 24060. E-mail: [email protected].