Прогноз зливових, облогових опадів та мряки

 

Прогноз зливових опадів тісно пов'язаний з прогнозом конвективної хмарності та гроз (розділ 4). Загальними метеорологічними умовами, при яких утворюються зливові опади, є: велика вологість повітря (> 7 ‰) в приземному шарі та на висотах, невеликі значення дефіциту точки роси (не більше 3…5 °С), значні вертикальні градієнти температури, що перевищують вологоадіабатичний градієнт, відсутність затримуючих шарів (інверсії та ізотермії), адвекція холоду на висотах, перевищення потужності купчасто-дощових хмар відмітки 2 км тощо.

Ці умови частіш за все відповідають зонам збіжності повітряних мас при циклонічній кривизні ізобар (фронтальні зливи) і малоградієнтним полям з достатнім прогрівом і вологістю (внутрішньомасові зливи). Повторюваність злив, як і всіх конвективних явищ, зростає в горах. Зливи можуть спостерігатися і в зонах низхідних рухів, якщо під дією місцевих умов розвиваються окремі відкриті конвективні осередки. Формуванню інтенсивної конвекції і випадінню зливових опадів сприяє неоднорідний характер підстильної поверхні та швидкий прогрів ґрунту. В літній період зливи часто випадають над великими, добре прогрітими водоймищами.

Холодні фронти і фронти оклюзії по типу холодного найбільш часто супроводжуються зливами, хоча останні іноді можуть спостерігатися і на теплих фронтах. Фронтальні зливи характеризуються менш вираженим добовим ходом, ніж внутрішньомасові, однак мають тенденцію до посилення у другій половині дня. При прогнозі зливових опадів фронтального характеру необхідно визначити майбутнє положення фронту, його еволюцію та можливі зміни конвективної нестійкості.

Прогноз зливових опадів відбувається за методом Є.М. Орлової, в якому кількість зливових опадів Q_зл знаходиться за формулою:

 

Q_зл = І_зл t_зл, (6.1)

 

де І_зл – інтенсивність зливових опадів, яку можна визначити двома способами: у першому, що використовують в оперативній роботі, користуються графіками; у другому І_зл, мм·год^-1 розраховують за формулою:

 

І_зл = 1, 5Δ q₈₅₀ + 3, 0Δ q₇₀₀. (6.2)

 

В (6.2) Δ q – зміна масової частки водяної пари (‰) при підйомі повітря з відповідних ізобаричних поверхонь (850 і 700 гПа) на величину середньої вертикальної швидкості конвективних токів (гПа·год^-1).

Тривалість злив у пункті (t_зл) залежить від кількості та швидкості переміщення хмар, з яких випадають опади; t_зл наближено можна обчислити за формулою:

(6.3)

 

де k – безрозмірний параметр, що характеризує щільність розподілу конвективних течій у купчасто-дощовій хмарі; середня довжина траєкторії в шарі 1000…850 гПа за інтервал часу t _k проходження через пункт (територію) конвективних хмар; - середня швидкість зміщення хмар, яка дорівнює середній швидкості вітру для траєкторії повітряних часток у шарі 700…500 гПа. Для різних синоптичних умов k змінюється: 0, 30 – теплі фронти; 0, 25 – фронти оклюзії; 0, 20 – холодні фронти; 0, 10 – вторинні та розмиті холодні фронти.

В оперативній практиці найбільше поширення отримав синоптичний метод прогнозу як зливових, так і облогових, і мрячних опадів (див. «Практикум з синоптичної метеорології»).

Облогові опади випадають із високошаруватих (рідко) та шарувато-дощових хмар, що мають змішану структуру і велику горизонтальну протяжність. Облогові опади формуються під дією упорядкованих висхідних рухів теплого вологого повітря, що поширюється до значних висот і охоплює великі території. Зони облогових опадів тісно пов’язані з адвекцією теплого повітря і співпадають з зонами падіння тиску біля землі.

Найбільш сприятливими для утворення облогових опадів є наступні синоптичні ситуації: зони теплих фронтів, фронтів оклюзії і холодних фронтів, що повільно переміщуються, а в холодний період – зони високого тиску за наявності шаруватої і шарувато-купчастої хмарності.

Прогноз облогових опадів та їх кількості здійснюється як синоптичним методом, так і за допомогою ЕОМ. Однак із-за відсутності інформації про розміри хмарних частинок, водність хмар і агрегатний стан частинок в хмарі на практиці використовується, як правило, тільки синоптичний метод або різні емпіричні залежності, що встановлюються для різних регіонів. Нижче наведемо декілька з них, так як вони прості у використанні і не освітлені в раніше виданих «Практикумах».

Графічний метод О.С. Звєрєва (рис. 6.1 а, б) дозволяє визначити можливість випадіння облогових опадів в залежності від потужності хмарного шару (Δ Н, км), його температури (T_m, °C) і висоти нижньої межі (Н_нмх, км).

 

 

 

 

Рис. 6.1 – Графік для оцінки можливості випадіння дощу за потужністю хмар і: а) середньою температурою хмарного шару (T_m), б) висотою їх нижньої межі (Н_нмх).

 

В перехідні сезони року, а на півдні країни і взимку, дуже важливо визначити фазовий стан опадів. Для цього прогнозу використовується графік (рис. 6.2), на горизонтальній осі якого відкладена температура повітря на рівні 850 гПа (Т₈₅₀, °С), а по вертикальній – прогностичне значення температури повітря біля поверхні землі (Т_пр, °С). Користування графіком не вимагає додаткових пояснень.

 

 

Рис. 6.2 – Графік для визначення фазового стану опадів.

Мрячні опади випадають переважно в холодну пору року або в перехідні сезони із низьких шаруватих хмар, що утворюються в теплих стійких повітряних масах і в зонах розмитих фронтів; при від’ємних температурах спостерігаються переохолоджена мряка та снігові зерна. Опади у вигляді мряки можливі в тому випадку, коли висота верхньої межі хмар не перевищує рівень ізотерми -10 °С, при трансформаційному охолодженні повітря. Для випадіння мряки вертикальні рухи повинні бути слабкими, при їх збільшенні – мряка переходить в дощ.

Прогноз мряки заснований на врахуванні переміщення та еволюції вже існуючої зони опадів за ведучим потоком на поверхні 850 гПа. Якщо опади спостерігаються на периферії антициклону, то їх переміщення відбувається разом з антициклоном і всередині нього в напрямку градієнтного вітру. Зони мрячних опадів, що пов’язані з теплим сектором циклону, переміщуються разом з останнім.

При прогнозі мряки слід враховувати орографію місцевості і добовий хід опадів. Так, імовірність випадіння мрячних опадів на навітряних схилах гір і височин більша, ніж на підвітряних, і збільшується над лісовими і заболоченими ділянками місцевості. В добовому ході максимум повторюваності мрячних опадів приходиться на нічні години, коли вони можуть посилюватись за рахунок радіаційного охолодження хмарності, а мінімум відмічається опівдні.

Прогноз фазового стану фронтальних опадів на Україні здійснюється за прогностичними значеннями температури повітря біля земної поверхні і на рівні 850 гПа (рис. 6.3).

 

Рис. 6.3 - Емпірична номограма для прогнозу фазового стану фронтальних опадів;

а, б, в – зони відкладення мокрого снігу.

 

Номограма дозволяє прогнозувати всі фази опадів, що випадають: сухий сніг (забезпеченість 89%), переохолоджений дощ (90%), дощ (82%), мокрий сніг і сніг з дощем (84%), мокрий сніг зі снігом (89%) і мокрий сніг з дощем (78%).

Розрахунок значень Т₀ і Т₈₅₀ проводиться для декількох точок зони, де очікуються облогові опади поблизу фронту. Для прогнозу фази облогових опадів в конкретному пункті (районі) визначення значень температури повітря Т₀ і Т₈₅₀ здійснюється для початку, середини та кінця очікуваного періоду з опадами.

Альтернативний, короткостроковий прогноз відкладення (налипання) мокрого снігу можна виконати за номограмою (рис. 6.3) одночасно з прогнозом фазового стану опадів. В загальній зоні, що відповідає випадінню мокрого снігу, чітко виділяється невелика зона з відкладенням (налипанням) мокрого снігу (а-б-в) у вигляді вузької смуги, витягнутої вздовж осі ординат. Вона складається із трьох неоднорідних частин: основної (а), найбільшої за площею і з великим числом відкладень (забезпеченість 84%); додаткової (б), порівняно невеликої за площею, із випадками відкладень при незначній від’ємній приземній температурі (забезпеченість близька до 100%) і перехідної (в), де число випадків незначне і забезпеченість їх низька. Забезпеченість всієї зони
а-б-в досить висока (89%).

Враховуючи складність явища і його значну просторову мінливість рекомендується складати прогноз відкладення не для пункту, а по району радіусом 100…150 км і застосовувати в прогнозі термін «місцями». Наприклад, «…місцями в районі Одеси очікується відкладення (налипання) мокрого снігу...».

Методика прогнозу випадіння і відкладення мокрого снігу за допомогою номограми основується на попередньому прогнозі баричного поля, фронтальних розділів і пов'язаних з ними зон опадів.

Для практичного обслуговування господарських організацій, міністерств зв’язку та енергетики рекомендований графік, на якому представлена залежність характеру пошкоджень дротів повітряних ліній зв’язку та електропередач від значень відкладень мокрого снігу (рис. 6.4).

 

 

Рис. 6.4 – Залежність пошкоджень повітряних ліній зв’язку та електропередач від діаметра (D) і ваги (Р) відкладень мокрого снігу.

1, 1а – зона без пошкоджень (1а – група точок з близькими значеннями параметрів); 2 – провисання дротів; 3 – обриви дротів, поломка опор, дерев та інше.

 

По осі абсцис відкладені значення великого діаметру (D), а по осі ординат – маса на 1 м дроту (Р).

Двома демаркаційними суцільними лініями розмежовані площі з переважанням випадків, що супроводжуються обривом дротів (верхня частина графіка), їх провисанням (середня частина) і відсутністю пошкоджень (нижня частина). Забезпеченість цих площ відповідно дорівнює 88, 83 і 98%.

Відкладення мокрого снігу на дротах звичайно супроводжується слабким вітром. При швидкостях більше 3…5 м·с^-1 мокрий сніг починає здуватися і його накопичення уповільнюється. Однак у 6% випадків відкладення мокрого снігу проходило при швидкості вітру 10 м·с^-1 і більше.

 

Контрольні запитання

1. Як впливають опади на різні галузі народного господарства?

2. В яких одиницях вимірюються та прогнозуються опади?

3. Охарактеризуйте СГЯ, пов’язані з опадами різних видів.

4. В чому полягає суть загального прогнозу різних видів опадів?

5. Які методи прогнозів використовуються для передбачення випадіння опадів?

6. Як здійснюється прогноз фазового стану фронтальних опадів?