Струминних посилень вітру над Україною
При вивченні того чи іншого метеорологічного явища традиційно проводять аналіз його повторюваності залежно від пори року й доби, певних метеорологічних умов і синоптичних ситуацій. Такий підхід дозволяє виявити деякі закономірності, що характеризують досліджуване явище, його генезис і еволюцію. Струминні посилення вітру в нижніх шарах атмосфери поширені практично повсюди і відзначаються відносно рідко - від 2 до 15% від загального числа радіозондувань протягом року. Як правило, СТНР зберігаються впродовж 1…2 строків зондування, і лише в окремих випадках - 24 год і більше. Час існування СТНР визначається типом і тривалістю наявної синоптичної ситуації. Так, рекордна тривалість цього явища - більше 4 діб (102 год) була зафіксована над Сімферополем у 1979 р. в умовах стаціонарного антициклону, що зберігався протягом цього періоду. Добовий хід повторюваності вітрових аномалій над більшістю досліджених регіонів приблизно однаковий – вночі вони спостерігаються частіше. За матеріалами багаторічних досліджень цього питання над більшістю регіонів Землі характерною рисою процесів розвитку СТНР є річний хід його повторюваності та основних структурних параметрів. Особливо ця закономірність властива для України і європейської частини Росії – максимум переважно приходиться на зимові місяці, а мінімум – на літні. Так, над Сімферополем, Харковом, Шепетівкою і Києвом взимку СТНР спостерігаються у 3…8 разів частіше, ніж влітку, що, імовірніше за все, обумовлено або наявністю в холодний період року могутніх радіаційних інверсій в антициклоні, або проходженням над територією України активних південних та атлантичних циклонів. Потужність низьких струменів коливається від 200…300 влітку до 500…600 м взимку (табл. 11.1), інтенсивність – 16…17 м∙ с-1 влітку і 18…19 м∙ с-1 взимку. Найчастіше низькі струмені розташовуються на висотах 400…500 м, у залежності від рельєфу місцевості. В цілому, над Україною переважають струмені західних напрямків. В області низького струменя, як правило, формуються слабкі вертикальні зсуви вітру, хоча в окремих випадках можуть виникати сильні і дуже сильні.
Інтенсивність низькотропосферних струменів збільшується від літа до зими – 17...20 і 18...22 м∙ с-1, відповідно. Над Україною виникнення найбільш інтенсивних СТНР в холодне півріччя, як правило, спостерігається при виході південних і проходженні активних північно-західних циклонів. Для порівняння, над північними районами Східноєвропейської рівнини формування інтенсивних низьких струменів пов’язано з перебудовою баричного поля в перехідні сезони. Таким чином, тип і активність баричних утворень, що визначають погодні умови над окремою територією, в значній мірі обумовлює інтенсивність низьких струменів. Також просліджується залежність від географічного розташування станції і особливостей ландшафту – над регіонами зі складною орографією частіше формуються інтенсивні СТНР. Так, максимальна швидкість вітру на вісі струменя над Україною за останні У холодний період року над територією України СТНР пов’язані з піднесеними інверсіями, що розташовані над віссю струменя, у теплий період року - з приземними інверсіями. В усі сезони відзначається збільшення кількості низьких струменів у сполученні з інверсією, з півночі (Київ – 70%), на півдні (Одеса – 79%). Найбільш виражені затримуючі шари, що супроводжують низькі струмені, виявляються або в передній частині циклону при проходженні теплих фронтів взимку, або в областях підвищеного тиску. При формуванні низьких струминних течій виникають ситуації, коли швидкість приземного вітру не перевищує 4 м∙ с-1. Такий розподіл швидкості вітру в нижніх шарах атмосфери може призвести до накопичення шкідливих домішок, оскільки при слабкому вітрі біля землі погіршуються умови їх горизонтального переносу, а СТНР виконує роль " замикаючого" шару, що перешкоджає вертикальному обміну. Зазначений тип струменів складає приблизно третину усіх випадків. Ці течії менш інтенсивні і, як правило, більш високі. Крім того, вони практично завжди (90%) пов'язані з затримуючими шарами. При цьому спостерігаються більш інтенсивні зсуви вітру за рахунок значного повороту вітру в шарі інверсії і невеликої швидкості вітру біля поверхні землі і, отже, становлять велику небезпеку для авіації. Цікавий факт географічного розподілу повторюваності розглянутого комплексу явищ. Так, якщо протягом усього року над південними районами України низькі струмені супроводжуються затримуючими шарами в 79 і 80% випадків - Одеса і Сімферополь, відповідно, то над Києвом повторюваність знижується до 70%. Ця закономірність характерна для всієї ЄТР, оскільки над Москвою лише 67% СТНР спостерігається в сполученні з інверсіями, тоді як над Кишиневом з інверсіями пов’язано 82% низьких течій. Над Україною в 60…70% випадків низькі струмені супроводжуються піднесеними інверсіями, причому їх може бути декілька. Виключення становить Кривий Ріг, розташований в центрі Криворізької котловини, де 63% струменів формуються в сполученні із приземними інверсіями. Випадки комбінації висотних затримуючих шарів і СТНР досить рідкісні - не більше 10% струменів.
11.3 Синоптичні умови та гідродинамічний стан нижньої тропосфери при виникненні низьких струменів над Україною
Низькотропосферні струмені фіксуються за різних макроциркуляційних умов. В основному СТНР (у середньому по Україні від 65 до 70% випадків) спостерігаються при циклонічному характері циркуляції: у тиловій, передній частинах і теплому секторі циклону, улоговини (табл. 11.2). У південному напрямку збільшується відсоток антициклональних струменів. У Сімферополі, найпівденнішому пункті радіозондування в Україні, в гребені відмічено найбільший відсоток СТНР – 20% випадків протягом року. Крім того, низькі струмені виникають в малоградієнтному полі та перехідній зоні між областями високого і низького тиску (від 4 до 15% випадків).
Різноманітність макроциркуляційних умов формування низько-тропосферних струменів свідчить про те, що у створенні струменів беруть участь різні фізичні механізми. Це підтверджує залежність структурних параметрів СТНР від синоптичної ситуації. Так, над територією України в циклонах швидкість вітру на осі та потужність струменів у середньому більше ніж в антициклонах. Багаторічні спостереження показують, що в 55…65% випадків СТНР над Україною пов'язані з фронтальними розділами, і ця залежність збільшується від теплого сезону до холодного. Найчастіше низькі струмені утворюються на теплих фронтах. Так, для Одеси у холодне півріччя 30% СТНР відмічені на теплих фронтах, 25 - на холодних і 8 - на фронтах оклюзії. У тепле півріччя відповідно: 26, 21 і 7%. Низькотропосферні струмені, що супроводжують фронтальні розділи, як правило, розташовуються перед холодними і теплими фронтами паралельно їм, однак нерідко струмені спостерігаються в зафронтальній повітряній масі. У більшості випадків вони не пов'язані із струминною течією верхньої тропосфери і являють собою самостійне явище. Найбільш інтенсивні СТНР формуються в області холодних фронтів, а найбільш потужні - в області теплих. Взагалі структура фронтальних СТНР визначається типом атмосферного фронту, його активністю, орієнтацією, швидкістю пересування, відстанню від фронту та географічним фактором. Гідродинамічний стан нижньої тропосфери над Україною при наявності низькотропосферних течій. Оскільки існує зв'язок між формуванням СТНР та наявністю в нижніх шарах атмосфери внутрішніх гравітаційних хвиль, то, імовірно, є залежність між фактом наявності низького струменю і значенням числа Ri або його складових. Причому число Ri має бути більше критичного значення (Ri > 0, 25), при якому створюється дисипація потоку на окремі турбулентні вихори. Але воно повинно бути не надто великим, адже, сприятливі умови для розвитку і існування нейтральних хвиль – це стійко стратифікований шар зі значними зсувами вітру. Середнє значення числа Ri нижче осі низькотропосферного струменю коливається від 0, 39 до 2, 62 вночі, і від 0, 57 до 3, 94 вдень. Значення Ri над віссю струменя вище - від 0, 77 до 5, 17 вночі і від 2, 04 до 7, 31 вдень. Таким чином, під віссю струменя повітря менш стійке ніж над нею, внаслідок більш значного зростання швидкості вітру нижче осі СТНР. Вночі, за рахунок більшої інтенсивності струменів, Rі менше свого денного значення, як вище, так і нижче осі струменя. Число випадків Rі < 0, 25 невелике: 16 і 4%, відповідно нижче і вище осі СТНР, і вони переважно спостерігаються в зоні атмосферних фронтів та улоговинах. Для виявлення зв'язку типу вертикального розподілу швидкості вітру і гідродинамічних характеристик стану граничного шару атмосфери обрано зимовий період, коли для території України характерна найбільша повторюваність СТНР. Найкращі результати дають значення вертикального градієнту температури повітря і зсуву вітру у шарі земля-925 гПа (γ З-925 і β З-925). Як показано на рис. 11.2, для станцій рівнинної частини України (Харків, Київ, Одеса), Кривого Рогу та Сімферополя
Рис. 11.2. - Розподіл вертикального градієнту температури та зсуву вітру у шарі земля-925 гПа над Україною: а) Кривий Ріг, б) Харків, в) Київ, г) Одеса, д) Сімферополь: 1- СТНР; 2 – ПВ (посилення вітру у граничному шарі більше 15 м× с-1); 3 – швидкість вітру у граничному шарі менше 15 м× с-1.
характерний схожий тип розподілу γ З-925 і β З-925. Більша частина СТНР та випадків неструминного посилення швидкості вітру з висотою більш ніж 15 м× с-1 (ПВ) у граничному шарі атмосфери спостерігається при Для регіону Українських Карпат (Львів, Чернівці та Ужгород) і Шепетівки, що знаходиться на стику Волинської, Придніпровської і Подільської височин, властивий інший тип розподілу параметрів γ З-925 та β З-925. Більша частина СТНР, від 61% в Ужгороді до 89% у Шепетівці, розташована в області слабких або помірних зсувів вітру, тоді як γ З-925 приймає негативні чи невеликі позитивні значення. Зона посилень вітру, від 65% у Чернівцях до 74% у Шепетівці, також знаходиться в області слабких чи помірних зрушень вітру, але γ З-925 > 0. Таким чином, отримані гідродинамічні характеристики нижньої частини граничного шару атмосфери, у межах яких низькотропосферні струмені імовірніші (від 60 до 90%). Результати цього методу можуть застосовуватися для діагнозу, а при наявності прогностичних значень вертикального градієнту температури і зсуву вітру в шарі земля-925гПа, для прогнозу СТР над територією України взимку.
|
