Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Методи надкороткострокового прогнозу систем глибокої конвекції




Системи глибокої конвекції (СГК) розвиваються в шарах великої вертикальної протяжності, тому з ними пов’язані грози, шквали і навіть смерчі. Із-за значних розмірів цих об’єктів на них здійснюють вплив як неоднорідність метеорологічних полів і підстильної поверхні, так і обертання Землі.

Відомо, що всі мезомасшабні збурення в атмосфері можна розділити за їх горизонтальною протяжністю на три класи (шкала Орлански):

 

Таблиця 4.2 – Класи мезомасштабних збурень

 

Горизонтальний розмір збурень, км Клас
200…2000 20…200 2…20 Мезо-α Мезо-β Мезо-γ

 

Для вивчення систем глибокої конвекції найбільш зручною як з генетичної, так і з морфологічної точки зору є, очевидно, класифікація Меддокса, 1980 (табл. 4.3).

 

Таблиця 4.3 – Класифікація мезомасштабних систем глибокої конвекції Меддокса

 

Мезомасштабні системи глибокої конвекції
Системи лінійного типу Системи симетричного типу
Лінії шквалів в тропіках і помір-них широтах (масштаб мезо-α) Гряди купчасто-дощових хмар (масштаб мезо-β) Скупчення куп-часто-дощових хмар, мезомасш-табні конвектив-ні комплекси (масштаб мезо-α) Скупчення куп-часто-дощових хмар, конвектив-ні осередки (масштаб мезо-β)
       

 

Розглянемо систему глибокої конвекції кожного типу.

 

Лінії шквалів, лінії нестійкості (ЛНШ) являють собою зону із скупчення купчасто-дощових хмар, розділених безхмарними прошарками. Протяжність ЛНШ може досягати тисячі км, а ширина складає
50…100 км. Тривалість життя ЛНШ коливається від декількох десятків хвилин до 5…6 год. Лінії нестійкості прогнозують, якщо покажчик С < 0, за наступними вихідними матеріалами:

1. Карти баричної топографії всіх рівнів.

2. Дані радіозондування атмосфери за ранковий строк в декількох пунктах району, що обслуговується.

3. Карта вертикальних рухів.

4. Великомасштабна карта покажчика Ге і висот рівня конденсації hконд (в сотнях м).

В кожному пункті зондування розраховують параметр

Для розвитку ЛНШ сприятливі наступні умови:

А. Адвекція холоду, що збільшується з висотою, на середніх і верхніх рівнях тропосфери; на нижніх рівнях переважна слабка адвекція будь-якого знаку або її відсутність.

Б. Упорядковані висхідні рухи.

В. Ріст температури повітря біля поверхні землі внаслідок інсоляції.

Г. Конвергенція вітру в граничному шарі і/або орографічний підйом повітря.

Наявність усіх вказаних умов не дає повної гарантії виникнення ЛНШ, а недотримання хоча б одного із них зменшує імовірність їх утворення, але не виключає їх появу, яка обумовлена також наявністю так званого механізму автоконвекції. Останній виявляється в зоні від’ємних значень Ге і С та включає в себе вологий гребінь (зона підвищеної вологості) і джерело сухого повітря. Вологий гребінь повинен розміщуватись від поверхні землі до рівня приблизно 2 км (використовують карту АТ850) під великим кутом до напрямку вітрового потоку над ним (карта АТ700). В граничному шарі бажано збереження слабкого вітру.

Джерело сухого повітря, яке зі швидкістю вітру на середньому рівні (АТ700) переноситься в таке місце, де він може бути охолоджений або опадами зверху (випаровування крапель дощу), або хмарними краплями знизу. При цьому важливо, щоб температура змоченого термометра, якої повинно досягнути повітря внаслідок випаровування крапель, виявилася б нижче температури оточуючого вологого повітря. Тоді охолоджене, більш важке повітря, опуститься і примусить тепле вологе повітря конвективно підійматися, що, в свою чергу, призведе до появи великої кількості крапель в сухому повітрі, і воно буде ще більше охолоджуватись. В результаті чого конвекція буде посилюватись і охоплювати сусідні ділянки, тобто встановлюється деяка ланцюгова реакція.

Розрізняють появу первинних і вторинних ліній нестійкості (шквалів). Синоптичні ситуації, типові при появі первинних ЛНШ, представлені в табл. 4.4.

 

 

Таблиця 4.4 – Лінії нестійкості (шквалів) при різних синоптичних умовах

 

Синоптична ситуація Дотримання умов А, Б, В, Г Додаткові умови Місцеположення ЛНШ
Перед холодним фронтом А, Б, В, Г Немає Впродовж осі улоговини ізоліній Ге перед холодним фронтом
Нестійка холодна повітряна маса А, Б, В, Г Барична улоговина біля землі і/або на рівні 850 гПа Впродовж осі улоговини ізоліній параметра І
Перед теплим фронтом Б, В, Г Немає Впродовж осі улоговини ізоліній hконд
Цетральна час-тина широкого теплого секто-ра циклона Б, В, Г Немає Впродовж вузької зони підвищеної вологості в нижньому шарі. Якщо ця зона широка, то утворюється серія ЛНШ

 

Порядок складання прогнозу ЛНШ.

1. Складається прогноз максимальної температури повітря і точки роси у тих пунктах, із яких отримані дані радіозондування.

2. Для всіх указаних пунктів розраховуються значення С, hконд, І, що відповідають максимальним значенням температури і точки роси, та наносяться на великомасштабну карту.

3. За вихідними матеріалами визначається наявність або відсутність указаних вище (А - Г) сприятливих для розвитку ЛНШ умов.

4. Визначається можливість розвитку автоконвекції.

5. Вказується місце появи ЛНШ в залежності від синоптичної ситуації та умов, наведених вище (табл. 4.4).

Лінії шквалів (нестійкості) переміщуються вздовж ліній току середнього вітру в шарі 700…500 гПа зі швидкістю

 

(4.9)

 

де k коефіцієнт переносу; - середній модуль швидкості вітру в шарі 700…500 гПа. Спосіб визначення цих величин буде викладений нижче.

При складенні прогнозу слід мати на увазі, що ЛН перед теплим фронтом і в теплому секторі циклону часто утворюються не у вигляді суцільного валу Сb, а у вигляді гряди цих хмар зі значними безхмарними просторами. В результаті іноді при проходженні ЛНШ через об’єкт, що обслуговується, там не буде спостерігатись погіршення погоди, доведеться слідкувати за кожною хмарою окремо. Перед холодним фронтом ЛНШ переміщуються зі швидкістю фронту; іноді складається враження про хаотичність їх переміщення.

За допомогою супутникових і радіолокаційних спостережень можна слідкувати за еволюцією і переміщенням ЛНШ як по всій лінії в цілому, так і окремих хмар.

Прогноз ЛНШ можна складати також за методом формальної екстраполяції.

Гряди купчасто-дощових хмар масштабу мезо-β (МГ) можуть мати менший горизонтальний розмір, ніж передфронтальні лінії шквалів. Протяжність таких гряд змінюється від 10 до 100 км, а ширина від 1 до 20…30 км; з ними, як правило, пов’язані зливові опади помірної інтенсивності і невеликої тривалості (102…103 с), а іноді грози і шквали.

МГ виникають вздовж ліній конвергенцій повітряних потоків в граничному шарі атмосфери; знайти їх можна за допомогою ретельного аналізу поля вітру (ліній току та ізотах) на великомасштабних картах.

Мезомасштабні баричні улоговини є найбільш сприятливими синоптичними умовами для формування цих гряд всередині нестійкої повітряної маси при циклонічному полі течій.

Прогноз МГ здійснюється в наступному порядку.

1. Оцінюється синоптична ситуація для знаходження мезомасштабних улоговин на великомасштабних картах.

2. В зоні циклонічної циркуляції (в мезомасштабних улоговинах) будь-яким шляхом знаходять лінії конвергенції (потенційні зародки МГ).

3. За допомогою радіолокаційних засобів слідкують за хмарами купчастих форм, ланцюжок яких являє собою гряду Сb, що формуються.

Прогноз переміщення МГ можна дати за методом формальної екстраполяції.

Мезомасштабні конвективні комплекси (МКК) помірних широт мають тенденцію з’являтися з антициклонічної сторони широкої і відносно слабкої фронтальної зони і відшукуються звичайно за допомогою зображень, які отримують з метеорологічних супутників Землі. МКК називають таку хмарну систему, площа якої на інфракрасному зображенні з радіаційною температурою верхньої межі ТR ≤ -32 °C складає не менше 105 км2, а площа внутрішнього району з ТR ≤ -52 °C не менше 5·104 км2. Загальна тривалість життя, площа МКК, її розміри і форми зберігаються до 15 год, хоча можуть бути суттєві відхилення. З МКК пов’язані небезпечні та стихійні конвективні явища: грози зі шквалами, сильні зливи, град і смерчі. Пориви вітру при проходженні МКК досягають 30 м·с-1 і більше.

МКК можуть давати початок розвитку нових Сb і їх скупчень, ініціюють розвиток мезоциклонів, створюючи навколо себе і в собі циклонічну циркуляцію. Мезомасштабна циркуляція по інерції може існувати ще майже добу і регенерувати конвекцію. Мезомасштабна конвергенція в умовах циклонічної циркуляції, в свою чергу, веде до виникнення шарувато-дощових хмар і облогових опадів, які зберігаються навіть на стадії дисипації МКК. Суттєвим елементом на стадії утворення МКК може бути низькотропосферна струминна течія, що забезпечує приток великої кількості вологи в район генерації МКК та адвекцію в нього теплого повітря, а також відсутність великих горизонтальних контрастів температури, добре виражених фронтів і струминних течій у верхній атмосфері.

Нерідко МКК досягають максимального розвитку опівночі і дають зливові та облогові опади. Динаміка розвитку процесу виглядає так: в післяполуденні години спостерігаються грози; у вечірні години формуються мезоциклони, які діють як механізм зворотного зв’язку , тобто обумовлюють конвергенцію повітряних потоків, чим сприяють розвитку самого МКК і появі шарувато-дощових хмар та облогових опадів. Далі, пройшовши максимальну стадію, система Сb дисипує, зливові опади припиняються, проте облогові можуть продовжуватись до ранку.

Умови виникнення МКК ті ж, що і ЛНШ, тільки зона конвергенції і нестійкість має не лінійну, а квазіовальну або квазікруглу форму. Отже, для утворення МКК в помірних широтах необхідна присутність трьох основних компонентів: 1) слабкого первинного збурення синоптичного масштабу (або масштабу мезо-α), 2) адвекції тепла і вологи та конвергенції їх в область генерації МКК, 3) конвективної нестійкості в нижній і середній тропосфері.

Скупчення купчасто-дощових хмар масштабу мезо-β (МС) мають квазікруглу форму, радіус такого скупчення від 20 до 200 км, а середня тривалість близько 3 год; вони подібні з МКК за морфологічними характеристиками і відрізняються від останніх горизонтальними розмірами і тривалістю життя.

Прогноз МКК і МС складається за такими ж вихідними даними і за тими ж методами, які використовуються для прогнозу ЛНШ.

Засобами знаходження систем глибокої конвекції (СГК) і слідкування за ними є супутникові та радіолокаційні системи спостережень. Засоби синоптичного аналізу носять допоміжний характер і використовуються на етапі прогнозування можливого виникнення і розвитку СГК. На другому етапі аналізу важливо приділити увагу взаємозв’язку хмарних утворень з мезомасштабною структурою полів тиску і вітру. На великомасштабних картах погоди необхідно виділити зони (лінії) конвергенції і мезомасштабні улоговини та депресії, а потім пов’язати їх з осередками хмарності, що розвивається. Хмарність в зоні конвергенції звичайно розвивається в симетричні СГК, а на лінії конвергенції – в лінійні системи. При прогнозі еволюції і переміщення СГК на короткі строки користуються методом лінійної екстраполяції. При складенні прогнозу на декілька годин вперед використовують наступні правила.

1. Системи глибокої конвекції переміщуються вздовж середнього вектора вітру в шарі 700…500 гПа зі швидкістю, розрахованою за (4.9):

 

 

де

α – кут між векторами вітру на рівнях 700 і 500 гПа.

Коефіцієнт переносу k залежить від швидкості вітру і може бути знайдений за архівними матеріалами, шляхом порівняння фактичної швидкості переміщення СГК зі значеннями при різних ситуаціях, а також за емпіричною формулою:

 

(4.10)

 

Напрямок вітру в шарі 500…700 гПа визначаємо із співвідношення:

 

(4.11)

 

де d7 – напрямок вітру на рівні 700 гПа. При лівому повороті вітру з висотою використовується знак «-», а при правому – «+».

Знаючи значення і , за допомогою радіолокаційних спостережень потрібно визначити час початку явища в пункті прогнозу. Для цього поблизу передньої кромки радіолуни (рис. 4.3) вибирають дві точки (1 і 2) простою геометричною побудовою. Проводять три дотичні лінії до засвічення: дві з них паралельні вектору середнього вітру по краях засвічення (лінії АВ і СD), а третя, перпендикулярна до них (ЕF), по передній кромці засвічення. Точки перетину прямої ЕF з лініями АВ і СD будуть шуканими точками 1 і 2, з координатами відповідно х1, у1, та х2, у2.

 

Припускаючи, що система рухається в напрямку вектора середнього вітру в шарі 500…700 гПа, неважко зрозуміти, що в пункті прогнозу (ПП) явище почнеться, коли до нього підійде точка О, тобто необхідно визначити відстань R між точкою О та ПП, і перш за все розрахувати координати точки О (х0, у0).

 

(4.12)

 

де = 270 - d y0 = x0 tg .

Тепер можна розрахувати відстань і час початку явища:

(4.13)

 

де t0 – строк вихідного радіолокаційного спостереження. Якщо х0 знаходиться поза інтервалом між х1 та х2 і/або у0 – поза інтервалом у1 та у2, то система пройде мимо пункту прогнозу.

Розглянутий спосіб дає задовільні результати, якщо розміри СГК з часом мало змінюються. При значній зміні розмірів системи необхідно зробити деякі додаткові операції, на які в даній роботі ми зупинятися не будемо. Визначення часу приходу СГК в пункт прогнозу τ проводиться так, як і у випадку з системою, що не міняє розміри.

2. Хорошим покажчиком еволюції МКК є радіаційна температура верхньої межі хмар ТR. Опади, що досягають поверхні землі, починаються при ТR ≈ -32 °C. Якщо виявляється тенденція на зниження ТR і збільшується луна на дисплеї радіолокатора, то в найближчі 2…4 год інтенсивність опадів і площа їх зони збільшаться. Якщо ж або з’являється термічна неоднорідність верхньої межі хмар («теплі острови»), то в найближчий час опади припиняться.

3. Зближення і злиття осередків радіолуни свідчить про посилення інтенсивності МКК, а їх дроблення – послаблення МКК.

4. «Зіткнення» двох мезомасштабних зон конвергенції веде до швидкого розвитку Сb і скупчень цих хмар; через 20…25 хв після «зіткнення» радіолуна досягає 30 дБ. Про наявність зон конвергенції судять по початку розвитку СГК. Завчасність прогнозу, звичайно, не перевищує однієї години.

Якщо є можливість слідкувати за утворенням і переміщенням зон (ліній) конвергенції, то необхідно: за радіолокаційними вимірюваннями оцінити швидкість і напрямок цього переміщення; екстраполюючи зміщення зон, визначити можливість, час і місце їх зіткнення.

Слід мати на увазі, що «зона зіткнення» сама переміщується в напрямку і через 20…30 хв може відійти далеко від місця зіткнення.

5. Переміщення зон (ліній) конвергенції в район з більшою вологістю і нестійкістю веде до швидкого розвитку конвекції в зонах або вздовж ліній конвергенції. Про розподіл нестійкості можна судити за картами
величин Ге і С.

Контрольні запитання

1. Які явища частіш за все супроводжують грозу?

2. Перелічіть основних споживачів прогнозу конвективних явищ.

3. Як можна оцінити готовність атмосфери до розвитку конвективних збурень?

4. В чому полягає суть методів Уайтинга і Г.Д. Решетова для прогнозу гроз і граду?

5. Охарактеризуйте шквали Орланскі та Меддокса.

6. Які умови сприятливі для розвитку ЛНШ? Дати їх прогноз.

7. Як здійснити прогноз МГ, МКК та МС?







Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 218. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2018 год . (0.006 сек.) русская версия | украинская версия