Prognoza fenomenelor convective. Structura fronturilor atmosferice și prognoza fenomenelor convective în sudul Europei de Est

Chercher

SERVICIUL FEDERAL 1№ HIDROMETEOROLOGIE SI MONITORIZAREA MEDIULUI<»РОЛОГНЧВЛШ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР Р Г 6 Ой РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

HIDROMKTE

STRUCTURA ASHHM "KGNIH FRONT I! 11 despre gida kosyaktishsh FENOMENE PENTRU sudul Europei de Est

Siatsialyyust 11.00.09 - Mk "gzhfoyaogin, climatologie,

ASH"ORKSH"A!

NN geSh"KsSHIA uchchioy IPMI"NI knndiditi (>g kik muk

Lucrarea a fost efectuată la Centrul de Cercetare Hidrometeorologică al Federației Ruse

Conducător științific: Doctor în Științe Fizice și Matematice, Profesor Shanina I.11.

Adversari oficiali: Doctor Fia"-mat. Științe, Prof. Belov N.11 Candidat la Științe Geografice Velinsky O. K

Organizație lider Institutul de Geofizică de Munte înalt, Nalchik

Apărarea va avea loc Nr./0 1993 pe oră la şedinţa Consiliului de specialitate K. 024. Vol. 02 Centrul de Cercetare Hidrometeorologică la adresa: 123376, Moscova, B. Predtechensky per., nr. 9-13, Roshydrometcenter.

Teza poate fi găsită în biblioteca Rosgkdrometsentr.

Secretar stiintific

Consiliul de specialitate ^S&lL^ A-I

0Б111ДЯ ХЛЛЛК.1 ERIST SHA WORK

RELEVANȚA TEMEI. Activitatea convectivă, răspândită în atmosferă, este unul dintre cei mai importanți factori de formare a vremii. Atât de important și uneori periculos fenomene meteorologice, cum ar fi averse, furtuni, furtuni, tornade etc. În același timp, prognozarea activității convective este adesea „nu lipsită de subiectivitate”, deoarece focarele convective sunt fenomene de mescală și sunt astfel situate cu mult dincolo de intervalul de scări descrise de aplicațiile operaționale. în prezent cu modele numerice.

Cu toate acestea, de regulă, convegada activă (care duce la apariția averselor, furtunilor, grindinei, furtunii) se dezvoltă în zone de scară mai mare caracterizate prin anumite proprietăți ale masei de aer (temperatură, umiditate, mișcări verticale, stratificare). Apariția unor astfel de zone favorabile activității convective este descrisă cu succes în cadrul previziunilor numerice de presiune, temperatură, umiditate și vânt. Pentru a prognoza zonele caracterizate, numite zone de convecție activă, a fost dezvoltată o metodă automată de prognoză a zonelor de convecție activă în Departamentul de Meteorologie a Aviației al Centrului Hidrometeorologic al Federației Ruse. Cu toate acestea, în ciuda justificării destul de ridicate a acestei metodologii pentru teritoriul european al țării în ansamblu (precizia generală pentru sezonul cald din 1992 a fost de 6?. 6%), pentru sudul teritoriului de prognoză justificarea acestei metode este ok

este semnificativ mai scăzută decât media Acest lucru indică necesitatea îmbunătățirii metodologiei de prognozare a zonelor de convecție activă pentru aceste zone. Pe de altă parte, nu există nicio îndoială că utilizarea caracteristicilor la scară largă ale câmpurilor termobarice în plus față de metoda particulelor, utilizată predominant în prezent, nu poate decât să ofere un efect pozitiv în prezicerea zonelor AC.

În același timp, folosind caracteristicile câmpului la scară mare pentru a prezice fenomene la scară medie, nu se poate refuza studierea fenomenelor la scară medie ca atare, atât teoretic, cât și în ceea ce privește atragerea de noi date de câmp, în special acolo unde despre care vorbim despre convecția ordonată, care este în prezent insuficient studiată în comparație cu instabilitatea pur termică.

Aspectele enumerate ale problemei studierii și prognozării activității convective determină relevanța acestei lucrări.

SCOPUL LUCRĂRII este de a studia condițiile de apariție a convecției ordonate din punctul de vedere al teoriei instabilității hidrodinamice, de a analiza condițiile sinoptice de formare a structurilor convective ordonate și, în continuare, de a identifica și utiliza cele mai informative. caracteristici la scară largă ca predictori pentru a îmbunătăți metoda utilizată în prezent pentru prezicerea automată a zonelor de convecție activă.

SARCINIILE DE CERCETARE, pe baza scopului lucrării, sunt formulate după cum urmează:

1) Studiul condițiilor de dezvoltare a structurilor convective ordonate (benzi cosmice active) în vederea clarificării unor aspecte ale problemei orientării predominante a structurilor de bandă în intervalele undelor gravitațional-inerțiale și lungimi de undă mai scurte.

noi moduri convective și gravitaționale.

2) Analiza detaliată a condițiilor de formare a structurilor cvasi-periodice observate în câmpurile de nebulozitate și precipitații în cazuri specifice.

3) Analiza fizică și statistică generală a condițiilor de desfășurare atât a convecției ordonate, cât și a convecției dezordonate peste sudul părții europene a CSI pentru a identifica caracteristicile la scară largă care pot servi drept predictori în prognoza AO.

4) Stabilirea conexiunilor de diagnosticare și dezvoltarea unei metodologii îmbunătățite de prognoză a convecției active regiunile sudice curățenia europeană a țării.

METODA DE CERCETARE. Lucrarea a folosit metode ale teoriei instabilității hidrodinamice (condiții DLI ynniunin pentru dezvoltarea structurilor convective ordonate și orientarea lor predominantă în domeniile undelor gravitațional-inerțiale și moduri de lungimi de undă mai scurte); metoda sinoptică și elementele metodei climatologice (pentru identificarea tiparelor generale ale condițiilor de circulație ale zonei de studiu); metode de analiză mezometeorologică, în special, analiza isentropică (pentru a studia structura internă a AO-urilor baroclinice și condițiile pentru formarea structurilor convective ordonate în ele); metode computaționale fizico-statistice și sinonimo-statistice (pentru a căuta relații predictive între caracteristicile la scară largă ale câmpurilor termobarice și posibilitatea de „! ioziikio-" 1

de convecţie activă).

MATERIALE UTILIZATE Pentru realizarea sarcinilor atribuite s-au folosit următoarele materiale:

Hărți sinoptice (sol) (1U85-1992)

Hărți topografice de presiune 850 - 300 g1!a (19ВБ-1992)

Radar consolidat K£1r"Sh (1988-1991)

Hărți ale precipitațiilor semi-zilnice (1988-1991)

Imagini MK și TV prin satelit, inclusiv imagini de la radarul VO (1986-1992)

Date de arhivă de analiză a obiectelor pe benzi magnetice (1985-1992)

Date de ieșire ale modelului de prognoză pe zece niveluri semi-sălbatice, utilizate operațional în Centrul Hidrometeorologic al Federației Ruse (1989-1992)

Date de la situl experimental pluviografic UKRNIGII (1985-1988)

Calculele au fost efectuate la Centrul Hidrometeorologic al Federației Ruse pe KS-1060, parțial pe un computer personal.

NOUITATE ŞTIINŢIFICĂ ¡YULU"SHSHU. ÎN TEZEA REZULTATELOR.

1. Pentru prima dată s-a efectuat o analiză a condițiilor de creștere a testamentelor mezoscale neparalele cu frontul (într-un caz special de îndeplinire a condițiilor (1)) și s-au tras concluzii cu privire la raportul de creștere. tarifele decretului! ny și unde simetric instabile, iar acestea din urmă sunt de cca. au crescut mai rapid și, prin urmare, condițiile predominante. Această concluzie este în concordanță cu observațiile.

2. Pentru prima dată, a fost efectuată o analiză detaliată a trei; structura dimensională a maselor de aer în care s-a dezvoltat golul (precipitația) și se arată că astfel de structuri, paralele cu forfecarea vântului (deci, temperaturile medii ale stratului) s-au dezvoltat în două situații tipice, caracterizate prin prezența unor straturi de mică adâncime. posibila dezvoltare convecție și baroclinicitate semnificativă și non-staționaritate.

3. Pentru prima dată, a fost efectuată o analiză fizică și statistică a relațiilor dintre parametrii de instabilitate statică și parametrii care rasterizează procesele la scară „grilă”, pe de o parte, și prezența sau absența convecției active, pe de altă parte. efectuate

pe baza datelor de ieşire ale schemei operaţionale de analiză obiectivă.

4. A fost dezvoltată o nouă versiune îmbunătățită a metodologiei pentru calcularea și construirea unei hărți a zonelor active de convecție pe baza datelor de prognoză de ieșire.

Aceste noi concluzii principale sunt prezentate pentru apărare.

APROBAREA LUCRĂRII. Principalele rezultate ale lucrării au fost prezentate la seminarii ale Departamentului de Meteorologie Aviatică, un raport pe tema disertației a fost inclus în programul celei de-a 3-a Conferințe Uniune de Meteorologie a Aviației (Suadal, 1990); Principalele rezultate obținute în timpul lucrării și legate de elaborarea unei metodologii de prognostic au fost incluse în rapoartele HMC OAM pe temele 1. 2v.1 (1991) și VII. Zh. 1 (1992). Unele rezultate au fost publicate în articole:

1. Borisova V. V., Shakina N. II, Sheveleva O. V., Analiza isantropică a condițiilor care au format „1 benzi de precipitații detectate de radar prin satelit cu scanare laterală. Procesele Centrului Medical de Stat al Federației Ruse, 1992, numărul 324.

2. Skrintunova E. E., Shakina N. P., Sheveleva O. V. Metodologie îmbunătățită pentru prognozarea zonelor de convecție activă peste sudul Europei de Est, manuscris depus.

VALOAREA PRACTICĂ A LUCRĂRII. Metoda îmbunătățită dezvoltată pentru prognoza automată a zonelor de convecție activă, bazată pe rezultatele testelor de proprietate și operaționale, oferă o creștere semnificativă a succesului prognozării zonelor AC. Metodologia a fost pregătită pentru a fi luată în considerare la Centrul de Design Medical. Implementarea este așteptată în RCPC Moscova și GAMC Vnukovo.

STRUCTURA SI SCOPUL DE LUCRU. Disertația constă dintr-o introducere, patru capitole, o concluzie și o listă de referințe și include 149 de pagini de text tipărit, inclusiv 18 tabele și 35 de figuri. Lista de referințe include 108 titluri.

Introducerea fundamentează relevanța temei disertației, formulează scopul și obiectivele cercetării și subliniază pe scurt conținutul principal al lucrării.

Primul capitol oferă o descriere a problemei, o discuție a principiilor fundamentale de predicție a convecției folosind metoda particulelor și metode de predicție a condițiilor favorabile activității convective pe suprafețe mari.

Majoritatea metodelor existente de prognoză a convecției se bazează pe următoarea schemă:

1) prognoza stării atmosferei pe care o adunați? la momentul interesului; profilurile verticale ale temperaturii și umidității sunt practic prognozate pentru 6, 12 sau 18 ore;

2) se apreciaza gradul de stabilitate a acestei stari - posibilitatea dezvoltarii convectiei de la sol sau de la niveluri superioare. În funcție de rezervele de energie de instabilitate, se poate dezvolta convecție de intensitate variabilă. Pentru a prezice utilizarea valorilor de prag shsn ale energiei de instabilitate sau a oricăror cantități asociate, începând de la care apare! probabilitate semnificativă de a dezvolta una sau alta formă de convecție

Există multe evoluții care vizează obiectivarea prognozei activității convective. De regulă, autorul! fie urmează calea obiectivării simple a metodelor de calcul cunoscute (de exemplu, variante ale metodei particulelor), fie, modifică!

metodele de calcul cunoscute creează algoritmi speciali. În prezent, Roshydrometsengr are o metodologie de calculare a zonelor de convecție activă, dezvoltată în ZAM, care utilizează ca bază metoda lui N.V. Lebedeva de prognozare a joncțiunii intramasei și a funcțiilor discriminante de prognostic propuse de [\E Reshetov pentru prognoza convecției în zonele baroclinice. Tehnica utilizează datele de ieșire ale schemei de prognoză numerică operațională utilizată în Centrul Hidrometeorologic Rus (modelul emisferic adiabatic pe mai multe niveluri al lui L. V. Berkovich).

Pe lângă efectul instabilității termice, care provoacă o convecție dezordonată, este necesar să se țină seama de faptul că în atmosfera reală scările orizontului straturilor la care se dezvoltă convecția sunt destul de mari (10 km), 1 la astfel de scări. straturile cu forfecarea vântului se dovedesc a fi fierbinți - sunt eterogene din punct de vedere termic, ceea ce creează rezerve suplimentare de energie potențială care pot servi drept sursă pentru dezvoltarea mișcărilor care nivelează contrastele de temperatură, „care mișcări cauzate de instabilitatea baroclinică se pot dezvolta odată cu stratificare indiferentă și chiar slab stabilă; cu stratificare instabilă, acţiunile acestor melisme duc la formarea unor fenomene convective mai intense. Un impuls suplimentar pentru dezvoltarea mișcărilor convective este adesea dat de o creștere forțată a aerului, a cărei intensitate este determinată de factori dinamici.

Adesea, convecția este cea mai intensă pe acoperișuri. Deoarece fronturile sunt zone baroclinice, condițiile de dezvoltare a convecției aici sunt influențate de instabilitatea hidrodinamică. Mișcările verticale pe care le provoacă servesc ca un factor de forță suplimentar pentru convecție sau o suprimă hidrodinamică, în special, instabilitatea inerțială

prezintă un mare interes din punctul de vedere al îmbunătăţirii prognozei fenomene convective. Cel mai studiat caz special al acestui tip de instabilitate - instabilitatea simetrică - duce la dezvoltarea dungilor de mișcări verticale paralele cu frontul Condițiile create în aerul saturat sunt deosebit de favorabile dezvoltării lor, adică. în interiorul straturilor de nori.

ÎN CAPITOLUL AL DOILEA se realizează analiza și soluționarea problemei liniare „despre instabilitatea inerțială în zone frontale”. Această sarcină stabilit cu scopul de a identifica condiţiile atmosferice în care se dezvoltă predominant structuri convective sub formă de umflături neparalele cu frontul. Din observații reiese clar că astfel de structuri sunt destul de rare; De regulă, bancurile de nori sunt alungite de-a lungul forfecării vântului, care corespunde unei direcții paralele cu partea frontală. Considerăm nu cazul general al problemei, ci un caz special al relației caracteristice dintre parametrii undelor și fluxul principal.

k7" - pG, (1)

unde balena sunt numerele undelor de-a lungul axei x și, respectiv, z, G este parametrul Coriolis.

Acest caz este încă mai general decât cazul studiat anterior al așa-numitelor perturbații simetrice. Ca și cele mai simple cazuri 1=0 sau V=0, se pretează la o soluție analitică (spre deosebire de cazul general).

G*- 1b + «[ ik(co+ki) +

+ (kA+1g)(o^kiANg(kg+) +1 g"1 (th"- O (2)

unde сО - frecvență complexă, k, 1, m - numere de undă conform axele k, y, z respectiv. I*" - frecvența Brent-Väisälä, n -<*■

A fost efectuat un studiu al condițiilor de existență a valorilor neutre-stabile și în creștere (și dezintegrare conjugată) pentru diferite lungimi de undă, diferite stratificări și grosimi de strat. În continuare, este investigată influența parametrilor de curgere asupra indicelui de creștere a valurilor, care se găsește ca una dintre rădăcinile ecuației cubice (relația de dispersie).

S-a constatat că structurile care nu sunt paralele cu frontul sunt instabile și pot crește într-o gamă largă de condiții, dar creșterea lor este mai lentă decât cea a dungilor paralele cu față, motiv pentru care acestea din urmă ar trebui să domine. Undele de tipul studiat, spre deosebire de undele simetric instabile, formează structuri de bandă ordonate, nu neapărat orientate paralel cu Frontul; formează un unghi arbitrar cu o direcție paralelă cu frontul. Analiza relațiilor de dispersie a arătat că undele de orientare arbitrară pot exista într-un flux cu forfecare și, în același timp, pot fi atât neutru stabile, cât și instabile într-o gamă largă de condiții, inclusiv la un grad suficient de ridicat de stabilitate. Cu toate acestea, creșterea lor este mai lentă decât cea a dungilor paralele cu față, motiv pentru care acestea din urmă ar trebui să domine. Sursa de energie pentru perturbații de creștere care nu sunt paralele cu frontul este energia cinetică a fluxului de aer cu forfecare verticală a vântului; astfel, sursa este aceeași ca pentru tulburările baroclinic-instabile. Undele luate în considerare sunt mezoscală (lungime de undă 30 - 300 km) și diferă în primul rând de undele baro-pene-instabile de scară sinoptică

non-hidrostagicitatea sa.

Astfel, puținele cazuri de dezvoltare a benzilor convective care nu sunt paralele cu frontul cunoscute din observații nu pot fi explicate prin instabilitate de tip gravitațional-inerțial. Din păcate, în literatura de specialitate nu există date detaliate cu privire la parametrii golurilor și fronturilor neparalele în apropierea cărora au fost observate.

Li 1>f;< условий развития упорядоченных конвективных струк-ур (независим« от их ориентации) приводит к общему выводу.что существование таких структур определяется параметрами более крупномасштабных движений (т.е. движений с характерными размерами, по крайней мере на порядок превышающими размеры конвективных структур). К таким параметрам относится прежде всего сдвиг ветра(связанный с горизонтальным градиентом температуры) и степень статической устойчивости (см. ур-ние (2)). Кроме того, поскольку для развития неустойчивости благоприятны насыщенные влагой слои, к определяющим параметрам следует отнести те, которые характеризуют условия упорядоченного подъема воздуха(давление, лапласиан давления) и степень его увлажнения.

CAPITOLUL TREI analizează structura tridimensională observată a fluxului de aer în condițiile în care au fost înregistrate sisteme ordonate de dungi de precipitații pe suprafața Pământului. Observațiile efectuate cu ajutorul radarului de observație laterală prin satelit (radar BO) indică prezența „urmelor” de trecere a sistemelor ordonate de precipitații. „Lungimea de undă” a fâșiilor paralele de sol umezit în cele 9 cazuri utilizate pentru analiză variază de la 10 la 35 km; Astfel, vorbim de o scară substanțial „subgrid” a fenomenului. Pentru o analiză mai detaliată a câmpului termobaric din atmosferă,

sferă, la momentul cel mai apropiat de observație, analiza izoentropică a fost aplicată conform unei tehnici dezvoltate anterior la OAM și utilizată în mod repetat în scopul analizei mezo-scale. În cadrul acestei tehnici, profilele componentelor de temperatură și vânt sunt reconstruite folosind spline cubice, după care se calculează înălțimile suprafețelor isentropice și ale celor verticale. mișcarea particulelor pe aceste suprafețe. Metoda analizei isentropice face posibilă determinarea cu mare precizie a poziției suprafețelor isentropice și a valorii potențialului vortex Ertel, care sunt invarianți materiale ai curgerii hidrostatice, permite, de asemenea, să se calculeze mișcările verticale pe fiecare izosuprafață în mod independent, ceea ce elimină; acumulare de erori cu înălțimea. Ca urmare a analizei stării atmosferei la momentul dezvoltării structurilor în dungi în câmpurile de înnorare și precipitații, au fost identificate 2 clase de condiții caracteristice.

Prima clasă include situații asociate cu sectorul cald al ciclonului: fenomenul se formează în aerul sectorului cald în apropierea zonei baroclinice a frontului cald în condițiile eroziunii sale, dezvoltarea convecției este limitată de-a lungul verticalei aşezându-se

lipsa de aer. Prima clasă de situații este asociată cu partea din spate a ciclonului: instabilitatea se dezvoltă în aer rece sub un strat stabil (frontal). Cu toate acestea, în câteva momente situațiile ambelor clase se dovedesc a fi destul de asemănătoare. În cazurile studiate, peste acele zone în care s-au observat dungi de umiditate neuniformă a solului, structura atmosferei cuprindea straturi de dezvoltare probabilă a mișcărilor valurilor cu stratificare apropiată de umiditate indiferentă. Straturile se caracterizează printr-o grosime verticală limitată (până la 4 km). Vântul în aceste cazuri, de regulă, se schimbă puțin cu altitudinea în direcție, în timp ce viteza acestuia crește de obicei, iar pentru cazurile de clasa 1

valoarea sa tipică este de 3-5m/s în apropierea solului și 15-E0m/s în zona tropopauzei; pentru clasa a II-a 5-10 și respectiv 25-30 m/s. Direcția vântului este paralelă cu dungile observate. Fenomenul studiat este asociat în mod repetat cu formarea undelor în front sau cu o secțiune în care frontul își schimbă semnul cu o curbură angiciclonică a izohipselor. În alte cazuri (gradul 2), fenomenul se dezvoltă în absența unor pronunțate zona frontala, dar în prezența baroclinicității crescute în troposfera medie și cu valori ale funcției frontogenetice corespunzătoare funcției frontogenetice. Adică în momentul dezvoltării fenomenului are loc neapărat non-staționaritatea zonei baroclinice. În același timp, nu a fost înregistrată formarea structurilor de bandă asociate, de exemplu, cu fronturi atmosferice bine dezvoltate, cu mișcare rapidă. care ar fi clar vizibil pe toată grosimea atmosferei şi ar păstra semnul funcţiei frontogenetice în momente succesive în timp. Poate că transformarea zonei baroclinice joacă un anumit rol, creând condiții specifice pentru formarea câmpurilor de precipitații cvasi-periodice.

În plus, în al treilea capitol, analiză comparativă câmpuri de mișcări verticale calculate prin metoda analizei entropice (și s-au obținut valorile mișcărilor verticale, care au fost bine consecvente în timp și spațiu), cu câmpurile de mișcări verticale calculate prin metoda general acceptată. câmpurile de mișcări verticale alocate ambelor metode, oferă imagini rezumative ale distribuției mișcărilor verticale. această metodă.

CAPITOLUL PATRU este dedicat analizei fizice și statistice

condiţii pentru dezvoltarea convecţiei active peste zona de studiu şi îmbunătăţirea metodei de prognozare obiectivă a zonelor de convecţie activă. Sunt prezentate caracteristicile climatice ale precipitațiilor și fenomenelor convective de pe teritoriul luat în considerare. Se analizează conexiunile dintre diverși parametri de stratificare și procesele sinoptice, se selectează un sistem de predictori potențiali și se efectuează o analiză discriminantă a eșantionului. Următorii predictori au fost considerați cei mai informativi:

1) O, TK (distanța Mahalanobia 1681,21)

2) aH&o>O, NK (distanța Mahalanobis 1643,01) (3)

3) dT, B, TK (distanța Mauchlanobis 1638,37)

4) 0, ¡^ , NK (distanța Mahalanobis 1628,67), Aici dH^ este laplacianul geopotențialului suprafeței izobare 850 hPa. Această valoare în sine este destul de informativă ca criteriu de separare. Astfel, când se folosește 4 Н^ ca singur predictor la o valoare de prag a lui Yuda, succesul prognozei s-a dovedit a fi următorul: precizie generală de 74. OX, acuratețea prognozei pentru prezența convecției active 62. O7., acuratețea prognozei absenței sale 79. 3 predictibilitatea prezenței convecției active 65.17., avertismentul absenței sale - 83.57..

O - deficit de punct de rouă total pe suprafețele izobare 850, 700, BOOgSh" În raport cu materialele noastre, criteriul de separare prin această valoare este valoarea sa 34 *, spre deosebire de valoarea 2B", folosită în metoda lui N. E. Lebedeva, care, aparent, explica caracteristici climatice zona de studiu

dT“ - diferența dintre temperatura termometrelor uscate și umede de la suprafață este de 850 hPa, adică o valoare care caracterizează apropierea vaporilor de aer de temperatura saturată

Tabelul 1 Caracteristicile eficienței separării utilizând combinații ale celor trei și patru parametri cei mai informativi

PREDICTORI

justificarea costumului

oh|n£i|ots |AK | AK

preuire-adeshjust

criterii

Rubinstein

discriiiiinant

funcții (I, - pentru trecut și alte numerar. (C, - pentru prognoza absenței unui fenomen.

b,-0. 058^+0. 430+0. 897TX--9. 425

1^=0. 031d|^+0. 6310+0. 766Zh--10.064

b, -0,115dts+0,2380+0. 004NK--4.749

b^-0,095aH^O. 3250+0. 005NK--7.902

b, -0,57dT -O, 3160+0,93TK-9,16 |_x -0,888^T +0. 4070+0. 783GK--10.823

b -0,1450+0. OZbTs^+0,002NK--3,376

B-O. 2260+0,044^+0,003NK--7,706

și -0,088L^+4T +0,3490+0,8791"

10. 455 G-O. 067^^5+1. 217LT +0,4320+ +0,745-K-11,586

I_I-■ ■ ■ *

simțind apropierea vaporilor de aer de saturație. S-a constatat că valoarea pragului trebuie considerată a fi dT ~ 3,5*. Această valoare se dovedește a fi foarte informativă atunci când se calculează folosind date dintr-o arhivă de analiză a obiectelor (precizia generală 777., criteriul Bagrov 0,60, criteriul Obukhov O. 54), dar când se calculează folosind date de prognoză numerică, succesul prognozei folosind &T brusc scade, ceea ce se explică prin acuratețea insuficientă a umidității prognozate a parametrilor din schema de funcționare curentă în comparație cu prognoza caracteristicilor presiunii

leniya. Având în vedere acest lucru, pentru utilizare în îmbunătățite

leniya. Ținând cont de acest lucru, se propune o funcție discriminantă pentru utilizare în metodologia îmbunătățită, care include o caracteristică de presiune.

Нloc¿ geopotențial al unei suprafețe izobare de 1000 rila, care caracterizează mărimea presiunii de suprafață. Fiind folosit ca unic predictor, acesta cel mai mare, cu criteriul de separare de 117dam, oferă următorul succes de prognoză: acuratețea generală a prognozei 69.7Z, acuratețea prognozei pentru prezența fenomenului 51.1%, acuratețea prognozei pentru a acestuia. absența 94,3%, prognozată pentru prezența fenomenului 96,4%, prevenirea absenței acestuia este de 45,2%.

Pentru fiecare dintre combinații (.), valorile justificării și avertismentului, criteriile Bagrov și Obukho, precum și criteriul Rubinstein, care ia în considerare valoarea inegală a pierderilor din alarme false și alarme false, au fost obținute pe un eșantion dependent.

dintre aceste fenomene pentru probabilitatea de prag P=0. b (Tabelul 1). În continuare, au fost găsite funcții discriminante pentru fiecare combinație a celor trei parametri.

În plus, s-au făcut calcule pentru probe parțiale obținute din proba totală prin împărțirea la valorile parametrilor individuali. În general; împărțirea în probe parțiale nu a condus la o îmbunătățire semnificativă a rezultatelor.

Pe baza acestor rezultate, a fost formulată o metodologie îmbunătățită pentru prognozarea automată a zonelor de convecție activă. Se folosește prima dintre funcțiile dc-criminant (3). Tehnica include următorii pași

1) Calculul laplacienilor geopotenţialului pe suprafaţa 850g11&.

2) „Calculul parametrilor de convecție: altitudinea și temperatura de condensare.

3) Calculul caracteristicilor de umiditate: deficitul său total pe suprafețe de 850, 700, 500 hPa, precum și diferențele de temperatură

bulbi uscați și umezi lângă pământ.

4) Calculul valorilor funcţiei discriminante

1 ^,115-^0,240 b 0,004"NK -4,749 (4)

5) Calculul probabilității de apariție a unui fenomen.

$) Pe baza valorilor probabilității, se construiește automat o hartă a convecției active. Zona este conturată printr-o izolinie, dar cu valori de probabilitate de 25% (în conformitate cu criteriile de separare specificate mai sus). În plus, sunt evidențiate în special acele zone ale zonei în care apariția convecției active poate fi considerată aproape necondiționată (valoarea probabilității 607 sau mai mult).

Metodologia a fost testată în mod cvasi-online la Laboratorul de Testare a Noilor Metode de Prognoză în conformitate cu

Orez. 1. Subregiune a teritoriului de prognoză pentru care a fost elaborată o metodologie îmbunătățită de prognozare a zonelor de convecție activă.

subiectul 1.2v.1 bazat pe materialul sezonului cald din 1992.

Deși această metodologie a fost dezvoltată doar pentru o parte a teritoriului european al țării (Fig. 1), dar în curs de dezvoltare a subiectului 1.2c. 1, în timpul testelor s-a încercat generalizarea lui pentru întregul ETC, care într-o oarecare măsură s-a justificat. Caracteristicile de succes prognozate pentru teritoriul pentru care metodologia a fost elaborată direct se dovedesc a fi mai mari decât pentru întregul teritoriu în ansamblu și, cu atât mai mult, mai mari decât pentru părțile nordice și centrale ale acestuia: Și de ce sunt destul de mari chiar și pentru nordul ETC. Caracteristicile succesului prognozei sunt prezentate în Tabelul 2. Deci, oferind justificare pentru toată lumea

Masă 2. Indicatori ai succesului prognozat folosind metoda propusă

1 |Indicatori de succes ai orasului - Dp in toata Europa - 1 Pentru nu >:ch corect. Pentru sud

| prognoză, X teritoriul țării părți (Fig. 4.6) părți

| 1 (repetare naturală)

capacitate 48,5 53,2 43,6

|capacitate generala de procesare 70. 8 66. 7 78. 1

|justificarea pro-

predicția prezenței fenomenului 76. 7 76. 2 84. 0

|justificarea pro-

gnoza absenţei fenomenelor. 67,5 60,9 75,2

|andreductibilitate

| fenomene B7. g 54,5 61,4

avertisment de la-

absenţa fenomenului 83,7 80,6 90,9

Criteriul Bagrov 0,411 0,345 0,54

1 criteriul Obuhov 0. 497. 0.35 0. 521

a teritoriului în ansamblu este de 70,8%, acuratețea prognozei pentru prezența fenomenului este de 76,77., acuratețea prognozei pentru absența fenomenului este de 67,5%, fenomenul prezis este de 57,27%, predicția de absența acestuia este de 87. pentru partea de sud a teritoriului acești indicatori sunt mai mari cu 4-8. Criteriile lui Bagrov și Obukhov sunt 0,411 și 0,497 în primul caz și 0,54 și 0,621 în al doilea. Pentru comparație, prezentăm ratele de succes obținute pe același material atunci când predicăm folosind o metodă acceptată anterior. Acestea sunt: ​​justificarea generală 67. 5X, Tabel. 3. Indicatori ai succesului prognozei folosind metoda propusă în cazul trecerii la o formă probabilistă de prognoză

1 | Probabilitatea estimată de apariție a AK 1 2 1 ........ 1 (Frecvența reală de apariție pentru un oraș dat- | 1 ciD 1 1 |

| 90-100 ■ 1 1 | 95.2 |

| 80-90 | 97.8 |

| 70-80 | 96.6 |

| 60-70 | 90.7 |

| 50-60 | 82.3 |

| 40-50 | 76.5 |

| 30-40 I p.o " |

| 20-30 | 51.2 |

| 10-20 I 48,7 |

| 0-10 1 | 28.5 | | |

justificarea prognozei pentru prezența unui fenomen 60,6%, justificarea previziunii absenței unui fenomen 76,6X, fenomen prevenit 76,8%, prevenirea absenței acestuia 60,3%, criteriul ¿ng-row 0,365, criteriul Obukhov 2 O. Este evident că utilizarea unei metode noi, îmbunătățite oferă beneficii semnificative chiar și pentru nordul teritoriului, ca să nu mai vorbim de partea de sud a acestuia.

În tabel Tabelul 3 prezintă caracteristicile formei probabilistice a prognozei. Valorile repetabilității reale a fenomenului se dovedesc a fi oarecum „deplasate” în lateral valori mari, care se explică prin diferența de dimensiuni ale eșantionului dintre absența și prezența unui fenomen. Valoarea pragului real se dovedește a fi o probabilitate de apariție a fenomenului de aproximativ 25%, ceea ce confirmă corectitudinea alegerii criteriului de separare pentru o formă alternativă de prognoză.

PRINCIPALELE REZULTATE ȘI CONCLUZII

1. Prin rezolvarea analitică a ecuației undelor inerțiale-instabile, se selectează din spectrul soluțiilor sale o clasă de unde ale căror lungimi de undă satisfac condiția ku""tG, se determină vitezele de fază ale acestora, ratele de creștere și alte caracteristici în anumite condiții. Scopul acestui studiu a fost o evaluare a posibilității de a dezvolta structuri de valuri situate la un unghi arbitrar față de linia frontului atmosferic. S-a descoperit că, deși astfel de valuri vor exista gamă largă condițiile, fiind atât neutru stabile, cât și instabile, totuși ratele lor de creștere, celelalte lucruri fiind egale, se dovedesc a fi mai scăzute, iar rata de creștere

Aceasta este mai mare decât cea a undelor simetric instabile studiate anterior, care formează structuri cu dungi orientate paralel cu partea frontală. De aici concluzionăm că acesta din urmă ar trebui să prevaleze în condiții reale, ceea ce este confirmat de datele de teren.

2. Au fost studiate și clasificate condițiile sinoptice pentru formarea structurilor de fâșii bogate în carne de umiditate eterogenă a solului. Scopul acestui studiu este acela de a afla în ce măsură structura tridimensională a fluxului și caracteristicile sale la scară largă sunt legate de posibilitatea formării neomogenităților de mezo scară în domeniile elementelor meteorologice. S-a dezvăluit că există 2 clase de condiții pentru formarea lor, prima dintre care este asociată cu sectorul cald al ciclonului și include prezența unui front atmosferic de erodare (de obicei cald) cu valori caracteristice ale vitezei vântului de 3. -5 m/s lângă Hemli și 15-20 m/s în zona tropopauzei; stratul de dezvoltare a convecției are o grosime verticală mică (1,5-3 km) și este limitat de mișcări verticale în jos. A doua clasă este asociată cu partea din spate a ciclonului și se caracterizează printr-o exacerbare a zonei baroclinice cu viteze ale vântului de 5-10, respectiv 25-30 m/s; dezvoltarea convecției în aer rece este limitată de un strat de stabilitate sporită situat la o altitudine de 3-6 km. Structura câmpurilor de elemente meteorologice a fost restabilită prin metoda analizei izoentropice

3. În procesul cercetării (punctul 2), s-a constatat că la calcularea mișcărilor verticale folosind metoda analizei izoentropice, care exclude acumularea erorilor cu înălțimea, este posibil să se obțină câmpuri de mișcări verticale care sunt bine consecvente în timp si spatiu. Există un acord general cu câmpurile de mișcări verticale calculate din

modelul operațional adoptat de Roshydrrmetcenter, totuși,

Analiza izoentropică oferă o imagine mai puțin neclară și netezită, ceea ce reprezintă un avantaj.

4. A fost efectuat un studiu statistic asupra posibilității de a utiliza ca predictori diferite caracteristici la scară largă („grilă”) ale fluxului de aer. Studiul a fost realizat pentru teritoriul din sudul părții europene a țării pe materialul a 3 anotimpuri calde (1988-1990). Am selectat acele cantități (laplacieni ai geopotențialului diferitelor suprafețe izobare, gradient de temperatură orizontal etc.) care, chiar și cu baza de date existentă, s-au dovedit a fi predictori semnificativi în prognoza convecției active. Alte mărimi, cum ar fi frontogeneza, unghiul de advecție etc., au fost respinse pentru că la calcularea lor folosind aproximări cu diferențe finite ale derivatelor, are loc o netezire excesivă și, în consecință, o pierdere a valorii predictive a mărimilor calculate (deși, desigur, marimile hidrodinamice corespunzatoare sunt semnificative pentru formarea campurilor de nori si precipitatii mezoscala).

5. Folosind metoda analizei discriminante asupra materialului specificat, s-au stabilit legături între cantitățile selectate, care fac posibilă prezicerea apariției convecției active pe baza datelor din colțurile grilei regionale (pe materialul de analiză a obiectelor, i.e. în cadrul conceptului RR. Următoarele combinații de predictori s-au dovedit a fi optime:

a) Laplacian al geopotenţialului suprafeţei izobare 8П0гПн, deficit total de umiditate pe suprafeţe 500, 700.850 rila, temperatura (sau înălţimea) nivelului de condensare.

b) diferenţa dintre temperatura aerului şi temperatura umezită

termometru pe suprafata izobara 850 hPa, deficit total de umiditate pe suprafete izobare 500, 700, 850 hPa, temperatura nivelului de condensare.

b) deficit total de umiditate, geopotenţial al suprafeţei izobare 1000 hPa, înălţimea nivelului de condensare.

Cu cât mai puțin succes a fost obținută prognoza pentru alte combinații de parametri, inclusiv laplacianul geopotențialului pe suprafața ZOOgPa, gradientul orizontal de temperatură pe suprafața de 850 hPa.

ü. A fost elaborată o metodă de calcul a zonelor de convecție activă, inclusă ca una locală în recomandările pentru introducerea unei prognoze automate bazate pe datele de ieșire ale modului operațional numeric emisferic w. Tehnica a trecut testele autorului și operaționale, este de așteptat să fie implementată în F 11.311 ^> bine și GAMC Vnukovo.

Utilizare: in toate domeniile activitatii umane in care este important sa se cunoasca in prealabil aparitia unor situatii care sunt insotite de pagube materiale semnificative. Esența: valorile sunt măsurate în diferite puncte ale atmosferei presiunea atmosferică temperatura si umiditatea aerului. Din acestea, se determină valorile vitezei verticale maxime ale aerului convectiv și ale vitezei verticale ale mișcării ordonate la scară largă la nivelul de 850 hPa. În plus, se măsoară amplitudinea ciclu diurn viteza verticală a mișcării ordonate a aerului pe scară largă la nivelul de 850 hPa. Prognoza fenomenelor convective naturale este dată la efectuarea condiție dată. Rezultat tehnic: creșterea fiabilității prognozării oricăruia dintre tipurile cunoscute de fenomene hidrometeorologice convective spontane sau combinarea acestora.

Invenția se referă la meteorologie și mai precis la metode de predicție a unor astfel de fenomene hidrometeorologice convective periculoase și spontane (averse, grindină, furtuni) în anumite zone. glob, care sunt dezvoltate pe baza luării în considerare a datelor privind valorile parametrilor meteorologici din ziua precedentă și pot fi utilizate cel mai eficient în toate domeniile activității umane în care este important să se cunoască în prealabil posibilitatea apariției unor astfel de situații, care sunt însoţite de pagube materiale importante. Există o metodă cunoscută de prognoză a fenomenelor hidrometeorologice convective spontane, care constă în măsurarea în diferite puncte ale atmosferei a valorilor presiunii atmosferice, temperaturii și umidității aerului, care determină valoarea vitezei maxime verticale a aerului convectiv (Ghidul scurt -prognoze meteo pe termen 1. L.: Gidrometeoizdat, 1986, p. 444-448). Dezavantajul acestei metode cunoscute este că este limitată în aplicare doar pentru prognoza unuia dintre fenomenele convective periculoase și anume grindina. Dintre cele cunoscute, cea mai apropiată ca esență tehnică și rezultatul obținut este o metodă de prognoză a fenomenelor hidrometeorologice convective spontane, care constă în măsurarea în diferite puncte ale atmosferei a valorilor presiunii atmosferice, temperaturii și umidității aerului, din care se obține valoarea se determină viteza maximă verticală a aerului convectiv și viteza verticală a mișcării ordonate la scară largă pe aer de 850 hPa (Ghid pentru diagnosticul și prognoza periculoaselor și mai ales, grindină și furtuni conform radarelor meteo și a sateliților artificiali de pe Pământ. / N.I. Glushkova, V.F. Lapcheva. M.: Roshydromet, 1996, p. 112-113). Dezavantajul acestei metode cunoscute este că este limitată în aplicare doar pentru prognoza unui tip de fenomene convective periculoase, și anume averse. Ca urmare, fiabilitatea prognozării altor fenomene convective periculoase (grindină, furtuni), care în unele cazuri sunt observate simultan cu averse, nu este ridicată. Rezultatul tehnic al invenţiei este de a creşte fiabilitatea prognozării oricăruia dintre tipurile cunoscute de fenomene hidrometeorologice convective spontane sau combinarea acestora. Acest rezultat tehnic se realizează prin faptul că în metoda de prognozare a fenomenelor hidrometeorologice convective spontane, inclusiv măsurarea în diferite puncte ale atmosferei a valorilor presiunii atmosferice, temperaturii și umidității aerului, determinând din acestea valoarea convectivei verticale maxime. viteza aerului și viteza verticală a mișcării ordonate la scară largă la nivelul de 850 hPa, conform invenției, se măsoară suplimentar amplitudinea variației zilnice a vitezei verticale a mișcării ordonate la scară largă a aerului la nivelul de 850 hPa , iar o prognoză a fenomenelor convective spontane este dată dacă condiția este îndeplinită

Unde: c 1, c 2, c 3, c 4 sunt coeficienți empirici, ale căror valori pentru perioada caldă a anului sunt, de exemplu: c 1 = 2 (s/m), c 2 = -0,52 (12 h/hPa), c3 = -0,16 (12 h/hPA), c4 = -90; W m - valoarea vitezei convective verticale maxime (m/s); 850 - valoarea vitezei verticale a mișcării ordonate a aerului pe scară largă la nivelul de 850 hPa (hPa/12 h); 850 - valoarea amplitudinii variației zilnice a vitezei verticale a mișcării ordonate a aerului la scară largă la nivelul de 850 hPa (hPa/12 h). Propus solutie tehnica respectă condițiile de brevetare „Noutate”, „Etap inventiv” și „Aplicabilitate industrială”, întrucât setul de caracteristici declarate: măsurarea presiunii atmosferice, a temperaturii și umidității aerului în diferite puncte ale atmosferei, determinarea din acestea a verticalei maxime. viteza convectivă a aerului și viteza verticală a mișcării ordonate la scară largă la nivelul de 850 hPa, măsurarea suplimentară a amplitudinii variației zilnice a vitezei verticale a mișcării ordonate la scară largă a aerului la nivelul de 850 hPa și prognozarea spontană. fenomene convective dacă condiţia este îndeplinită

C 1 W m +c 2 850 +c 3 850 +c 4 0,

Unde: c 1, c 2, c 3, c 4 sunt coeficienți empirici, ale căror valori pentru perioada caldă a anului sunt, de exemplu: c 1 = 2 (s/m), c 2 = -0,52 (12 h/hPa), c3 = -0,16 (12 h/hPA), c4 = -90; W m - valoarea vitezei convective verticale maxime (m/s); 850 - valoarea vitezei verticale a mișcării ordonate a aerului pe scară largă la nivelul de 850 hPa (hPa/12 h); 850 - valoarea amplitudinii variației zilnice a vitezei verticale a mișcării ordonate a aerului la scară largă la nivelul de 850 hPa (hPa/12 h) asigură obținerea unui rezultat neevident; creşterea fiabilităţii prognozării oricăruia dintre tipurile cunoscute de fenomene hidrometeorologice convective spontane sau combinarea acestora. Metoda propusă în prezenta invenție pentru prognozarea fenomenelor hidrometeorologice convective spontane poate fi utilizată în toate domeniile activității umane în care este important să se cunoască în prealabil posibilitatea apariției unor astfel de situații, care sunt însoțite de pagube materiale semnificative.

FORMULA INVENŢIEI

O metodă de prognoză a fenomenelor hidrometeorologice convective spontane în jumătatea caldă a anului, care constă în măsurarea în diferite puncte ale atmosferei a valorilor presiunii atmosferice, temperaturii și umidității aerului, de la care valoarea vitezei maxime verticale a aerului convectiv. și se determină viteza verticală a mișcării ordonate la scară largă la nivelul de 850 hPa, caracterizată prin aceea că, în plus, se măsoară amplitudinea variației zilnice a vitezei verticale a mișcării ordonate la scară largă a aerului la nivelul de 850 hPa, iar o prognoză a fenomenelor convective spontane este dată dacă condiția este îndeplinită

C1Wm +c2850 +c3850 +c4

Pentru a prognoza furtuni, averse și alte fenomene asociate cu dezvoltarea norilor puternici de cumulus și cumulonimbus, N.V. Lebedeva a propus utilizarea datelor de sondare matinală pentru a calcula parametrii de convecție, care sunt utilizați pentru a determina posibilitatea apariției anumitor fenomene convective. Acești parametri includ:

1) Deficitul total al temperaturii punctului de rouă la niveluri de 850.700 și 500 hPa (ΣD,°С). Acest parametru ia în considerare indirect influența antrenării și caracterizează posibilitatea formării norilor în stratul de 850-500 hPa. Dacă ΣD>25°С, atunci nu se fac calcule suplimentare, deoarece cu aer foarte uscat în jumătatea inferioară a troposferei, convecția nu duce la formarea de nori cumulonimbus. Dacă ΣD≤25°С, atunci se calculează al doilea parametru.

2) Deficitul de temperatură a punctului de rouă în apropierea solului sau la limita superioară a inversării suprafeței în momentul dezvoltării maxime a convecției (Do, °C). Dacă Do>20°C, atunci nivelul de condensare este situat la o altitudine mai mare de 2,5 km, prin urmare, precipitațiile nu vor ajunge la suprafața pământului și nu se fac calcule suplimentare. La o astfel de înălțime a nivelului de condensare și, prin urmare, la înălțimea limitei inferioare a norilor, o picătură de ploaie în drum spre sol va avea timp să se evapore complet. Dacă nivelul de condensare este situat sub 2 km și există condiții favorabile pentru apariția convecției, atunci în acest caz ar trebui să se determine toți ceilalți parametri.

3) Grosimea stratului convectiv-instabil (CIL) – (ΔНкнс, hPa). Fiecare particulă a acestui strat va participa la convecție la altitudini mari. Cu cât grosimea KNS este mai mare, cu atât este mai mare probabilitatea formării norilor cumulonimbus, cu atât este mai mare probabilitatea dezvoltării activității furtunii (grosimea KNS este determinată de diagrama aerologică).

4) Nivel de condensare (Ncond., km). Nivelul de condensare indică poziția medie a înălțimii bazei norului cumulonimbus. Nivelul de condensare se determină și folosind diagrama aerologică.

5) Nivel de convecție (Nconv., km). Nivelul de convecție ne permite să determinăm poziția medie a vârfurilor norilor cumulonimbus. Este destul de evident că cu cât acest nivel este mai înalt, cu atât norii de „furtună” ar trebui să fie mai puternici.

6) Temperatura aerului la nivelul de convecție (Tconv, °C). S-a stabilit că cu cât această temperatură este mai scăzută, cu atât sunt mai probabile averse și furtuni.

7) Abaterea medie a temperaturii de pe curba de stare (T") de la temperatura de pe curba de stratificare (T). Această abatere este desemnată ΔT și este determinată de formula:

Unde: T" și T sunt temperaturile de pe curba de stare și, respectiv, de pe curba de stratificare, la niveluri care sunt multipli de 100 hPa, n este numărul de straturi întregi cu grosimea de 100 hPa, începând de la nivelul de condensare până la nivelul de convecție.

Este destul de evident că cu cât ΔT este mai mare, cu atât este mai mare gradul de instabilitate a aerului și, prin urmare, cu atât se poate dezvolta convecția mai intensă.

8) Puterea verticală medie a norilor convectivi (ΔНк.о, km). Această valoare este definită ca diferența dintre înălțimile nivelului de convecție și nivelul de condensare. Cu cât această valoare este mai mare, cu atât este mai probabilă apariția fenomenelor convective și cu atât intensitatea acestora este mai mare.

Pe baza rezultatelor calculării celor opt parametri de convecție indicați în conformitate cu tabelul. 1 N.V. Lebedeva sugerează evaluarea posibilității apariției fenomenelor convective.

Valabilitatea prognozei pentru prezența furtunilor folosind metoda N.V Lebedeva este de 80%, iar absența lor este de 89%.

Parametrii de convecție și fenomenele convective corespunzătoare (conform N.V. Lebedeva)

∑D(850-500),°C	(Tmax-Tdmax),°C	ΔΗ kns, hPa	Nkond, km	Nkonv, km	Tconv,°C	ΔT°C	ΔH,km	Fenomene convective
>25	>20	-	-	-	-	-	-	Nu este de așteptat să se dezvolte convecția
≤25	≤16	>10	≈1.5	≥6	<-22.5	>4	≈4.5	Averse uşoare cu şanse de tunete sau furtuni uscate
≤20	≤14	>20	≈1.5	>5	-22.5<Т<-10	≥3	>3.5	Averse slabe fără furtuni
≤20	≤14	>30	≈1.5	≥8	<-22.5	≥3	>6.5	Averse ploaie, furtuni pe alocuri
≤16	≈10	>60-100	1,5>H>1,0	>8	<-22.5	≥3	≥7.5	Ploaie abundentă și furtuni
≈16	≈10	-	1,5>H>1,0	>8	<-22.5	>3	≥7.5	grindină