Stupnice hodnot mysu nestability atmosféry. Předpovědní mapy parametrů konvekce a nebezpečných konvekčních jevů
Použití: ve všech oblastech lidské činnosti, kde je důležité vědět předem o vzniku situací, které jsou provázeny značnými hmotnými škodami. Podstata: hodnoty atmosférického tlaku, teploty a vlhkosti vzduchu se měří na různých místech atmosféry. Z nich jsou stanoveny hodnoty maximální vertikální konvektivní rychlosti vzduchu a vertikální rychlosti velkoplošného uspořádaného pohybu na úrovni 850 hPa. Dodatečně je měřena amplituda denní změny vertikální rychlosti velkého uspořádaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa. Při splnění dané podmínky je dána předpověď spontánních konvekčních jevů. Technický výsledek: zvýšení spolehlivosti předpovědi některého ze známých typů samovolných konvektivních hydrometeorologických jevů nebo jejich kombinace.
Vynález se týká meteorologie, přesněji metod předpovídání takových nebezpečných a spontánních konvektivních hydrometeorologických jevů (přeháňky, kroupy, bouřky) v konkrétních oblastech zeměkoule, které jsou vyvíjeny na základě údajů o hodnotách meteorologických parametrů v předchozího dne a lze je nejefektivněji využít ve všech oblastech lidské činnosti, kde je důležité vědět předem o možnosti vzniku takových situací, které jsou provázeny značnými hmotnými škodami. Je známá metoda předpovědi samovolných konvektivních hydrometeorologických jevů, která spočívá v měření na různých místech atmosféry hodnot atmosférického tlaku, teploty a vlhkosti vzduchu, které určují hodnotu maximální vertikální konvektivní rychlosti vzduchu (Návod ke zkratce -termínové předpovědi počasí. Část 1. L.: Gidrometeoizdat, 1986, s. 444-448).
Kde: c 1, c 2, c 3, c 4 jsou empirické koeficienty, jejichž hodnoty pro teplé období roku jsou např.: c 1 = 2 (s/m), c 2 = -0,52 (12 h/hPa), c3 = -0,16 (12 h/hPA), c4 = -90; W m - hodnota maximální vertikální rychlosti proudění (m/s); 850 - hodnota vertikální rychlosti velkého uspořádaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa (hPa/12 h); 850 - hodnota amplitudy denní změny vertikální rychlosti velkoplošného uspořádaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa (hPa/12 h). Navržené technické řešení splňuje podmínky patentovatelnosti „Novinka“, „Tvůrčí krok“ a „Průmyslová využitelnost“, neboť deklarovaný soubor vlastností: měření atmosférického tlaku, teploty a vlhkosti vzduchu na různých místech atmosféry, stanovení maximální vertikální konvektivní rychlost od nich vzduchu a vertikální rychlost velkoplošného uspořádaného pohybu na úrovni 850 hPa, dodatečné měření amplitudy denní změny vertikální rychlosti velkoplošného uspořádaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa a předpovídání spontánních konvekčních jevů při splnění podmínky
C 1 W m +c 2 850 +c 3 850 +c 4 0,
Kde: c 1, c 2, c 3, c 4 jsou empirické koeficienty, jejichž hodnoty pro teplé období roku jsou např.: c 1 = 2 (s/m), c 2 = -0,52 (12 h/hPa), c3 = -0,16 (12 h/hPA), c4 = -90; W m - hodnota maximální vertikální rychlosti proudění (m/s); 850 - hodnota vertikální rychlosti velkého uspořádaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa (hPa/12 h); 850 - hodnota amplitudy denní změny vertikální rychlosti velkoplošného uspořádaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa (hPa/12 h) zajišťuje dosažení nezřejmého výsledku; zvýšení spolehlivosti předpovědi některého ze známých typů samovolných konvektivních hydrometeorologických jevů nebo jejich kombinace. Způsob předpovědi spontánních konvektivních hydrometeorologických jevů navržený v předkládaném vynálezu lze použít ve všech oblastech lidské činnosti, kde je důležité vědět předem o možnosti vzniku takových situací, které jsou doprovázeny významnými materiálními škodami.
VZORCE PODLE VYNÁLEZU
Metoda předpovědi samovolných konvektivních hydrometeorologických jevů v teplé polovině roku, která spočívá v měření na různých místech atmosféry hodnot atmosférického tlaku, teploty a vlhkosti vzduchu, z nichž vychází hodnota maximální vertikální konvektivní rychlosti vzduchu. a je stanovena vertikální rychlost velkoplošného uspořádaného pohybu na úrovni 850 hPa, vyznačující se tím, že navíc je měřena amplituda denní změny vertikální rychlosti velkoplošného uspořádaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa, a při splnění podmínky je uvedena předpověď spontánních konvekčních jevůC 1 W m +c 2 850 +c 3 850 +c 4
Bulk Richardson Number (BRN)
Bull Richardsonův index (BRI) je bezrozměrná veličina v meteorologii, která kombinuje vertikální stabilitu a vertikální smyk (typicky stabilita oddělená smykem). Představuje poměr turbulence způsobené tepelnými procesy k turbulenci způsobené vertikálním střihem větru. V praxi hodnoty indexu IBR indikují, zda je konvekce volná nebo nucená. Vysoké hodnoty indexu indikují nestabilitu a/nebo slabé vertikální posuny v prostředí; nízké hodnoty indexu indikují slabou nestabilitu a/nebo silný střih větru. Hodnoty IBR mezi 10 a 45 obvykle indikují příznivé podmínky pro vývoj superbuněk. IBR se vypočítá podle vzorce:
U6 km - rychlost větru ve výšce 6 km;
U500m - rychlost větru ve výšce 500 metrů;
SARE - dostupná konvekční potenciální energie.
Typicky, s IBR menším než 10, vertikální smyk dominuje nad vztlakem. Při hodnotách indexu od 10 do 45 bude smyk vyrovnávat vztlak a takové podmínky jsou příznivé pro vývoj silných supercel. Když je hodnota indexu větší než 45, vzhledem k významnému úhlu sklonu vzestupných proudů je nepravděpodobné, že by byly pozorovány supercely.
BRN nůžky
Index BRN je sice velmi dobrým ukazatelem pro předpověď supercel a přítomnosti mezocyklóny ve střední troposféře, není však schopen předpovědět intenzitu mezocyklóny na nižší úrovni (ve vrstvě tření) a pravděpodobnost vzniku tornád. Proto byl pro tyto účely zaveden doplňkový ukazatel - BRN Shear. Kromě toho se tento indikátor často používá k určení různých typů supercel (které generují a negenerují tornáda, což je rozpoznává). Měřeno v m2/s2.
BRN smyk = 0,5 (U avg) 2, kde
U prům. – velikost rozdílu mezi průměrným větrem ve vrstvě 0–6 km a větrem ve vrstvě 0–0,5 km.
Tento index jasně ukazuje rozdíl mezi supercelou a běžnou bouřkou a také intenzitu mezocyklóny ve střední vrstvě bouřky. A čím vyšší je jeho hodnota, tím silnější je střih větru, a tedy i větší pravděpodobnost supercely
Konvekční dostupná potenciální energie (CAPE)
PELERÍNA – dostupná konvekční potenciální energie je množství vztlakové energie dostupné pro vertikální urychlení vzduchové částice nebo množství práce, kterou vzduchová částice vykonala, když stoupá. Používá se k předpovědi bouřkové aktivity a konvektivních jevů. CAPE je kladná oblast na diagramu mezi vlhkou adiabatickou čárou a křivkou stavu vzduchu od úrovně volné konvekce po úroveň vyrovnání teploty. CAPE se měří v joulech na kg vzduchu a vypočítá se pomocí vzorce:
z f , z n - výšky volné konvekce a úrovně vyrovnání teploty (neutrální vztlak);
Tν balíček - virtuální teplota určité částice vzduchu;
Тν bnv - virtuální okolní teplota;
G - zrychlení volného pádu (9,81 m/s 2).
Když je částice nestabilní (její teplota je vyšší než její okolí), bude dále stoupat, dokud nedosáhne stabilní vrstvy (ačkoli hybnost, gravitace a další síly mohou způsobit, že se částice bude dále pohybovat). Existují různé typy CAPE: Downdraft CAPE (DCAPE) – ukazuje potenciální srážky atd.
- CAPE pod 0– ustálený stav (bouřky nejsou možné);
- CAPE od 0 do 1000– slabá nestabilita (jsou možné bouřky);
- CAPE od 1000 do 2500– střední nestabilita (silné bouřky a přeháňky);
- CAPE od 2500 do 3500– silná nestabilita (velmi silné bouřky, kroupy, bouřky);
- CAPE nad 3500– výbušná konvekce (supercely, tornáda atd.).
Normalizovaný CAPE
Normalizované PELERÍNA je pokročilejší verze obvyklé SARE a určuje se podle vzorce: CAPE/FCL , Kde FCL– síla volné konvektivní vrstvy. Konvenční CAPE není vždy dobrým ukazatelem vztlaku, proto byl zaveden nějaký doplněk. Jednotky NCAPE jsou stejné, tj. J/kg nebo m/s2. Pro získání úplného obrazu o stavu atmosféry je třeba vzít v úvahu jak CAPE, tak NCAPE.
Zvednutý index
Index vztlaku (Li) je dalším indikátorem nestability. Tento index se vypočítá pomocí vzorce:
Li= T500mb (průměr) - T500mb (často),
tj. hodnota teploty vzduchové vrstvy na hladině 500 hPa (asi 5,5 km) mínus hodnota teploty vzduchové hmoty zvednuté v důsledku konvekce na hladinu 500 hPa a napadající tuto vzduchovou vrstvu. Například teplota vzduchové vrstvy při 500 hPa je -5°. Teplota vzduchové hmoty, která vlivem konvekce vystoupala na úroveň 500 hPa a napadla tuto vzduchovou vrstvu, je +3°. Odečíst: -5-(+3)=-8. LI = -8. A zde není nic složitého. Pokud je konvekce tak prudká, že stoupající vzduchové masy prostě nemají čas se ochladit více než vzduch, který je obklopuje, pak vznikají silně negativní (-3 nebo nižší) hodnoty LI, které slouží jako „potrava“ pro silné bouřky. Záporné hodnoty indikují nestabilitu v atmosféře a indikují přítomnost silných vzestupných proudů, které způsobují bouřky a vydatné srážky. Naopak při absenci konvekce je vrstva vzduchu na úrovni 500 hPa homogenní a nedochází k žádným atmosférickým minikataklyzmatům. Tento indikátor se často používá ve spojení s CAPE k předpovědi bouřek. Je však nutné počítat vlhkost vzduchu, protože Samotná konvekce k vyvolání bouřky nestačí.
LI ≥ 4– absolutní stabilita, pravděpodobnost bouřky 0 %;
LI 2…3– možný izolovaný Cu kong, pravděpodobnost bouřky 0 – 19 %;
LI 1…2– slabá konvekce (Cu kong.), pravděpodobnost bouřek 19 – 32 %;
LI 0...1– možné slabé přeháňky (ojediněle Cb), pravděpodobnost bouřek 32 – 45 %;
LI 0...-1– možné slabé bouřky, pravděpodobnost 45 – 58 %;
LI -1…-2– slabé bouřky téměř všude, bouřky jsou možné, pravděpodobnost bouřek je 58 – 71 %;
LI -2…-3– pravděpodobnost bouřek je vysoká (71 – 84 %), mohou být středně silné;
LI -3…-4– očekávají se silné bouřky (pravděpodobnost 84 – 100 %), bouřky, možné kroupy;
LI -4…-5– všude silné bouřky, bouřky, kroupy, hluboké proudění;
LI -5…-6– velmi silné bouřky, vznik supercel, velké kroupy, možná tornáda;
LI< -6 – „výbušná“ konvekce, tornáda, záplavy, ničivé bouře, stupeň ohrožení je extrémně vysoký;
Existují 2 typy indexu vztlaku.
Ki - index nestability
Výpočet Ki vychází z vertikálního gradientu teploty, vlhkosti vzduchu ve spodní troposféře a bere v úvahu i vertikální rozsah vlhké vrstvy vzduchu. Ki charakterizuje stupeň konvektivní nestability vzdušné hmoty, která je nezbytná pro vznik a rozvoj bouřek.
Vzorec: Ki=T850-T500+Td850-∆Td700.
Ve vzorci: Ki - index nestability (Whitingovo číslo), T850 - teplota vzduchu na izobarickém povrchu 850 hPa, T500 - teplota vzduchu 500 hPa, Td850 - teplota rosného bodu 850 hPa, ∆Td700 - deficit rosného bodu (T -Td) na povrchu 700 hPa.
Ki se nejlépe používá v létě k předpovědi vnitromasových bouřek. Prahové hodnoty v tabulce se mohou lišit v závislosti na ročním období, geografii a povětrnostních podmínkách.
Pravděpodobnost bouřek vypočtená pomocí Whitingovy metody.
Ki | Možnost bouřek |
20 ≤ Ki ≤ 22 22 25 28 31 34 W>37 |
– 50% 60% 75% 80% 90% 95% 100% |
Bouře- komplexní jev, jehož nezbytnou součástí jsou vícenásobné elektrické náboje mezi mraky nebo mezi mrakem a zemí (blesky), doprovázené zvukovým jevem - hromem. Bouřka je také charakterizována bouřlivými větry a silnými srážkami, často s kroupami.
Silná bouřka- bouřka s deštěm ≥15 mm/h a/nebo kroupami o průměru 0,6 až 2 cm, silná vichřice ≥15 m/s.
Velmi silná bouřka- bouřka se silným deštěm ≥30 mm/h a/nebo velkými kroupami o průměru ≥2 cm a/nebo velmi silná vichřice ≥25 m/s nebo tornádo.
VT - Vertical Totals index
Vzorec: VT = T850 - T500, kde T850 je teplota vzduchu na izobarickém povrchu 850 hPa, T500 je teplota vzduchu při 500 hPa.
Je-li VT > 28, pak má troposféra vysoký potenciál pro konvektivní nestabilitu, dostatečný pro tvorbu bouřek.
CT - Сross Totals index
Vzorec: CT = Td850 - T500, kde Td850 je teplota rosného bodu při 850 hPa, T500 je teplota vzduchu při 500 hPa.
Na ČT ČT 18 - 19 - Střední nestabilita. Slabá bouřková aktivita.
CT 20 - 21 - Vysoká nestabilita. Bouřky.
CT 22 - 23 - Energie nestability, při které jsou možné silné bouřky.
CT 24 - 25 - Vysoká nestabilita energie. Silné bouřky.
CT> 25 - Velmi vysoká nestabilita energie. Velmi silné bouřky.
Tornádo(tornádo, trombus) - atmosférický vír, který vzniká v oblaku cumulonimbus a šíří se dolů, často až na samotný povrch země, v podobě oblačného ramene nebo kmene o průměru desítek a stovek metrů. Charakteristickým rysem těchto vírů je rychlý spirálovitý pohyb vzduchu kolem téměř svislé osy. Uvnitř trychtýře vzduch stoupá, rychle rotuje a vytváří oblast velmi řídkého vzduchu.
Rychlost pohybu vzduchu je 50-100 m/s a u zvláště intenzivních tornád dosahuje 250 m/s a je zde velká vertikální složka rychlosti, rovna 70-90 m/s.
Fujita stupnice se používá ke klasifikaci tornád.
F0 rychlost větru nepřesahuje 32 m/s (podle TCP se jedná o velmi silný vítr).
F1- 33 - 50 m/s. Mírný. (podle TKP hurikánové větry).
F2- 51 - 70 m/s. Silný.
F3- 71 - 92 m/s. Velmi silný.
F4- 93 - 116 m/s. Destruktivní.
F5- 117 - 142 m/s. Neuvěřitelný.
TT – Index celkových součtů
Vzorec: TT = VT + CT Miller (1972); kde CT je index Cross Totals, VT je index Vertical Totals.
V TT TT 44 - 45 - Jedna bouřka nebo několik bouřek.
TT 46 - 47 - Buňky rozptýlené bouřky.
TT 48 - 49 - Značný počet bouřek, z nichž některé jsou silné.
TT 50 - 51 - Roztroušená centra silných bouřek, izolovaná centra s tornádem.
TT 52 - 55 - Značný počet center silných bouřek, jednotlivá centra s tornádem.
TT > 55 - Četné silné bouřky se silnými tornády.
SWEAT - Index hrozeb vážného počasí
SWEAT je index nestability vyvinutý americkým letectvem. SWEAT je komplexním kritériem pro diagnostiku a předpověď nebezpečných a nepříznivých povětrnostních jevů spojených s konvektivní oblačností. SWEAT zahrnuje index nestability vzdušné hmoty, rychlost větru a střih větru.
Vzorec: POT = 12⋅Td850 + 20⋅(TT- 49) + 3,888⋅F850 + 1,944⋅F500 + (125⋅).
Ve vzorci je Td850 teplota rosného bodu při 850 hPa, TT je celkový celkový index, F850 je rychlost větru při 850 hPa, F500 je rychlost větru při 500 hPa, D500 a D850 jsou směr větru na odpovídajících površích. .
Ve vzorci:
- Teplota vzduchu se udává ve stupních Celsia;
- Rychlost větru - v m/s;
- Směr větru - ve stupních;
- Nastavte druhý člen rovnice na 0, pokud TT ≤ 49;
- Poslední člen ve vzorci bude nula, pokud nebude splněna některá z následujících podmínek:
- D850 v rozsahu od 130 do 250 stupňů;
- D500 v rozsahu od 210 do 310 stupňů;
- Rozdíl ve směru větru (D500 - D850) je kladný;
- F850 a F500 rychlost větru ≤ 7 m/s.
POČIT POČET 250-350 - jsou podmínky pro silné bouřky, krupobití a bouřky;
POT 350-500 - jsou podmínky pro velmi silné bouřky, velké kroupy, silné bouřky, tornáda;
POT ≥ 500 - podmínky pro velmi silné bouřky, velké kroupy, silné bouřky, silná tornáda.
Li - Zvednutý index
Li - Rozdíl teploty mezi okolním vzduchem a určitým jednotkovým objemem, který stoupl [adiabaticky] z povrchu země (nebo z dané úrovně) na úroveň 500 hPa. Li se vypočítá s ohledem na strhávání okolního vzduchu.
Li - charakterizuje tepelné zvrstvení atmosféry ve vztahu k vertikálním pohybům vzduchu. Pokud jsou hodnoty Li kladné, pak je atmosféra (v odpovídající vrstvě) stabilní. Pokud jsou hodnoty Li záporné, atmosféra je nestabilní.
Indexy nestability: kalkulačka, mapy.
Návod na CAPE, CIN a Lifted index.
Tornádo na stupnici Fujita. Rychlost větru a vlastnosti ničení.