Konvektívna predpoveď. Meteorologický slovník slovník meteorologických pojmov
Na predpovedanie búrok, prehánok a iných javov spojených s vývojom mohutných oblakov cumulus a cumulonimbus, N.V. Lebedeva navrhla použiť ranné sondovacie údaje na výpočet parametrov konvekcie, ktoré sa používajú na určenie možnosti výskytu určitých konvekčných javov. Tieto parametre zahŕňajú:
1) Celkový teplotný deficit rosného bodu na úrovniach 850 700 a 500 hPa (ΣD,°C). Tento parameter nepriamo zohľadňuje vplyv strhnutia a charakterizuje možnosť tvorby oblačnosti vo vrstve 850-500 hPa. Ak ΣD>25°С, ďalšie výpočty sa nerobia, pretože pri veľmi suchom vzduchu v dolnej polovici troposféry konvekcia nevedie k tvorbe oblakov typu cumulonimbus. Ak ΣD≤25°С, potom sa vypočíta druhý parameter.
2) Deficit teploty rosného bodu pri zemi alebo na hornej hranici povrchovej inverzie v čase maximálneho rozvoja konvekcie (Do, °C). Ak je Do>20°C, potom sa hladina kondenzácie nachádza vo výške viac ako 2,5 km, preto zrážky nedosiahnu zemský povrch a ďalšie výpočty sa nevykonávajú. Pri takejto výške hladiny kondenzácie, a teda aj výške spodnej hranice oblakov, sa kvapka dažďa na ceste k zemi stihne úplne odpariť. Ak sa úroveň kondenzácie nachádza pod 2 km a existujú priaznivé podmienky na výskyt konvekcie, potom by sa v tomto prípade mali určiť všetky ostatné parametre.
3) Hrúbka konvekčne-nestabilnej vrstvy (CIL) – (ΔНкнс, hPa). Každá častica tejto vrstvy sa bude podieľať na konvekcii do vysokých nadmorských výšok. Čím väčšia je hrúbka KNS, tým väčšia je pravdepodobnosť vzniku oblakov cumulonimbus, tým väčšia je pravdepodobnosť rozvoja búrkovej aktivity (hrúbku KNS určuje aerologický diagram).
4) Úroveň kondenzácie (Ncond., km).Úroveň kondenzácie udáva priemernú polohu výšky základne oblaku cumulonimbus. Úroveň kondenzácie sa určuje aj pomocou aerologického diagramu.
5) Úroveň konvekcie (Nconv., km).Úroveň konvekcie nám umožňuje určiť priemernú polohu vrcholov oblakov cumulonimbus. Je celkom zrejmé, že čím vyššia je táto úroveň, tým silnejšie by mali byť „búrkové“ mraky.
6) Teplota vzduchu na úrovni konvekcie (Tconv, °C). Zistilo sa, že čím je táto teplota nižšia, tým sú prehánky a búrky pravdepodobnejšie.
7) Priemerná odchýlka teploty na stavovej krivke (T) od teploty na stratifikačnej krivke (T). Táto odchýlka je označená ΔT a je určená vzorcom:
Kde: T" a T sú teploty na stavovej krivke a stratifikačnej krivke, v tomto poradí, na úrovniach, ktoré sú násobkami 100 hPa, n je počet celých vrstiev s hrúbkou 100 hPa, počnúc úrovňou kondenzácie po úroveň konvekcie.
Je celkom zrejmé, že čím väčšie ΔT, tým väčší je stupeň nestability vzduchu, a preto sa môže vyvinúť intenzívnejšia konvekcia.
8) Priemerná vertikálna sila konvekčných oblakov (ΔНк.о, km). Táto hodnota je definovaná ako rozdiel medzi výškami hladiny konvekcie a hladinou kondenzácie. Čím väčšia je táto hodnota, tým je pravdepodobnejší výskyt konvekčných javov a tým väčšia je ich intenzita.
Na základe výsledkov výpočtu uvedených ôsmich parametrov konvekcie podľa tabuľky. 1 N.V. Lebedeva navrhuje posúdiť možnosť výskytu konvekčných javov.
Platnosť predpovede na prítomnosť búrok metódou N.V Lebedeva je 80% a ich absencia je 89%.
∑D(850-500),°C | (Tmax-Tdmax),°C | ΔΗ kns, hPa | Nkond, km | Nkonv, km | Tconv, °C | AT°C | ΔH, km | Konvekčné javy |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
>25 | >20 | - | - | - | - | - | - | Nepredpokladá sa rozvoj konvekcie |
≤25 | ≤16 | >10 | ≈1.5 | ≥6 | <-22.5 | >4 | ≈4.5 | Slabé prehánky s možnosťou búrok alebo suchých búrok |
≤20 | ≤14 | >20 | ≈1.5 | >5 | -22.5<Т<-10 | ≥3 | >3.5 | Slabé prehánky bez búrok |
≤20 | ≤14 | >30 | ≈1.5 | ≥8 | <-22.5 | ≥3 | >6.5 | Prehánky, miestami aj búrky |
≤16 | ≈10 | >60-100 | 1,5 > H > 1,0 | >8 | <-22.5 | ≥3 | ≥7.5 | Silný dážď a búrky |
≈16 | ≈10 | - | 1,5 > H > 1,0 | >8 | <-22.5 | >3 | ≥7.5 | krupobitie |
FEDERAL SERVICE 1№ HYDROMETEOROLÓGIA A MONITOROVANIE ŽIVOTNÉHO PROSTREDIA
HYDROMKTE<»РОЛОГНЧВЛШ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР Р Г 6 Ой РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
SHEVELENA OLGA VASILIEVNA
ŠTRUKTÚRA ASHHM "KGNIH FRONT I! 11 o javoch Gida kosyaktishsh NAD juhom východnej EURÓPY
Siatsialyyust 11.00.09 - Mk "gzhfoyaogin, klimatológia,
ASH"ORKSH"A!
NN geSh"KsSHIA uchchioy IPMI"NI knndiditi (>g kik muk
Práce sa uskutočnili v Hydrometeorologickom výskumnom centre Ruskej federácie
Vedecký školiteľ: doktor fyzikálnych a matematických vied profesor Shanina I.11.
Oficiálni oponenti: Doctor Fia"-mat. vedy, prof. Belov N.11 kandidát geografických vied Velinský O. K
Vedúca organizácia High Mountain Geophysical Institute, Nalchik
Obhajoba sa uskutoční č./0 1993 o jednej hodine. na zasadnutí Špecializovanej rady K. 024. Sv. 02 Centrum hydrometeorologického výskumu na adrese: 123376, Moskva, B. Predtečenskij per., č. 9-13, Roshydrometcenter.
Dizertačnú prácu možno nájsť v knižnici Rosgkdrometsentr.
Vedecký tajomník
Špecializovaná rada ^S&lL^ A-I
0Б111ДЯ ХЛЛЛК.1 ERIST SHA WORK
RELEVANTNOSŤ TÉMY. Konvekčná aktivita, rozšírená v atmosfére, je jedným z najdôležitejších faktorov formovania počasia. Spája sa s takými dôležitými a niekedy nebezpečnými poveternostnými javmi, ako sú prehánky, búrky, búrky, tornáda atď. Predpovedanie konvekčnej aktivity však často „nie je bez subjektivity“, keďže konvekčné ohniská sú javy stredného rozsahu, a preto sa nachádzajú ďaleko. preč v rozsahu mierok popísaných v súčasnosti prevádzkovo používanými numerickými modelmi.
Spravidla sa však aktívna konvegada (vedúca k rozvoju prehánok, búrok, krupobitia, fujavice) vyvíja vo väčších zónach charakterizovaných určitými vlastnosťami vzdušnej hmoty (teplota, vlhkosť, vertikálne pohyby, vrstvenie). Vznik takýchto zón priaznivých pre konvekčnú aktivitu je úspešne opísaný v rámci numerických predpovedí tlaku, teploty, vlhkosti a vetra. Na predpovedanie charakterizovaných zón, nazývaných zóny aktívnej konvekcie, bola v Oddelení leteckej meteorológie Hydrometeorologického centra Ruskej federácie vyvinutá automatizovaná metóda predpovedania zón aktívnej konvekcie. Napriek pomerne vysokej opodstatnenosti tejto metodiky pre európske územie krajiny ako celku (celkové opodstatnenie pre teplú sezónu 1992 bolo 6?. 6 %), pre juh predpovedného územia je opodstatnenosť tejto metódy je v poriadku
je výrazne nižšia ako priemer To naznačuje potrebu zlepšiť metodiku prognózovania zón aktívnej konvekcie pre tieto oblasti. Na druhej strane niet pochýb o tom, že použitie veľkorozmerných charakteristík termobarických polí navyše k časticovej metóde, ktorá sa prevažne používa v súčasnosti, môže mať pozitívny efekt pri predpovedaní AC zón.
Súčasne s použitím veľkorozmerných charakteristík poľa na predpovedanie javov v mezoškále nie je možné odmietnuť študovať javy meoškály ako také, a to teoreticky aj z hľadiska prilákania nových terénnych údajov, najmä pokiaľ ide o usporiadanú konvekciu, ktorá je v súčasnosti zle pochopená. v porovnaní s čisto tepelnou nestabilitou.
Uvedené aspekty problému štúdia a predpovedania konvekčnej aktivity určujú relevantnosť tejto práce.
CIEĽOM PRÁCE je študovať podmienky pre vznik usporiadanej konvekcie z hľadiska teórie hydrodynamickej nestability, analyzovať synoptické podmienky pre vznik usporiadaných konvekčných štruktúr a ďalej identifikovať a využiť čo najinformatívnejšie veľkoplošné charakteristiky ako prediktorov na zlepšenie v súčasnosti používanej metódy automatickej predpovede zón aktívnej konvekcie.
VÝSKUMNÉ ÚLOHY na základe účelu práce sú formulované takto:
1) Štúdium podmienok rozvoja usporiadaných konvekčných štruktúr (koš. aktívnych pásov) za účelom objasnenia niektorých aspektov problematiky prevládajúcej orientácie pásových štruktúr v rozsahoch gravitačne-inerciálnych vĺn a kratších vlnových dĺžok.
nové konvekčné a gravitačné režimy.
2) Podrobná analýza podmienok pre vznik pozorovaných kváziperiodických štruktúr v oblačnosti a zrážkových poliach v konkrétnych prípadoch.
3) Všeobecná fyzikálna a štatistická analýza podmienok pre rozvoj usporiadanej aj neusporiadanej konvekcie nad juhom európskej časti SNŠ za účelom identifikácie veľkoplošných charakteristík, ktoré môžu slúžiť ako prediktory v predpovedi AO.
4) Vytvorenie diagnostických spojení a vývoj vylepšenej metodológie na predpovedanie aktívnej konvekcie v južných regiónoch európskej krajiny.
VÝSKUMNÁ METÓDA. V práci boli použité metódy teórie hydrodynamickej nestability (DLI ynniunínové podmienky pre rozvoj usporiadaných konvekčných štruktúr a ich prevládajúca orientácia v rozsahoch gravitačne-inerciálnych vĺn a módov kratších vlnových dĺžok); synoptická metóda a prvky klimatologickej metódy (identifikovať všeobecné vzorce cirkulačných podmienok v skúmanej oblasti); metódy mesometeorologickej analýzy, najmä izoentropická analýza (na štúdium vnútornej štruktúry baroklinických AO a podmienok na vytvorenie usporiadaných konvekčných štruktúr v nich); výpočtové fyzikálno-štatistické a synonticko-štatistické metódy (hľadať prediktívne vzťahy medzi veľkorozmerovými charakteristikami termobarických polí a možnosťou "! ioziikio-" 1
aktívnej konvekcie).
POUŽITÉ MATERIÁLY Na splnenie zadaných úloh boli použité tieto materiály:
Synoptické (pozemné) mapy (1U85-1992)
Mapy tlakovej topografie 850 - 300 g1!a (19ВБ-1992)
Konsolidovaný radar K£1r"Sh (1988-1991)
Mapy poldenných zrážok (1988-1991)
Satelitné snímky MK a TV vrátane snímok z radaru VO (1986-1992)
Archívne dáta analýzy objektov na magnetických páskach (1985-1992)
Výstupné údaje polodivého desaťúrovňového predpovedného modelu, operatívne používaného v Hydrometeorologickom centre Ruskej federácie (1989-1992)
Údaje z experimentálneho pluviografického testovacieho miesta UKRNIGII (1985-1988)
Výpočty boli vykonané v Hydrometeorologickom centre Ruskej federácie na KS-1060, čiastočne na osobnom počítači.
VEDECKÁ NOVINKA ¡YULU"SHSHU. V DIZERÁTE O VÝSLEDKOCH.
1. Prvýkrát bola vykonaná analýza podmienok rastu mezoškálových vôlí nerovnobežne s frontom (v osobitnom prípade splnenia podmienok (1)) a vyvodené závery o pomere prírastku. sadzby vyhlášky! ny vlny a symetricky nestabilne vlny, a tie druhe su cca. rýchlejšie rástli, a preto prevládajúce podmienky Tento záver je v súlade s pozorovaniami.
2. Prvýkrát bola vykonaná podrobná analýza troch; rozmerová štruktúra vzduchových hmôt, v ktorých sa dutina (zrážky) vyvinula, a ukazuje sa, že takéto štruktúry sa paralelne s vetrom, strihom vetra (teda priemernými teplotami vrstvy) vyvinuli v dvoch typických situáciách, charakterizovaných prítomnosťou plytké vrstvy možného rozvoja konvekcie a výraznej barokliničnosti a nestacionárnosti.
3. Prvýkrát bola vykonaná fyzikálna a štatistická analýza vzťahov medzi parametrami statickej nestability a parametrami, ktoré rastrujú procesy „mriežkovej“ mierky na jednej strane a prítomnosťou alebo absenciou aktívnej konvekcie na strane druhej. uskutočnené
na základe výstupných údajov operačnej schémy objektívnej analýzy.
4. Bola vyvinutá nová vylepšená verzia metodiky na výpočet a zostavenie mapy aktívnych konvekčných zón na základe výstupných prognózovaných údajov.
Tieto hlavné nové závery sa predkladajú na obranu.
SCHVÁLENIE PRÁCE. Hlavné výsledky práce boli prezentované na seminároch Katedry leteckej meteorológie, správa na tému dizertačnej práce bola zaradená do programu 3. celozväzovej konferencie o leteckej meteorológii (Suadal, 1990); Hlavné výsledky získané počas práce a súvisiace s vývojom prognostickej metodológie boli zahrnuté do správ OAM HMC k témam 1. 2v.1 (1991) a VII. Zh. 1 (1992). Niektoré výsledky boli publikované v článkoch:
1. Borisova V. V., Shakina N. II, Sheveleva O. V., Izantropická analýza podmienok, ktoré vytvorili "1 pásy zrážok zistené satelitným radarom s bočným skenovaním. Zborník Štátneho zdravotného strediska Ruskej federácie, 1992, číslo 324.
2. Skrintunova E. E., Shakina N. P., Sheveleva O. V. Vylepšená metodika predpovedania aktívnych konvekčných zón nad juhom východnej Európy, uložený rukopis.
PRAKTICKÁ HODNOTA PRÁCE. Vyvinutá vylepšená metóda pre automatizované predpovedanie aktívnych konvekčných zón na základe výsledkov vlastných a prevádzkových testov poskytuje výrazné zvýšenie úspešnosti predpovedania AC zón. Metodika bola pripravená na posúdenie v Centre pre medicínsky dizajn. Implementácia sa očakáva v RCPC Moskva a GAMC Vnukovo.
ŠTRUKTÚRA A ROZSAH PRÁCE. Dizertačná práca pozostáva z úvodu, štyroch kapitol, záveru a zoznamu literatúry a obsahuje 149 strán tlačeného textu vrátane 18 tabuliek a 35 obrázkov. Zoznam literatúry obsahuje 108 titulov.
Úvod zdôvodňuje relevantnosť témy dizertačnej práce, formuluje účel a ciele výskumu a stručne načrtáva hlavný obsah práce.
Prvá kapitola poskytuje popis problému, prehľad základných princípov predpovedania konvekcie pomocou časticovej metódy a metód na predpovedanie podmienok priaznivých pre konvekčnú aktivitu na veľkých plochách.
Väčšina existujúcich metód na predpovedanie konvekcie je založená na nasledujúcej schéme:
1) predpoveď stavu atmosféry, ktorú zrátate? do okamihu záujmu; vertikálne profily teploty a vlhkosti sú prakticky predpovedané na 6, 12 alebo 18 hodín;
2) posudzuje sa stupeň stability tohto stavu - možnosť rozvoja konvekcie zo zeme alebo z horných úrovní. V závislosti od nestability energetických zásob sa môže vyvinúť konvekcia rôznej intenzity. Predpovedať použitie prahových hodnôt shsn energie nestability alebo akýchkoľvek súvisiacich veličín, od ktorých sa objavuje! významná pravdepodobnosť rozvoja jednej alebo druhej formy konvekcie
Existuje mnoho vývojov zameraných na objektivizáciu prognózy konvekčnej aktivity. Spravidla autor! buď idú cestou jednoduchej objektivizácie známych výpočtových metód (napríklad varianty časticovej metódy), alebo modifikujú!
známe výpočtové metódy vytvárajú špeciálne algoritmy. V súčasnosti má Roshydrometsengr metódu na výpočet zón aktívnej konvekcie, vyvinutú v ZAM, ktorá ako základ používa metódu N. V. Lebedeva na predpovedanie intramass!junction a prediktívne diskriminačné funkcie navrhnuté [\E Reshetovom na predpovedanie konvekcie v baroklinických zónach. Technika využíva výstupné dáta operačnej numerickej predpovednej schémy používanej v Ruskom hydrometeorologickom centre (viacúrovňový adiabatický hemisférický model L. V. Berkoviča).
Okrem vplyvu tepelnej nestability, ktorá spôsobuje neusporiadanú konvekciu, je potrebné vziať do úvahy skutočnosť, že v reálnej atmosfére sú mierky horizontu vrstiev, v ktorých sa konvekcia vyvíja, pomerne veľké (10 km 1). , vrstvy so strihom vetra sú horúce - sú teplotne heterogénne, čo vytvára dodatočné zásoby potenciálnej energie, ktorá môže slúžiť ako zdroj pre rozvoj pohybov vyrovnávajúcich teplotné kontrasty, „ktoré pohyby spôsobené baroklinickou nestabilitou sa môžu vyvinúť s ľahostajnou a dokonca slabo stabilnou stratifikáciou; s nestabilnou stratifikáciou vedie pôsobenie týchto melizmov k vzniku intenzívnejších konvekčných javov. Dodatočný impulz k rozvoju konvekčných pohybov je často daný núteným stúpaním vzduchu, ktorého intenzita je určená dynamickými faktormi.
Konvekcia je často najintenzívnejšia na strechách. Keďže fronty sú baroklinickými zónami, podmienky pre rozvoj konvekcie tu ovplyvňuje hydrodynamická nestabilita. Vertikálne pohyby, ktoré spôsobuje, slúžia ako dodatočný silový faktor pre konvekciu alebo ju potláčajú hydrodynamickú, najmä inerciálnu nestabilitu
je veľkým záujmom z hľadiska zlepšenia predpovede konvekčných javov. Najviac skúmaný špeciálny prípad tohto typu nestability - symetrická nestabilita - vedie k rozvoju pruhov vertikálnych pohybov rovnobežných s frontom Pre ich rozvoj sú priaznivé najmä podmienky vytvorené v nasýtenom vzduchu, t.j. vnútri vrstiev oblakov.
V DRUHEJ KAPITOLE sa venuje analýze a riešeniu lineárneho problému „o zotrvačnej nestabilite vo frontálnych zónach“. Tento problém je nastavený za účelom identifikácie atmosférických podmienok, v ktorých sa vytvárajú konvekčné štruktúry vo forme valcov nerovnobežných s prednou časťou. Z pozorovaní je zrejmé, že takéto štruktúry sú spravidla predĺžené pozdĺž strihu vetra, čo zodpovedá smeru rovnobežnému s frontom prípad charakteristického vzťahu medzi parametrami vĺn a hlavným prúdením.
k7" - pG, (1)
kde veľryba sú vlnové čísla pozdĺž osi x a z, G je Coriolisov parameter.
Tento prípad je stále všeobecnejší ako predtým študovaný prípad takzvaných symetrických porúch. Rovnako ako najjednoduchšie prípady 1=0 alebo V=0 sa dá riešiť analyticky (na rozdiel od všeobecného prípadu).
G*- 1b + «[ ik(co+ki) +
+ (kA+1g)(o^kiANg(kg+) +1 g"1 (th"- O (2)
kde сО je komplexná frekvencia, k, 1, m sú vlnové čísla pozdĺž osí k, y, z. I*" - Brent-Väisäläova frekvencia, n -<*■
Bola vykonaná štúdia podmienok existencie neutrálne stabilných a rastúcich (a konjugovaného tlmenia) hodnôt pre rôzne vlnové dĺžky, rôzne stratifikácie a hrúbky vrstvy. Ďalej je skúmaný vplyv parametrov prúdenia na index rastu vĺn, ktorý sa nachádza ako jeden z koreňov kubickej rovnice (disperzný vzťah).
Zistilo sa, že štruktúry, ktoré nie sú rovnobežné s prednou časťou, sú nestabilné a môžu rásť v širokom spektre podmienok, ale ich rast je pomalší ako pri pruhoch rovnobežných s prednou časťou, a preto by mali dominovať práve tieto pruhy. Vlny skúmaného typu, na rozdiel od symetricky nestabilných vĺn, tvoria usporiadané pásové štruktúry, ktoré nemusia byť nevyhnutne orientované rovnobežne s frontom; zvierajú ľubovoľný uhol so smerom rovnobežným s prednou časťou. Analýza disperzných vzťahov ukázala, že vlny ľubovoľnej orientácie môžu existovať v prúdení so šmykom a zároveň byť neutrálne stabilné alebo nestabilné v širokom rozsahu podmienok, vrátane dostatočne vysokého stupňa stability. Ich rast je však pomalší ako u pruhov rovnobežných s prednou časťou, a preto by mali dominovať tie druhé. Zdrojom energie pre rastúce poruchy, ktoré nie sú rovnobežné s prednou časťou, je kinetická energia prúdenia vzduchu s vertikálnym strihom vetra; teda zdroj je rovnaký ako pri baroklinicky nestabilných poruchách. Uvažované vlny sú v mezoškále (vlnová dĺžka 30 - 300 km) a líšia sa od baro-klinovo nestabilných vĺn synoptickej mierky predovšetkým
jeho nehydrostagicity.
Niekoľko prípadov vývoja konvekčných pásov, ktoré nie sú rovnobežné s frontom, známych z pozorovaní, teda nemožno vysvetliť nestabilitou gravitačne-inerciálneho typu. Žiaľ, v literatúre nie sú žiadne podrobné údaje o parametroch nerovnobežných dutín a čelách, v blízkosti ktorých boli pozorované.
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.
TRETIA KAPITOLA analyzuje pozorovanú trojrozmernú štruktúru prúdenia vzduchu v podmienkach, kedy boli na zemskom povrchu zaznamenané usporiadané systémy pruhov zrážok. Pozorovania uskutočnené pomocou satelitného bočného pozorovacieho radaru (BO radar) indikujú prítomnosť „stôp“ prechodu nariadených zrážkových systémov. „Vlnová dĺžka“ paralelných pásov navlhčenej pôdy sa v 9 prípadoch použitých na analýzu pohybuje od 10 do 35 km; Hovoríme teda o v podstate „podmriežkovej“ škále javu. Pre podrobnejšiu analýzu termobarického poľa v atmosfére,
guľa, v čase najbližšom k pozorovaniam, bola aplikovaná izoentropická analýza pomocou techniky predtým vyvinutej v OAM a opakovane používanej na účely analýzy mezoškály. V rámci tejto techniky sa pomocou kubických splajnov rekonštruujú profily teplotných a veterných komponentov, po ktorých sa vypočítajú výšky izoentropických a vertikálnych plôch. pohyb častíc na týchto povrchoch. Metóda izentropickej analýzy umožňuje s veľkou presnosťou určiť polohu izentropických povrchov a hodnotu Ertelovho potenciálneho víru, čo sú materiálové invarianty hydrostatického prúdenia, umožňuje tiež vypočítať vertikálne pohyby na každej izoploche nezávisle, čo eliminuje tzv hromadenie chýb s výškou. Ako výsledok analýzy stavu atmosféry v čase vývoja pásových štruktúr v oblasti oblačnosti a zrážok boli identifikované 2 triedy charakteristických podmienok.
Prvá trieda zahŕňa situácie spojené s teplým sektorom cyklónu: fenomén sa vytvára vo vzduchu teplého sektora v blízkosti baroklinickej zóny teplého frontu v podmienkach jeho erózie, vývoj konvekcie je obmedzený pozdĺž vertikály usadzovanie
nedostatok vzduchu. Prvá trieda situácií je spojená so zadnou časťou cyklónu: nestabilita sa vyvíja v studenom vzduchu pod stabilnou (čelnou) vrstvou. V niekoľkých momentoch sa však situácia oboch tried ukazuje ako veľmi podobná. V študovaných prípadoch nad tými oblasťami, kde boli pozorované pruhy nerovnomernej pôdnej vlhkosti, štruktúra atmosféry zahŕňala vrstvy pravdepodobného vývoja vlnových pohybov so stratifikáciou blížiacou sa vlhkosťou indiferentnou. Vrstvy sa vyznačujú obmedzenou vertikálnou hrúbkou (do 4 km). Vietor sa v týchto prípadoch spravidla málo mení s nadmorskou výškou v smere, zatiaľ čo jeho rýchlosť sa zvyčajne zvyšuje a pre prípady triedy 1
jeho typická hodnota je 3-5 m/s pri zemi a 15-E0 m/s v oblasti tropopauzy; pre druhú triedu 5-10 a 25-30 m/s, resp. Smer vetra je rovnobežný s pozorovanými pruhmi. Skúmaný jav je opakovane spojený s tvorbou vĺn vpredu alebo s úsekom, v ktorom čelo mení znamienko s angicyklonálnym zakrivením izohyps. V iných prípadoch (trieda 2) sa jav vyvíja v neprítomnosti výraznej frontálnej zóny, ale v prítomnosti zvýšenej baroklinity v strednej troposfére a pri hodnotách frontogenetickej funkcie zodpovedajúcich frontogenetickej funkcii. To znamená, že v momente rozvoja javu nevyhnutne nastáva nestacionárnosť baroklinickej zóny. Zároveň nebol zaznamenaný vznik pásových štruktúr spojených napríklad s dobre vyvinutými, rýchlo sa pohybujúcimi atmosférickými frontami. ktorý by bol jasne viditeľný v celej hrúbke atmosféry a zachoval by si znak frontogenetickej funkcie v po sebe nasledujúcich časových okamihoch. Možno práve premena baroklinickej zóny zohráva istú úlohu vytvárajúca špecifické podmienky pre vznik kváziperiodických zrážkových polí.
Okrem toho bola v tretej kapitole vykonaná porovnávacia analýza polí vertikálnych pohybov vypočítaných metódou entropickej analýzy (a boli získané hodnoty vertikálnych pohybov, ktoré boli dobre konzistentné v čase a priestore), s poliami vertikálnych pohybov vypočítanými všeobecne akceptovanou metódou Vo všeobecnosti poskytujú polia vertikálnych pohybov priradené oboma metódami súhrnné obrázky rozdelenia vertikálnych pohybov, avšak v prípade výpočtu pomocou metódy izontropickej analýzy byť menej hladké a detailnejšie, čo je výhodou tejto metódy.
ŠTVRTÁ KAPITOLA je venovaná fyzikálnej a štatistickej analýze
podmienky pre rozvoj aktívnej konvekcie nad skúmaným územím a zlepšenie metódy objektívneho predpovedania zón aktívnej konvekcie. Prezentované sú klimatické charakteristiky zrážok a konvekčných javov nad posudzovaným územím. Analyzujú sa súvislosti medzi rôznymi parametrami stratifikácie a synoptickými procesmi, vyberie sa systém potenciálnych prediktorov a vykoná sa diskriminačná analýza vzorky. Nasledujúce prediktory boli považované za najinformatívnejšie:
1) O, TK (vzdialenosť Mahalanobiea 1681,21)
2) aH&o>O, NK (Mahalanobisova vzdialenosť 1643,01) (3)
3) dT, B, TK (Mauchlanobisova vzdialenosť 1638,37)
4) 0, ¡^ , NK (Mahalanobisova vzdialenosť 1628,67), tu dH^ je Laplacián geopotenciálu izobarickej plochy 850 hPa. Táto hodnota je sama o sebe dosť informatívna ako separačné kritérium. Pri použití 4 Н^ ako jediného prediktora pri prahovej hodnote jej Yuda teda dopadla úspešnosť predpovede nasledovne: celková presnosť 74. OX, presnosť predpovede na prítomnosť aktívnej konvekcie 62. O7., presnosť predpovede jej absencie 79. 3 predvídateľnosť prítomnosti aktívnej konvekcie 65.17., upozornenie na jej absenciu - 83.57..
O - celkový deficit rosného bodu na izobarických plochách 850, 700, BOOgSH" Vo vzťahu k našim materiálom je kritériom separácie touto hodnotou jej hodnota 34*, na rozdiel od hodnoty 2B", používanej v metóde N. E. Lebedeva, čo sa zjavne vysvetľuje klimatickými črtami skúmanej oblasti
dT“ - rozdiel medzi teplotou suchého a mokrého teplomeru na povrchu je 850 hPa, t.j. hodnota charakterizujúca blízkosť vzdušných pár k nasýtenej vode
Tabuľka 1 Charakteristiky účinnosti separácie pomocou kombinácií troch a štyroch najinformatívnejších parametrov
PREDIKÁTORY
ospravedlnenie žaloby
oh|n£i|ots |AK | AK
preuire-adeshjust
kritériá
Rubinstein
diskriminačný
funkcie (I, - za minulosť a ostatné hotovosť. (C, - na predpovedanie neprítomnosti javu.
b,-0. 058^+0. 430+0. 897TX--9. 425
1^=0. 031d|^+0. 6310+0. 766 Zh --10,064
b, -0,115 dts + 0,2380 + 0. 004NK--4,749
b^-0,095aH^O. 3250+0. 005NK--7,902
b, -0,57 dT -O, 3160+0,93TK-9,16 |_x -0,888^T +0. 4070+0. 783 GK -- 10 823
b -0,1450+0. OZbTs^+0,002NK--3,376
B-O. 2260+0,044^+0,003NK--7,706
a -0,088L^+4T +0,3490+0,8791"
10. 455 G-O. 067^^5+1. 217LT +0,4320+ +0,745-K-11,586
I_I-■ ■ ■ *
snímanie blízkosti saturácie vzduchovej pary. Zistilo sa, že prahová hodnota by sa mala považovať za dT ~ 3,5*. Táto hodnota sa ukazuje ako veľmi informatívna pri výpočte s použitím údajov z archívu analýzy objektov (celková presnosť 777., Bagrovovo kritérium 0,60, Obukhov O. kritérium 54), ale pri výpočte s použitím numerických predpovedných údajov je úspešnosť predpovede pomocou &T výrazne klesá, čo sa vysvetľuje nedostatočnou presnosťou parametra prognózy vlhkosti v súčasnej prevádzkovej schéme v porovnaní s predpoveďou tlakových charakteristík
leniya. Vzhľadom na to, na použitie v vylepšenom
leniya. Berúc toto do úvahy, navrhuje sa diskriminačná funkcia na použitie v vylepšenej metodológii, ktorá zahŕňa tlakovú charakteristiku.
Нloc¿ geopotenciál izobarického povrchu 1000 rila, charakterizujúci hodnotu povrchového tlaku. Tento najväčší prediktor, ktorý sa používa ako jediný prediktor, s kritériom oddelenia 117 priehrad, poskytuje nasledujúcu úspešnosť predpovede: celková presnosť predpovede 69,7 Z, presnosť predpovede na prítomnosť javu 51,1 %, presnosť predpovede pre jeho absenciu 94,3 %, predikovanú prítomnosť javu 96,4 %, prevenciu jeho absencie je 45,2 %.
Pre každú z kombinácií (.) sa získali hodnoty odôvodnenia a varovania, Bagrovovo a Obukho kritérium, ako aj Rubinsteinovo kritérium, ktoré zohľadňuje nerovnakú hodnotu strát z falošných poplachov a falošných poplachov. závislá vzorka.
týchto javov pre prahovú pravdepodobnosť P=0. b (Tabuľka 1). Ďalej boli nájdené diskriminačné funkcie pre každú kombináciu troch parametrov.
Okrem toho boli vykonané výpočty pre čiastkové vzorky získané zo všeobecnej vzorky ich rozdelením podľa hodnôt jednotlivých parametrov. Všeobecne; rozdelenie na čiastkové vzorky neviedlo k výraznému zlepšeniu výsledkov.
Na základe týchto výsledkov bola sformulovaná vylepšená metodika pre automatizované predpovedanie aktívnych konvekčných zón. Používa sa prvá z funkcií DC-criminant (3). Technika zahŕňa nasledujúce kroky
1) Výpočet Laplaciánov geopotenciálu na ploche 850g11&.
2) „Výpočet parametrov konvekcie: nadmorská výška a kondenzačná teplota.
3) Výpočet charakteristík vlhkosti: jej celkový deficit na povrchoch 850, 700, 500 hPa, ako aj teplotné rozdiely
suché a mokré žiarovky pri zemi.
4) Výpočet hodnôt diskriminačnej funkcie
1 ^,115-^0,240 b 0,004" NK -4,749 (4)
5) Výpočet pravdepodobnosti výskytu javu.
$) Na základe hodnôt pravdepodobnosti sa automaticky vytvorí mapa aktívnej konvekcie. Zóna je ohraničená izočiarou, ale s hodnotami pravdepodobnosti 25 % (v súlade s kritériami oddelenia uvedenými vyššie). Okrem toho sú osobitne zvýraznené tie časti zóny, kde výskyt aktívnej konvekcie možno považovať za takmer nepodmienený (hodnota pravdepodobnosti 607 a viac).
Metodika bola testovaná v kvázi online režime v Laboratóriu pre testovanie nových prognostických metód v súlade s
Ryža. 1. Subregión prognózovaného územia, pre ktorý bola vyvinutá vylepšená metodika prognózovania zón aktívnej konvekcie.
téma 1.2v.1 na základe materiálu teplej sezóny 1992.
Táto metodika bola síce vypracovaná len pre časť európskeho územia krajiny (obr. 1), ale v procese vypracovania témy 1.2c. 1, pri testoch došlo k pokusu o zovšeobecnenie na celé ETC, čo sa do istej miery ospravedlnilo. Charakteristiky úspešnosti prognózy pre územie, pre ktoré bola metodika priamo vyvinutá, sa ukázali byť vyššie ako pre celé územie ako celok a ešte viac ako pre jeho severnú a strednú časť: A prečo sú dokonca dosť vysoké? pre sever ETC. Charakteristiky úspešnosti prognózy sú uvedené v tabuľke 2. Poskytnutie ospravedlnenia pre všetkých
Tabuľka 2. Ukazovatele úspešnosti prognózy pomocou navrhovanej metódy
1 |Ukazovatele úspešnosti mesta - Dp v celej Európe - 1 Pre nie >:ch správne. Pre južné
| predpoveď, X územie krajiny časti (obr. 4.6) časti
| 1 (prirodzené opakovanie)
kapacita 48,5 53,2 43,6
|všeobecná kapacita spracovania 70. 8 66. 7 78. 1
|oprávnenosť pro-
predpoveď prítomnosti javu 76. 7 76. 2 84. 0
|oprávnenosť pro-
gnóza absencie javov. 67,5 60,9 75,2
|aredukovateľnosť
| javy B7. g 54,5 61,4
varovanie od-
absencia javu 83,7 80,6 90,9
Bagrovove kritérium 0,411 0,345 0,54
1 Obukhovovo kritérium 0, 497, 0,35 0, 521
územia ako celku je 70,8 %, presnosť predpovede na prítomnosť javu je 76,77., presnosť predpovede neprítomnosti javu je 67,5 %, predpovedaný jav je 57,27 %, predikcia jeho absencia je 87. pre južnú časť územia sú tieto ukazovatele vyššie o 4-8. Bagrovove a Obukhovove kritériá sú 0,411 a 0,497 v prvom prípade a 0,54 a 0,621 v druhom prípade. Na porovnanie uvádzame miery úspešnosti získané na rovnakom materiáli pri predpovedaní pomocou predtým akceptovanej metódy. Sú to: celkové odôvodnenie 67. 5X, Tabuľka. 3. Ukazovatele úspešnosti prognózy pomocou navrhovanej metódy v prípade prechodu na pravdepodobnostnú formu prognózy
1 | Predpokladaná pravdepodobnosť výskytu AK 1 2 1 ........ 1 (Skutočná frekvencia výskytu pre dané mesto- | 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 | | |
zdôvodnenie predpovede výskytu javu 60,6 %, zdôvodnenie predpovede neprítomnosti javu 76,6X, zabránený jav 76,8 %, zamedzenie jeho neprítomnosti 60,3 %, ¿ng-radové kritérium 0,365, Obukhovovo kritérium O. 372 Je zrejmé, že použitie nových, vylepšených metód prináša značné výhody aj pre sever územia, nehovoriac o jeho južnej časti.
V tabuľke V tabuľke 3 sú uvedené charakteristiky pravdepodobnostnej podoby prognózy. Ukazuje sa, že hodnoty skutočnej opakovateľnosti javu sú trochu „posunuté“ smerom k väčším hodnotám, čo sa vysvetľuje rozdielom vo veľkostiach vzoriek neprítomnosti a prítomnosti javu. Reálna prahová hodnota sa ukazuje ako pravdepodobnosť výskytu javu okolo 25 %, čo potvrdzuje správnosť výberu separačného kritéria pre alternatívnu formu prognózy.
HLAVNÉ VÝSLEDKY A ZÁVERY
1. Analytickým riešením rovnice pre inerciálne-nestabilné vlny sa zo spektra jej riešení vyberie trieda vĺn, ktorých vlnové dĺžky spĺňajú podmienku ku""tG, určí sa ich fázové rýchlosti, rýchlosti rastu a ďalšie charakteristiky za určitých podmienok. Účelom tejto štúdie je posúdiť možnosť vývoja vlnových štruktúr umiestnených v ľubovoľnom uhle k línii atmosferického frontu. Zistilo sa, že hoci takéto vlny budú existovať v širokom rozsahu podmienok neutrálne – stabilné a nestabilné, no ich miery rastu, ak sú ostatné veci rovnaké, sú nižšie, ale rýchlosť sa zvýšila
To je väčšie ako u predtým študovaných symetricky nestabilných vĺn, ktoré tvoria pásové štruktúry orientované rovnobežne s prednou časťou. Na základe toho sme dospeli k záveru, že v reálnych podmienkach by mal prevládať druhý, čo potvrdzujú aj terénne údaje.
2. Boli študované a klasifikované synoptické podmienky pre vznik pásových štruktúr bohatých na mäso s heterogénnou pôdnou vlhkosťou. Účelom tejto štúdie je zistiť, do akej miery súvisí trojrozmerná štruktúra prúdenia a jeho veľkorozmerné charakteristiky s možnosťou vzniku mezomerítkových nehomogenít v poliach meteorologických prvkov. Ukázalo sa, že existujú 2 triedy podmienok pre ich vznik, z ktorých prvá je spojená s teplým sektorom cyklónu a zahŕňa prítomnosť erodujúceho atmosférického frontu (zvyčajne teplého) s charakteristickými hodnotami rýchlosti vetra 3. -5 m/s pri Hemli a 15-20 m/s v oblasti tropopauzy; vývojová vrstva konvekcie má malú vertikálnu hrúbku (1,5-3 km) a je obmedzená vertikálnymi pohybmi smerom nadol. Druhá trieda je spojená so zadnou časťou cyklónu a je charakterizovaná exacerbáciou baroklinickej zóny s rýchlosťou vetra 5-10 a 25-30 m/s; rozvoj konvekcie v studenom vzduchu je obmedzený vrstvou zvýšenej stability umiestnenou v nadmorskej výške 3-6 km. Štruktúra polí meteorologických prvkov bola obnovená metódou izontropickej analýzy
3. V procese výskumu (položka 2) sa zistilo, že pri výpočte vertikálnych pohybov metódou izontropickej analýzy, ktorá vylučuje akumuláciu chýb s výškou, je možné získať polia vertikálnych pohybov, ktoré sú dobre konzistentné v čas a priestor. Existuje všeobecná zhoda s poľami vertikálnych pohybov vypočítaných z
operačný model, ktorý prijalo centrum Roshydrrmetcenter,
Izentropická analýza poskytuje menej rozmazaný a vyhladený obraz, čo je výhodou.
4. Bola vykonaná štatistická štúdia o možnosti použitia rôznych veľkorozmerných („mriežkových“) charakteristík prúdenia vzduchu ako prediktorov. Štúdia bola vykonaná pre územie juhu európskej časti krajiny na materiáli 3 teplých sezón (1988-1990). Vybrali sme tie veličiny (Laplaciány geopotenciálu rôznych izobarických plôch, horizontálny teplotný gradient a pod.), ktoré sa aj pri existujúcej databáze ukázali ako významné prediktory v predpovedi aktívnej konvekcie. Ostatné veličiny, ako frontogenéza, uhol advekcie atď., boli zamietnuté z toho dôvodu, že pri ich výpočte pomocou konečných diferenčných aproximácií derivácií dochádza k nadmernému vyhladzovaniu a následne k strate prediktívnej hodnoty vypočítaných veličín (hoci, samozrejme zodpovedajúce hydrodynamické veličiny sú významné pre vznik mezomerítkových oblakov a zrážkových polí).
5. Metódou diskriminačnej analýzy na špecifikovanom materiáli boli medzi vybranými veličinami stanovené väzby, ktoré umožňujú predpovedať výskyt aktívnej konvekcie na základe údajov v rohoch regionálnej siete (na materiáli objektovej analýzy, t.j. v rámci koncepcie RR sa ako optimálne ukázali tieto kombinácie prediktorov:
a) Laplacián geopotenciálu izobarického povrchu 8П0гПн, celkový deficit vlhkosti na povrchoch 500, 700 850 rila, teplota (alebo výška) hladiny kondenzácie.
b) rozdiel medzi teplotou vzduchu a vlhkou teplotou
teplomer na izobarickom povrchu 850 hPa, celkový deficit vlhkosti na izobarickom povrchu 500, 700, 850 hPa, kondenzačná hladina teplota.
b) celkový deficit vlhkosti, geopotenciál izobarického povrchu 1000 hPa, výška hladiny kondenzácie.
O koľko menej úspešná bola predpoveď pre niektoré ďalšie kombinácie parametrov, vrátane Laplacianu geopotenciálu na povrchu ZOOgPa, horizontálneho teplotného gradientu na povrchu 850 hPa.
ü. Bola vyvinutá metóda výpočtu zón aktívnej konvekcie, zahrnutá ako lokálna v odporúčaniach na zavedenie automatizovanej predpovede na základe výstupných údajov numerického operačného hemisférického režimu w. Technika prešla autorskými a prevádzkovými skúškami, predpokladá sa jej implementácia v vrte F 11.311 ^> a GAMC Vnukovo.
Použitie: vo všetkých oblastiach ľudskej činnosti, kde je dôležité vedieť vopred o výskyte situácií, ktoré sú sprevádzané značnými materiálnymi škodami. Podstata: hodnoty atmosférického tlaku, teploty a vlhkosti vzduchu sa merajú na rôznych miestach atmosféry. Z nich sú určené hodnoty maximálnej vertikálnej konvekčnej rýchlosti vzduchu a vertikálnej rýchlosti veľkého usporiadaného pohybu na úrovni 850 hPa. Dodatočne sa meria amplitúda dennej zmeny vertikálnej rýchlosti rozsiahleho usporiadaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa. Pri splnení danej podmienky je daná predpoveď spontánnych konvekčných javov. Technický výsledok: zvýšenie spoľahlivosti predpovede ktoréhokoľvek zo známych typov spontánnych konvekčných hydrometeorologických javov alebo ich kombinácie.
Vynález sa týka meteorológie, presnejšie metód predpovedania takýchto nebezpečných a spontánnych konvekčných hydrometeorologických javov (prehánky, krupobitie, búrky) v špecifických oblastiach zemegule, ktoré sú vyvinuté na základe údajov o hodnotách meteorologických parametrov v predchádzajúci deň a možno ich najefektívnejšie využiť vo všetkých oblastiach ľudskej činnosti, kde je dôležité vopred vedieť o možnosti vzniku takých situácií, ktoré sú sprevádzané značnými materiálnymi škodami. Známa je metóda predpovede spontánnych konvekčných hydrometeorologických javov, ktorá spočíva v meraní na rôznych miestach atmosféry hodnôt atmosférického tlaku, teploty a vlhkosti vzduchu, ktoré určujú hodnotu maximálnej vertikálnej konvekčnej rýchlosti vzduchu (Sprievodca krátkym -termínové predpovede počasia 1. časť. L.: Gidrometeoizdat, 1986, s. 444-448). Nevýhodou tohto známeho spôsobu je, že jeho použitie je obmedzené len na predpovedanie jedného z nebezpečných konvekčných javov, a to krupobitia. Zo známej technickej podstaty a dosiahnutého výsledku je najbližšia metóda predpovede spontánnych konvekčných hydrometeorologických javov, ktorá spočíva v meraní na rôznych miestach atmosféry hodnôt atmosférického tlaku, teploty a vlhkosti vzduchu, z ktorých vychádza hodnota maximálna vertikálna konvekčná rýchlosť vzduchu a vertikálna rýchlosť rozsiahleho nariadeného pohybu vo vzduchu je stanovená na úrovni 850 hPa (Príručka pre diagnostiku a predpoveď nebezpečných a obzvlášť nebezpečných zrážok, krupobitia a víchrice na základe údajov z meteorologických radarov a umelých. Satelity Zeme / N.I., V.F. Nevýhodou tohto známeho spôsobu je, že jeho použitie je obmedzené len na predpovedanie jedného typu nebezpečných konvekčných javov, a to prehánok. Výsledkom je, že spoľahlivosť predpovede iných nebezpečných konvekčných javov (krupobitie, prehánky), ktoré sú v niektorých prípadoch pozorované súčasne s prehánkami, nie je vysoká. Technickým výsledkom vynálezu je zvýšenie spoľahlivosti predpovede ktoréhokoľvek zo známych typov spontánnych konvekčných hydrometeorologických javov alebo ich kombinácie. Tento technický výsledok je dosiahnutý tým, že v metóde predpovede samovoľných konvekčných hydrometeorologických javov, vrátane merania na rôznych miestach atmosféry hodnôt atmosférického tlaku, teploty a vlhkosti vzduchu, z ktorých sa určuje hodnota maximálnej vertikálnej konvekcie. rýchlosť vzduchu a vertikálna rýchlosť veľkého usporiadaného pohybu na úrovni 850 hPa, podľa vynálezu sa dodatočne meria amplitúda dennej zmeny vertikálnej rýchlosti veľkého usporiadaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa. , a predpoveď spontánnych konvekčných javov je daná, ak je splnená podmienka c 1 W m +c 2 850 +c 3 850 +c 4 0, kde: c 1 , c 2, c 3, c 4 - empirické koeficienty, hodnoty z toho pre teplé obdobie roka sú napr.: c 1 = 2 (s/m), c 2 = -0,52 (12 h/hPa), c 3 = -0,16 (12 h/ hPA), c4 = -90; W m - hodnota maximálnej vertikálnej konvekčnej rýchlosti (m/s); 850 - hodnota vertikálnej rýchlosti veľkého usporiadaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa (hPa/12 h); 850 - hodnota amplitúdy dennej variácie vertikálnej rýchlosti veľkého usporiadaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa (hPa/12 h). Navrhované technické riešenie spĺňa podmienky patentovateľnosti „Novinka“, „Vynálezecký krok“ a „Priemyselná využiteľnosť“, keďže deklarovaný súbor vlastností: meranie atmosférického tlaku, teploty a vlhkosti vzduchu na rôznych miestach atmosféry, stanovenie maximálna vertikálna konvekčná rýchlosť od nich vzduchu a vertikálna rýchlosť veľkého usporiadaného pohybu na úrovni 850 hPa, dodatočné meranie amplitúdy dennej variácie vertikálnej rýchlosti veľkého usporiadaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa a predpovedanie spontánnych konvekčných javov pri splnení podmienky c 1 W m +c 2 850 +c 3 850 +c 4 0, kde: c 1, c 2, c 3, c 4 sú empirické koeficienty, hodnoty ktoré pre teplé obdobie roka sú napr.: c 1 = 2 (s/m), c 2 = -0,52 (12 h/m hPA), c 3 = -0,16 (12 h/hPA), c 4 = -90; W m - hodnota maximálnej vertikálnej konvekčnej rýchlosti (m/s); 850 - hodnota vertikálnej rýchlosti veľkého usporiadaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa (hPa/12 h); 850 - hodnota amplitúdy dennej variácie vertikálnej rýchlosti rozsiahleho usporiadaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa (hPa/12 h) zabezpečuje dosiahnutie neočividného výsledku; zvýšenie spoľahlivosti predpovede niektorého zo známych typov spontánnych konvekčných hydrometeorologických javov alebo ich kombinácie. Metóda predpovedania spontánnych konvekčných hydrometeorologických javov navrhnutá v tomto vynáleze je použiteľná vo všetkých oblastiach ľudskej činnosti, kde je dôležité vopred vedieť o možnosti vzniku takých situácií, ktoré sú sprevádzané značnými materiálnymi škodami.
Nárokovať
Metóda predpovede spontánnych konvekčných hydrometeorologických javov v teplej polovici roka, ktorá spočíva v meraní na rôznych miestach atmosféry hodnôt atmosférického tlaku, teploty a vlhkosti vzduchu, z ktorých vychádza hodnota maximálnej vertikálnej konvekčnej rýchlosti vzduchu. a zisťuje sa vertikálna rýchlosť veľkého usporiadaného pohybu na úrovni 850 hPa, vyznačujúca sa tým, že dodatočne sa meria amplitúda dennej zmeny vertikálnej rýchlosti veľkého usporiadaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa, a predpoveď spontánnych konvekčných javov je daná, ak je splnená podmienka c 1 W m +c 2 850 +c 3 850 +c 4 0, kde c 1, c 2, c 3, s 4 - empirické koeficienty, hodnoty z toho si = 2 (s/m), s2 = -0,52 (12 h/hPa), s3 = -0,16 (12 h/hPa), s4 = -90; W m - hodnota maximálnej vertikálnej konvekčnej rýchlosti, (m/s); 850 - hodnota vertikálnej rýchlosti veľkého usporiadaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa (hPa/12 h);
850 - hodnota amplitúdy dennej variácie vertikálnej rýchlosti veľkého usporiadaného pohybu vzduchu na úrovni 850 hPa (hPa/12 h).
Podobné patenty:
Vynález sa týka meteorológie a je určený na použitie v systéme opatrení na ochranu ovzdušia na rýchlu identifikáciu zdrojov znečistenia ovzdušia (AP) s aktuálnou regulačne nepovolenou úrovňou emisií škodlivých látok (HS)
Hlavný vývojár – Alexander Sprygin ( [e-mail chránený]).
S pomocou a podporou Alexandra Conrada a Alexandra Terekhina ( [e-mail chránený]).
Na zostavenie máp bol použitý softvér GrADS.
Predpoveď od +3 do +72 hodín (3 dni).
001 | 002 | 003 | 004 | 005 | 006 | 007 | 008 | 009 | 010 | 011 | 012 | 013 | 014 | 015 | 016 | 017 | 018 | 019 | 020 | 021 | 022 | 023 | 024 | 025 | 026 | 027 | 028 | 029 | 030 | 031 | 032 | 033 | 034 | 035 | 036 | 037 | 038 | 039 | 040 | 041 | 042 | 043 | 044 | 045 |
046 | 047 | 048 | 049 | 050 | 051 | 052 | 053 | 054 | 055 | 056 | 057 | 058 | 059 | 060 | 061 | 062 | 063 | 064 | 065 | 066 | 067 | 068 | 069 | 070 | 071 | 072 | ||||||||||||||||||
Laplacián zníženého atmosférického tlaku (tlak na úrovni mora, SLP)
Laplacian SLP - Laplaceov pohon pre pole so zníženým tlakom. V kontexte našej štúdie je najvýznamnejšie, že kladné hodnoty Laplacianu určujú konvergenciu tokov a prispievajú k vzniku rozsiahlych vzostupných pohybov v spodnej troposfére, priaznivých pre vznik konvekčných javov.
Špecifická vlhkosť
Špecifická vlhkosť - hmotnosť vodnej pary v gramoch na kilogram zvlhčeného vzduchu [g/kg], teda pomer hmotností vodnej pary a zvlhčeného vzduchu. Čím vyššia je merná vlhkosť vzduchu, tým rýchlejšie je stúpajúca častica nasýtená, tým nižšia je spodná hranica konvekčnej oblačnosti a tým rýchlejšie sa vyvíja pri otepľovaní.
Teplotná advekcia na izobarickej úrovni 850 hPa
Pozitívna advekcia tepla na tejto úrovni prispieva ku vzniku a rozvoju silných konvekčných búrok.
Konvergencia vlhkosti
Konvergencia prúdenia vlhkého vzduchu prispieva k zintenzívneniu tvorby oblakov typu cumulonimbus a vytváraniu mezoškálovej organizácie konvekčných búrok (pozdĺž línií alebo v blízkosti stredov pozitívnych hodnôt konvergencie).
Rýchlosť a smer vetra na rôznych úrovniach
Vietor na rôznych úrovniach - posun vetra a zosilnenie s výškou môže výrazne zvýšiť konvekciu aj pri pôvodne nepriaznivých podmienkach (slabá nestabilita) a sú zahrnuté v rovniciach množstva konvekčných indexovRosný bod vo výške 2 m od povrchu
Rosný bod - teplota, pri ktorej vlhkosť vo vzduchu začína kondenzovať. Čím vyšší je rosný bod, tým rýchlejšie je stúpajúca častica nasýtená, tým nižšia je spodná hranica konvekčnej oblačnosti a tým rýchlejšie sa vyvíja pri otepľovaní.
CAPE
z f, z n
Tν balík
Тν bnv
g
).
- CAPE pod 0
- CAPE od 0 do 1000
- CAPE od 1000 do 2500
- CAPE od 2500 do 3500
- CAPE nad 3500
Zdvihnutý index
Index vztlaku (Li)
vlhkosť vzduchu
LI ≥ 4
LI 2…3
LI 1…2
LI 0...1
LI 0...-1
LI -1…-2
LI -2…-3
LI -3…-4
LI -4…-5
LI -5…-6
LI< -6
- Povrchová LI –
- Najlepšie LI –
Zdvihnutý index
Index vztlaku (Li) je ďalším indikátorom nestability. Tento index sa vypočíta podľa vzorca:
Li = T500mb (amb.) - T500mb (často),
to znamená, že hodnota teploty vzduchovej vrstvy na úrovni 500 hPa (asi 5,5 km) mínus hodnota teploty vzduchovej hmoty stúpnutej v dôsledku konvekcie na úroveň 500 hPa a invázie do tejto vzduchovej vrstvy. Napríklad teplota vzduchovej vrstvy pri 500 hPa je -5°. Teplota vzduchovej hmoty, ktorá v dôsledku konvekcie vystúpila na úroveň 500 hPa a vnikla do tejto vzduchovej vrstvy, je +3°. Odčítanie: -5-(+3)=-8. LI = -8. A tu nie je nič zložité. Ak je konvekcia taká prudká, že stúpajúce vzduchové masy jednoducho nemajú čas vychladnúť viac ako vzduch, ktorý ich obklopuje, potom vznikajú silne záporné (-3 alebo nižšie) hodnoty LI, ktoré slúžia ako „potrava“ pre silné búrky. Záporné hodnoty indikujú nestabilitu v atmosfére a naznačujú prítomnosť silných vzostupných prúdov, ktoré spôsobujú búrky a silné zrážky. Naopak, pri absencii konvekcie je vrstva vzduchu na úrovni 500 hPa homogénna a nedochádza k žiadnym atmosférickým minikataklizmám. Tento indikátor sa často používa v spojení s CAPE na predpovedanie búrok. Je však potrebné vziať do úvahy vlhkosť vzduchu, pretože Samotná konvekcia nestačí na vyvolanie búrky.
LI ≥ 4 – absolútna stabilita, pravdepodobnosť búrky 0 %;
LI 2…3– ojedinelý Cu kong možný, pravdepodobnosť búrky 0 – 19 %;
LI 1…2– slabá konvekcia (Cu kong.), pravdepodobnosť búrok 19 – 32 %;
LI 0...1– možné slabé prehánky (izolované Cb), pravdepodobnosť búrok 32 – 45 %;
LI 0...-1– možné slabé búrky, pravdepodobnosť 45 – 58 %;
LI -1…-2– slabé búrky takmer všade, sú možné búrky, pravdepodobnosť búrok je 58 – 71 %;
LI -2…-3– pravdepodobnosť búrok je vysoká (71 – 84 %), môžu byť mierne;
LI -3…-4– očakávajú sa silné búrky (pravdepodobnosť 84 – 100 %), víchrica, možné krupobitie;
LI -4…-5– všade silné búrky, víchrica, krupobitie, hlboká konvekcia;
LI -5…-6– veľmi silné búrky, tvorba supercel, veľké krupobitie, možné tornáda;
LI< -6 – „výbušná“ konvekcia, tornáda, záplavy, ničivé búrky, stupeň ohrozenia je extrémne vysoký;
Existujú 2 typy indexu vztlaku:
- Povrchová LI – tento index sa počíta každú hodinu za predpokladu, že častica stúpa z povrchu. Na jej výpočet sa používa hodnota zemnej vlhkosti a teploty. Táto metóda platí pre dobre premiešanú, takmer suchú adiabatickú hraničnú vrstvu, kde sú povrchové charakteristiky podobné tým, ktoré sa pozorujú pri vrstve 50 – 100 mb.
- Najlepšie LI – najnižšia hodnota Li vypočítaná od povrchu zeme po vrstvu 850 mb.
Konvekčná dostupná potenciálna energia (CAPE)
CAPE – dostupná konvekčná potenciálna energia je množstvo vztlakovej energie dostupnej na vertikálne zrýchlenie vzduchovej častice alebo množstvo práce, ktorú vzduchová častica vykoná pri stúpaní. Používa sa na predpovedanie búrkovej aktivity a konvekčných javov. CAPE je kladná oblasť na diagrame medzi vlhkou adiabatickou čiarou a krivkou stavu vzduchu od úrovne voľnej konvekcie po úroveň vyrovnania teploty. CAPE sa meria v jouloch na kg vzduchu a vypočíta sa pomocou vzorca:
z f, z n
- výšky voľnej konvekcie a úrovne vyrovnania teploty (neutrálny vztlak);
Tν balík
- virtuálna teplota určitej častice vzduchu;
Тν bnv
- virtuálna teplota okolia;
g
- zrýchlenie voľného pádu (9,81 m/s 2).
Keď je častica nestabilná (jej teplota je vyššia ako jej okolie), bude ďalej stúpať, kým nedosiahne stabilnú vrstvu (hoci hybnosť, gravitácia a iné sily môžu spôsobiť, že častica sa bude ďalej pohybovať). Existujú rôzne typy CAPE: Downdraft CAPE (DCAPE) – ukazuje potenciálne zrážky atď.
- CAPE pod 0– ustálený stav (búrky nie sú možné);
- CAPE od 0 do 1000– slabá nestabilita (možné búrky);
- CAPE od 1000 do 2500– mierna nestabilita (silné búrky a prehánky);
- CAPE od 2500 do 3500– silná nestabilita (veľmi silné búrky, krupobitie, víchrica);
- CAPE nad 3500– výbušná konvekcia (supercely, tornáda atď.).
Index nízkeho šmyku
Tento index ukazuje rozdiel medzi rýchlosťou vetra pri povrchu a vo výške 700 mb. Veľkosť strihu vetra v spodnej vrstve (0 - 3 km) je dôležitou charakteristikou pre predpovedanie derechov a ozvien oblúkov.
Ak je posun menší 11 m/s– slabý posun, výskyt „ozveny luku“ je nepravdepodobný;
Ak je posun od 12 až 19 m/s– mierny strih („ozvena luku“ pravdepodobne spolu s ničivým vetrom);
Ak je posun väčší 20 m/s– silný šmyk (100% výskyt „oblúkovej ozveny“ spolu s ničivými vetrom pretrvávajúcimi vo významných výškach od povrchu).
Deep Layer Shear (DLS)
Definovaná ako veľkosť vektorového rozdielu medzi vektorom rýchlosti vetra vo výške 450 mb a vektorom vetra na zemskom povrchu. Alternatívne môže byť použitá dĺžka hodografu vo vrstve od 0 do 6 km. Šmyk v tejto vrstve sa používa na určenie potenciálu supercely. To však nie je veľmi dobrý ukazovateľ na určenie rotačného potenciálu v spodnej vrstve.
- DLS: 35 – 39 kt– nízky potenciál pre rozvoj superceliek;
- DLS: > 40 kt– najpravdepodobnejší je vývoj supercely.
* Experimentálny index silných konvekčných búrok SCS (Severe Convective Storm)
Komplexný, testovateľný index vyvinutý z kombinácie indexov konvekcie, ktoré najlepšie fungujú pri predpovedaní silných búrok. Index zohľadňuje najdôležitejšie podmienky pre vznik silnej organizovanej konvekcie, ako sú: nestabilita, strih vetra, advekcia tepla, vírivosť, špecifické teplotné a vlhkostné charakteristiky na rôznych úrovniach.
Vzorec**: SCS = 0,083*scpsfc+0,667*ui+0,5*mcsi+0,0025*pot+0,025*ti,
Kde:
scpsfc – index SCP pomocou sfcCAPE,
ui – Peskov index,
mcsi – index MCS,
pot – index POCT,
ti – Thompsonov index.
Interpretácia hodnôt indexu SCS:
- <1 : nepredpokladá sa vývoj silných konvekčných búrok (MCS), miestami možné slabé búrky;
- 1…2 : MCS sú nepravdepodobné (pravdepodobnosť približne 10-20%). Možné sú mierne búrky s izolovanými nežiaducimi udalosťami (AE);
- 2...3 : mierna možnosť MCS (20-40%), podmienky pre nepriaznivé konvekčné javy a mierne búrky;
- 3...4 : priemerná pravdepodobnosť MCS (40-60%), možné komplexy nežiaducich udalostí (CAE), niekedy nebezpečné udalosti (HE);
- 4...5 : vysoká pravdepodobnosť vzniku MCS (60 – 90 %) a OC;
- >5 : veľmi vysoká pravdepodobnosť (>90%) rozvoja dominantného stabilného MCS (v okruhu približne 100-150 km od maximálnych hodnôt indexu), komplexu obzvlášť deštruktívnych nebezpečných javov.
Smer pohybu konvekčných búrok
Mapu možno použiť na odhad pohybu buniek búrky a konvektívnych systémov v mezoškále. Zobrazujú sa iba prietoky pre hodnoty indexu SCS >1.
Výpočet vychádza zo smeru prúdenia pri hladinách 500 a 700 hPa.
K.O.index
KO-Index je určený na určenie konvekčnej nestability vzduchovej vrstvy. V konečnom dôsledku predstavuje priemerný vertikálny gradient ekvivalentnej potenciálnej (pseudopotenciálnej) teploty a vypočíta sa pomocou nasledujúceho vzorca:
KO-index = 0,5 [Te(700hPa) + Te(500hPa)] - 0,5 [Te(1000hPa) + Te(850hPa)],
Kde Te – hodnota ekvivalentnej potenciálnej teploty na určitom povrchu.
- KO-Index > 6: pravdepodobnosť búrky je nulová;
- KO-Index od 2 do 6 : možný vývoj slabých búrok;
- KO-Index< 2 : Značná pravdepodobnosť výskytu búrok.
Ti - Thompsonov index
Ďalší index používaný na hodnotenie sily búrky. Pri testovaní tohto indikátora v Spojených štátoch sa získal dobrý vzťah medzi nepriaznivými poveternostnými podmienkami a Ti >40. Vypočítané pomocou vzorca:
Ti = Ki-Li
, Kde
Ki - K-index, Li - Lifted index.
Ti< 25
- Žiadne búrky.
TI 25 - 34- Možné sú búrky.
TI 35 - 39- Búrky, niekedy silné.
TI ≥ 40- Silné búrky.
Peskov index
Podľa tejto metódy je možná búrka, ak je parameter u nadobúda kladné hodnoty. Vypočíta sa pomocou nasledujúceho vzorca:
kde (T*-T) 600 - odchýlka stavovej krivky od stratifikačnej krivky na úrovni 600 hPa;
(T - Td) 500 - deficit rosného bodu pri 500 hPa;
Laplacián povrchového tlaku, ktorý charakterizuje povrchovú konvergenciu tokov, sa vypočítava pomocou 8 bodov nachádzajúcich sa 250 km od centrálneho bodu;
|ΔV|300/700 - rozdielový modul #1080; vektory vetra na úrovniach 700 a 300 hPa.
Kritérium u sa môže mierne líšiť v závislosti od miestnych podmienok. Pre predpoveď pre letisko a okolité oblasti sa používa kritérium u > 0. V inej verzii metódy sa búrka neuvádza, ak je odchýlka stavovej krivky od stratifikačnej krivky na úrovni 500 hPa negatívna a ak je odchýlka kladná, ak súčet deficitov rosného bodu na úrovniach 700 a 500 hPa sa rovná 25-30 °C (presnejšie, táto hodnota je zistená špeciálnymi plánmi). Stavová krivka sa zostrojí z maximálnej teploty na zemskom povrchu; prognostická stratifikačná krivka sa zostrojí bežným spôsobom.
SWEAT – index ohrozenia silného počasia
POT
- Index nestability vyvinutý americkým letectvom. SWEAT je komplexné kritérium pre diagnostiku a predpoveď nebezpečných a prirodzených javov počasia spojených s konvektívnou oblačnosťou. SWEAT zahŕňa nižšiu troposférickú vlhkosť, stupeň nestability, strednú a nižšiu troposférickú rýchlosť vetra a advekciu teplého vzduchu (odchýlka teploty medzi 850 a 500 hPa). Preto je tento indikátor pokusom spojiť kinematické a termodynamické charakteristiky atmosféry do jedného indexu:
POT = 12⋅Td850 + 20⋅(TT- 49) + 3,888⋅F850 + 1,944⋅F500 + (125⋅), Kde
Td850 - teplota rosného bodu pri 850 hPa (v stupňoch Celzia),
TT – Index celkových súčtov,
F850 - rýchlosť vetra 850 hPa (v m/s),
F500 - rýchlosť vetra 500 hPa (v m/s),
D500 a D850 sú smer vetra na zodpovedajúcich povrchoch (v stupňoch).
Posledný výraz vo vzorci bude nula, ak nie je splnená niektorá z nasledujúcich podmienok:
- D850 v rozsahu od 130 do 250 stupňov;
- D500 v rozsahu od 210 do 310 stupňov;
- Rozdiel v smere vetra (D500 - D850) je kladný;
- F850 a F500 rýchlosť vetra ≥ 7 m/s.
POT< 250
- neexistujú podmienky na výskyt silných búrok;
POT 250-350- sú podmienky na silné búrky, krupobitie a víchricu;
POT 350-500- sú podmienky pre veľmi silné búrky, veľké krupobitie, silné búrky, tornáda;
POT ≥ 500- podmienky pre veľmi silné búrky, veľké krupobitie, silné víchrice, silné tornáda.
Index MCS (Mezoškálový index konvekčného systému)
Index MCS určené na predpovedanie mezoškálových konvekčných systémov. Pomocou tohto indikátora sa identifikujú oblasti, kde existujú priaznivé podmienky pre rozvoj ISS a ich údržbu počas nasledujúcich 6 hodín, za predpokladu, že nič nebráni konvekčným pohybom. Tento index sa vypočíta takto:
kde každý člen v rovnici (Li index, šmyk vo vrstve 0-3 km a teplotná advekcia na úrovni 700 hPa) je normalizovaný. Treba poznamenať, že tento parameter má zmysel, ak existujú podmienky na rozvoj konvekcie (napríklad pri Li< 0). Для расчёта индекса могут использоваться как фактические, так и прогностические данные необходимых параметров.
Na SCP> sa očakáva vývoj supercelárnych oblakov cumulonimbus (supercel).
Zložený parameter Supercell (SCP)
Komplexný ukazovateľ na predpovedanie najdôležitejších podmienok pre vývoj supercelárnych oblakov cumulonimbus (najstabilnejšia a najvýkonnejšia forma oblakov Cb, ktoré sú spojené s mnohými nebezpečnými konvekčnými javmi). Výpočet využíva normalizované hodnoty energie nestability (používajú sa 2 možnosti pre parameter CAPE - sbCAPE alebo MU CAPE), strihu vetra (vo vrstve 0-6 km) a parametra vírivosti vo vrstve 0-3 km:
SCP (sfcCAPE/MU CAPE) =(sb CAPE(MU CAPE)/1000)*(DLS/20)*(SRH_3km/50)
Vývoj supercelárnych oblakov cumulonimbus (superbuniek) sa očakáva pri SCP>0, pravdepodobnosť ich vzniku je úmerná hodnotám indexu.Pravdepodobnosť výrazného (veľkého) krupobitia, %
Parameter, ktorý používa Storm Predictor Center (USA) na predpovedanie pravdepodobnosti veľkých (priemer > 5 cm) krúp.
Vypočítané pomocou vzorca:
LOĎ = [(MUCAPE j/kg) * (Pomer miešania MU PARCEL g/kg) * (700-500 mb RÝCHLOSŤ ZRUŠENIA c/km) * (-500 mb TEMP C) * (0-6 km Šmyk m/s) ] / 44 000 000
Kde:
Miešací pomer MU PARCEL - miešací pomer v nestabilnej vrstve,
700-500mb LAPSE RATE - vertikálny teplotný gradient vo vrstve 700-500 hPa,
500mb TEMP C - teplota pri 500 hPa,
0-6km Shear - strih vetra vo vrstve 0-6 km.
* Pravdepodobnosť búrok, %
Testovaný experimentálny index celkovej pravdepodobnosti búrky na základe indexov nestability vlhkosti a konvergencie:
** TSP = ((0,05*KI -0,003*sbCAPE-LI-0,6*KO+0,18*MConv)/6)*100
Kde:
LI - Lifted Index,
KO - KO index,
MConv - konvergencia povrchovej vlhkosti.
** Vzorec sa môže zmeniť na základe výsledkov testovania.
* Pravdepodobnosť silných konvekčných búrok, %
Ukazovateľ pravdepodobnosti generovania mezoškálových konvekčných systémov a konvekčných komplexov, supercely Cb a iných silných konvekčných búrok, založený na indexe SCS:
** SCSP = (SCS/6)*100
** Vzorec sa môže zmeniť na základe výsledkov testovania.
Maximálny priemer krupobitia (cm)
Testovaný index založený na výpočte maximálnej rýchlosti pohybov nahor v nestabilnom vzduchu.
Vypočítané pomocou vzorca:
Kde:
sbCAPE - energia nestability,
Významný parameter tornáda
Ukazovateľ pravdepodobnosti výskytu tornád.
Vypočítané pomocou vzorca:
STP=(sbCAPE/1500)*((2000-PLCL)/1000)*(SRH_1km/150)*(DLS/20)
Kde:
sbCAPE - energia nestability,
PLCL - Tlak na úrovni kondenzácie,
SRH_1km - vírenie vo vrstve 0-1 km,
DLS - strih vetra vo vrstve 0-6 km.
Upravený testovaný typ indexu (podľa predbežných odhadov sú hodnoty pre ETR efektívnejšie):
STPmod=1,5*(sbCAPE/1500)*((2000-PLCL)/1000)*(SRH_1km/150)*(DLS/20)
Vývoj tornád možno očakávať s kladnými hodnotami indexu.
Smer a rýchlosť pohybu konvekčných búrok
Maximálne nárazy vetra, m/s