Введение к работе
Актуальность проблемы. Исследование условий возникновения и развития градовых процессов, приносящих значительный ущерб народному хозяйству, является актуальной задачей современной метеорологии. Возросший уровень противоградоЕых работ, проводимых в СССР на площади более 10 миллионов гектар, требует повышения качества и информативности специализированных методов прогноза града. Учитывая, что методика воздействия на градовые процессы в настоящее время.дифференцирована в зависимости от структуры и категории градового процесса, для повышения эффективности противоградовых работ необходимо не только совершенствование альтернативного прогноза града, но и создание детализированных методов прогноза с указанием меэорайона развития, интенсивности и типа градового процесса.
Разработка детализированных методов прогноза стала возможной на основе результатов комплексных исследований пространственно-временной структуры градоЕЫХ процессов, изучения взаимодействия циркуляционных факторов атмосферы разного масштаба в различных регионах, а также термодинамических условия образования и роста града в кучево-дождеЕых облаках.
Учет в прогнозах всех факторов, оказывающих влияние на развитие градовых процессов, лрактически невозможен ;:з-за разнообразия рельефа местности и климатических условий в районах градозащиты, расположенных по югу страны от .Молдавии до Средней Азии. Поэтому при большом числе альтернативных способов прогноза града (~ 20) люь некоторые из них позволяют прогнозировать количественные характеристики градовых процессов.
па основании сказанного, исследование круга вопросов, связанных с выявлением количественных термодинамических и синоптических критериев атмосферы, определяющих условия развития градовых процессов, и разработка на их основе детализированных методов прогноза града, имеют большое научное и прикладное народнохозяйственное значение.
Работа выполнена в Высокогорном геофизическом институте з рамках следующих тем НИР и ОКР Госкомгидромета и ГКНТ: ІУ.276.20, ІУ.256.06, 98 (задание 0.74.081:проблемы 0.74.07о),
ІУ.ЗІ.ІО, ІУ.2Ь6ІІ, ІД.18.01.02.06 и теш 6 двустороннего сотрудничества между Госкомгидрометом СССР и Главны.'. Управлением по Гидрометеорологии НРБ.
целью паботы является установление закономерностей влияния потенциально!! неустойчивости^'циркуляционных факторов различного масштаба на мезорайон развития, интенсивность и тип градовых процессов и разработка на этой основе детализированных методов прогноза града.
Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:
изучение физико-географических и климатологических особенностей градоопасных регионов СССР, их влияние на повторяемость, интенсивность и тип градовых процессов;
исследование роли потенциальной неустойчивости атмосферы в развитии конвективных процессов.различной интенсивности и типа;
расчет основных параметров восходящего и нисходящего потоков в развитом кучево-доадевом облаке в сопоставлении с дан- . ными экспериментальных наблюдений; '"
изучение оптимальных термодинамических условий развития градовых процессов различной интенсивности в регионах градозащиты;
исследование влияния вертикального распределения ветра в тропосфере на структуру и динамику градовых облаков;
изучение влияния типа макромасштабной циркуляции на интенсивность и структуру градовых процессов;
изучение роли структуры термобарического поля средней и верхней тропосферы и приземной потенциальной неустойчивости воздушной массы в локализации градовых процессов;
исследование кинематики и энергетики циклонических образований и их связи с интенсивностью градовых процессов;
разработка детализированных методов прогноза града и других опасных явлений погоды.
/.етод исследования. Дня решения поставленных задач был применен физико-статистический метод исследования, основанный на диагностическом анализе данных о термодинаміческом состоянии атмосферы и циркуляционных мезо- и макрс-касдтабных факторов,, а
также радиолокационной и метеорологической информации об особенностях возникновения и развития градовых облаков различной интенсивности и типа в градоопасных регионах страны. Поиск предикторов для разработки унифицированных методов прогноза опасных явлений погоды, применимых к любому региону, проводился на основе изэнтропического анализа как универсального метода исследования потенциальных энергетических возможностей атмосферы. Отбор информативных термодинамических и синоптических параметров для прогнозирования интенсивности градовых процессов проводился с помощью статистического и кластерного анализа.
Экспериментальной основой работы послужили комплексные исследования градовых процессов на научно-исследовательских полигонах Высокогорного геофизического института: Краснодарского (1970-75 гг. 700 м. над ур.моря), Муштикского (1975-78 гг. 2085 м. над ур.моря) и Кызбурунского (1978-88 гг. 650 м. над ур.моря), а также анализ и обобщение аэросиноптической, радиолокационной и метеорологической информации Военизированных .служб Госкс-мгидромета СССР (1963-67 гг.) и сети УГМ (19о0-с7 гг.).
Реализация указанного выле подхода позволила получить совокупность научных результатов, содержащих решение крупно:"; научной проблемы комплексного исследования влияния потенциальной неустойчивости атмосферы и циркуляционных факторов различного масот^ба на мезорайон развития, интенсивность и тип градоЕых процессов, а также разработать детализированные методы прогноза града и других опасных явлений погоды.
Достоверность результатов диссертации обеспечивается:
применением апробированных физических и статистических методов исследования, основанных на комплексном учете данных специальных наблюдений за развитием градовых процессов в различных регионах и термодинамическом анализе энергетики изучаемых процессов;
установлением соответствия разработанных лолуэмпириче-ских моделей с результатами натурных наблюдений;
опытом успешного-применения разработанных методик прогнозирования в различных регионах. >
Научная новизна работы состоит в том, что з ней бпєпеьгє:-
- проведена сравнительная оценка градоопасности регионов
-6-.
градозадиты по орографическим группам на основе изучения распределения повторяемости градоБых процессов различной интенсивности и типа, а также степени повреждения сельхозкультур от градобитий и выявлены наиболее градоопасные регионы страны;
на основе уравнения полно;; энергии влажного воздуха поед.-.ояен метод оценки критериев потенциальной неустойчивости атмосферы, который является универсальны;.', для всех регионов;
Путем совместного рассмотрения вертикального распределения температуры сухого и смоченного термометра определены основные энергетические слои тропосферы и показана их роль б развитии конвективных процессов;
с помодью полуэмпирической адиабатической модели развитого кон5-о;:о;'.еного облака оценены основные параметры восходящего и нисходядего потоков в облаке е сопоставлении о экспериментальны;.'.;', данными наблюдений в натурных условиях;
показана роль структуры термобарического поля средней и верхней тропосферы совместно с распределением приземной потенциальной неустойчивости воздушной кассы в определении мезорайо-на развития градовых процессов;
установлено влияние факторов мезо- и макромаалтабной циркуляции атмосферы в виде кинематических и энергетических характеристик циклонов и критериев градоопасных зон на интенсивность и структуру градовых процессов;
установлен диапазон изменения основных термодинамических параметров атмосферы, определявдих оптимальные условия развития градовых процессов различной интенсивности, а также показана роль режима Еетра в слое конвекции и нижней части тропосферы на структуру градового процесса;
.- разработаны детализированные методы прогноза града с указанием мезораиона развития, интенсивности (слабой, средней, сильной и катастрофической), структуры (одноячейковои, много-ячеаковой упорядоченной и неупорядоченной, суперячейковой) градовых процессов, а также других опасных явлений погоды.
/.гактпчаская ценность работы. Результаты исследования условий раззит,;я градовых процессов в градоопасных регионах страны ,: разработанные на их основе детализированные методы прогноза града получили широкое применение в практике Военизирован ;ых
служб Госкомгидромета и ряда УГл!.'
Метод прогноза мезорайона развития градовых процессов внедрен во всех 10 Военизированных службах по воздействию на гидрометеорологические процессы, а также в ГшД ЦЧО, Красноярского, Грузинского, Казахского и Северо-Кавказского УГм.
Метод прогноза типа градового процесса внедрен в Военизированных службах Азербайджанского, Армянского, Грузинского, Краснодарского, Северо-Кавказского и Узбекского УГМ.
Результаты исследований условий развития конеєкции и способ прогноза шквалов включены в "Руководство по организации и проведению противоградовых работ", 1961 г.
"Рекомендации по аэросиноптическому обеспечению Военизированных подразделений по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы" используются в псактике противоградовых работ ВС Госкомгидромета. Полученные результаты могут найти применение при релении вопросов целесообразности лротивоградо-вой защиты в тех или иных регионах, а также при оценке физической эффективности противоградовых работ.
Разработанный алгоритм расчета параметров конвекопи может использоваться при составлении прогнозов опасных явлений погоды по различным схемам, основанным на определении термодинамических характеристик атмосферы.
Публикации результатов а личный вклад автоса. іїо теме диссертации опубликовано 46 научных работ. Личным вкладом автора являются постановка задач исследований и разработка принципов их решения, проведение натурных наблюдений за развитие:.', градовых облаков, интерпретация результатов исследования л ;:х теоретическое обоснование; разраоогка детализированных методов прогноза града и других опасных явлений погоды.
Автор являлась участником научно-исследоЕатэльских оксле-д:а:ий и организатором противоградоЕых работ в Азербайджанской и праснодарской БС, в Севанской ПЭБ, а также на научно-исследовательских полигонах ВГИ.(1967-67 гг.). В 19о1 г. автором была разработана и внедрена на сети градозащиты единая методика сбора и представления аэросиноптнческой и метеорологической информации, на базе которой был создан универсальный метод оценки потенциальной неустойчивости атмосферы и решена пробле-
- b -
ма детализированных методов прогноза града.
лішобаиия работы. Основное содержание работы докладывалось на семинарах и сессиях Ученого совета ВГИ, Всесоюзных совещаниях по мезометеорологии (Ьреван, 1976 г., Новосибирск, I97b г., Киев, 1ЭЬ6 г.), Всесоюзных семинарах по физике образования градовых процессов и активным воздействиям на них (Нальчик, 1985 и 19Ь7 гг.), Всесоюзной конференции по авиационной метеорологии (Москва, 19е6 г.), на международном симпозиуме по взаимосвязи региональных и глобальных процессов в атмосфере и гидросфере (Тбилиси, 198а г.), на 111 Всесоюзной конференции по статистической интерпретации гидродинамических прогнозов (Нальчик, І9В9 г.).
Структура и объем-диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения.и списка используемой литературы, включающего 331 наименование отечественных и зарубежных авторов. Работа обоим объемом 462.стр. изложена на 250 стр. основного текста, содержит. 99. рисунков,. 55 таблиц и. 49 стр. приложения.
