Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса по проблеме наземного обледенения 10
1.1. Обзор исследований и методов прогноза обледенения наземных объектов 10
1.2. Виды наземного обледенения 23
1.3. Особенности гололёдного режима на исследуемой территории 30
1.4. Постановка задачи исследования 43
2. Исследование повторяемости гололедов с ежегодными максимальными значениями отложений льда на территории центрально-черноземного региона при разных типах крупномасштабных атмосферных процессов 47
2.1. Характеристика исходного материала 47
2.2. Климатические особенности повторяемости гололедов с максимальными значениями параметров отложений льда на территории Центрально-Черноземного региона 51
2.3. Пространственное распределение гололёдов по территории региона в зависимости от типа атмосферного процесса 59
3. Анализ максимальных значений параметров отложений льда при гололеде на территории центрально-черноземного региона 62
3.1. Закономерности распределения максимальных значений параметров отложений льда при разных типах атмосферных процессов 62
3.2. Пространственное распределение статистических характеристик максимальных значений параметров отложений льда при гололеде по территории региона 69
3.3. Зависимость температурно-ветрового режима при гололёдообразовании и параметров отложений льда от высоты рельефа местности 82
4. Прогноз гололеда и параметров отложений льда 89
4.1. Оценка исходных рядов наблюдений на соответствие нормальному закону распределения 89
4.2. Использование регрессионного анализа для прогноза толщины отложений льда при гололёде 93
4.3. Методические рекомендации по прогнозу гололеда и его параметров на рассматриваемой территории в пределах текущего естественного синоптического периода 105
4.4. Физическая модель льдообразования на поверхности аэродромных и дорожных покрытий 109
Заключение 118
Список использованных источников 123
Приложение
- Виды наземного обледенения
- Климатические особенности повторяемости гололедов с максимальными значениями параметров отложений льда на территории Центрально-Черноземного региона
- Пространственное распределение статистических характеристик максимальных значений параметров отложений льда при гололеде по территории региона
- Методические рекомендации по прогнозу гололеда и его параметров на рассматриваемой территории в пределах текущего естественного синоптического периода
Введение к работе
Обледенение наземных объектов, и в частности, наземных инженерных сооружений аэродрома, создаёт определённые трудности в обеспечении безаварийной эксплуатации авиационной техники и других транспортных средств, способствует увеличению затрат материальных и людских ресурсов на поддержание в эксплуатационном состоянии аэродромных и дорожных покрытий, оказывает воздействие на регулярность и безопасность полётов авиации и др. Степень ущерба может быть снижена, если подразделения гидрометеорологической службы с максимально возможной заблаговременностью доведут до потребителей информацию об ожидаемых пространственно-временных масштабах и параметрах наземного обледенения для рассматриваемой территории или в конкретном районе.
Проблеме наземного обледенения (гололедообразования) посвящен большой цикл работ отечественных и зарубежных авторов, особенно в 70-80-х годах XX века. Однако, несмотря на определенные научные и технические достижения в ее решении, имеются задачи, которые требуют: совершенствование наших знаний о физических процессах обледенения наземных объектов; выявление и учет факторов, способствующих возникновению этого явления; поиск новых подходов к прогнозу данного явления и его параметров, к которым, в частности, относятся продолжительность нарастания и толщина отложений льда. Известны лишь единичные попытки определения этих параметров, которые не нашли широкого применения в прогностической практике. При этом исследованиям пространственно-временных закономерностей распределения максимальных значений параметров отложений льда при гололёде и их расчету достаточного внимания не уделялось. Вместе с тем они могут быть важны для планирования мероприятий и расчета предполагаемых затрат на поддержание инженерных сооружений в рабочем состоянии в зимний период эксплуатации. В связи с этим изучение и решение указанных вопросов является
актуальной научной задачей в современных условиях, имеет определенное
методологическое и практическое значение для повышения качества J гидрометеорологического обеспечения авиации и других потребителей.
Объект исследования - условия и процессы образования наземного
обледенения. , Предмет исследования — параметры отложений льда при гололеде.
Целью работы является выявление пространственно-временных f закономерностей распределения гололёда с максимальными значениями
параметров отложений льда на территории Центрально-Черноземного
региона и определение подходов к их прогнозу.
В соответствие с поставленной целью в работе решались следующие
основные задачи:
- оценка повторяемости гололёдов с максимальными значениями параметров отложений льда при разных типах крупномасштабных атмосферных процессов за рассматриваемый период времени и закономерностей их проявления на территории Центрально-Черноземного региона;
- определение пространственно-временных масштабов зон гололедов с максимальными значениями параметров отложений льда для разных типов атмосферных процессов, метеорологических условий и значений параметров гололедообразования на исследуемой территории;
- анализ статистических характеристик максимальных значений параметров отложений льда при гололеде и особенностей их пространственного распределения по территории региона;
- установление прогностических зависимостей максимальных значений параметров отложений льда при гололеде от влияющих на них факторов;
- разработка методических рекомендаций по прогнозированию данного
явления и его параметров применительно к исследуемой территории в интересах обеспечения безопасности полетов авиации; - совершенствование физической модели процесса льдообразования на поверхности наземных инженерных сооружений аэродрома и подходов к её применению для определения параметров отложений льда с использованием методов математического и численного моделирования.
Методы исследования - аналитический, физико-статистический, синоптико-климатологический.
Достоверность полученных результатов обеспечивается применением апробированных методик обработки исходного материала и оценки успешности прогнозов, корректным использованием методов синоптико-климатологического и физико-статистического анализа при проведении исследований, удовлетворительным согласованием полученных результатов с данными расчётов по известным методикам.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Выявлены особенности повторяемости гололедов с максимальными значениями параметров отложений льда на территории Центральночерноземного региона при разных типах крупномасштабных атмосферных процессов холодного полугодия по классификации Л.В. Клименко.
2. Установлены закономерности пространственного распределения средних максимальных значений параметров отложений льда при гололеде и диапазон их изменчивости на территории Центрально-Черноземного региона.
3. Предложены прогностические уравнения регрессии для определения толщины отложений льда как для отдельных пунктов Центрально- Черноземного региона, так и территории региона в целом с учетом высоты рельефа местности и групп атмосферных процессов.
4. Определены направления совершенствования физической модели процесса льдообразования на поверхности аэродромного и дорожного покрытий применительно к естественным условиям состояния атмосферы и показан подход к её реализации для решения задач диагноза и прогноза параметров отложений льда с использованием методов математического и численного моделирования.
V 5. Разработаны методические рекомендации по прогнозу гололеда и его
параметров в пределах естественного синоптического периода для рассматриваемой территории.
Теоретическая значимость работы состоит в установлении закономерностей пространственного распределения средних максимальных значений параметров отложений льда при гололеде и диапазона их изменчивости на территории Центрально-Черноземного региона, получении прогностических уравнений для определения толщины отложений льда при гололеде применительно к исследуемой территории и совершенствовании физической модели процесса льдообразования на поверхности наземных инженерных сооружений.
Практическая ценность работы заключается в использовании подразделениями гидрометеорологической службы предлагаемых подходов для прогноза гололеда и определения толщины отложений льда на поверхности наземных инженерных сооружений в пределах исследуемой территории.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения работы докладывались и обсуждались: на всероссийской научной конференции (Казань, 2000 г.), на международной научно-практической конференции (Пермь, 2002 г.), на межвузовских научных конференциях в Воронежском ВАИИ (2001-2003 гг.), на научно-методических семинарах гидрометеорологического факультета Воронежского ВАИИ (2002-2003 гг.). Они опубликованы в [16-19, 96, 97].
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Особенности повторяемости гололедов с максимальными значениями параметров отложений льда на территории Центрально- Черноземного региона при разных типах крупномасштабных атмосферных процессов холодного полугодия по классификации Л.В. Клименко.
2. Закономерности пространственного распределения средних максимальных значений параметров отложенвЙР льда при гололеде и диапазон их изменчивости на территории Центрально-Черноземного региона.
3. Методические рекомендации по прогнозу гололеда и толщины отложения льда в пределах естественного синоптического периода на исследуемой территории.
4. Физическая модель процесса льдообразования на поверхности аэродромного и дорожного покрытий и подходы к ее реализации для определения параметров отложений льда.
Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников и приложений.
В первом разделе дается обзор результатов теоретических и экспериментальных исследований обледенения наземных объектов и методов прогноза данного явления применительно к аэродромным и дорожным покрытиям. Приводятся сведения о видах наземного обледенения, методах наблюдения за ними и измерении их параметров в подразделениях гидрометеорологической службы и других организациях, методах борьбы с отложениями льда на поверхности аэродромных и дорожных покрытий. Рассматриваются условия и режим гололедообразования на исследуемой территории. Обосновывается задача данного исследования.
Во втором разделе дается характеристика исходного материала. Рассматриваются климатические особенности повторяемости гололедов с максимальными значениями параметров отложений льда на территории Центрально-Черноземного региона в зависимости от характера циркуляционных процессов. Приводятся результаты исследования пространственного распределения по территории исследуемого региона гололедов с максимальными значениями параметров отложений льда при разных типах крупномасштабных атмосферных процессов.
В третьем разделе рассматриваются закономерности распределения максимальных значений параметров отложений льда при разных типах атмосферных процессов. Дается анализ пространственного распределения статистических характеристик максимальных значений параметров отложений льда при гололеде по территории региона за холодное полугодие
рассматриваемого периода времени. Показывается зависимость температурно-ветрового режима при гололёдообразовании и параметров отложений льда от высоты рельефа местности применительно к территории Центрально-Черноземного региона.
В четвертом разделе на основе оценки соответствия нормальному закону распределения исходных рядов наблюдений обосновывается возможность применения физико-статистического подхода к установлению прогностических зависимостей максимальных значений параметров отложений льда при гололеде от влияющих на них факторов. Приводится перечень значимых регрессионных соотношений для определения толщины отложений льда при гололеде в пункте (районе) и территории в целом и результаты оценки их успешности. Даются методические рекомендации по прогнозу гололеда и его параметров на рассматриваемой территории в пределах текущего естественного синоптического периода. Рассматривается физическая модель льдообразования на поверхности аэродромных и дорожных покрытий применительно к естественным условиям состояния атмосферы и подход к ее реализации с использованием методов математического и численного моделирования для решения задач диагноза и прогноза параметров отложений льда.
В заключении сформулированы основные выводы по результатам исследования.
В приложении приведен иллюстративный материал по результатам синоптико-климатологического и физико-статистического исследований рассматриваемого явления и его параметров применительно к территории Центрально-Черноземного региона.
Работа включает 158 страниц машинописного текста, 23 таблицы, 41 рисунок. Список использованных источников составляет 117 наименований.
Виды наземного обледенения
На поверхности наземных инженерных сооружений аэродрома [24], на земной поверхности, других наземных объектах и предметах в зимний период времени появляются различные виды отложений льда (наземное обледенение), которые подразделяют на две группы. К первой группе относятся ледяные отложения, образующиеся непосредственно на наземных предметах и на поверхности земли вследствие кристаллизации (замерзания) воды. По классификации А.Д. Заморского [37] в эту группу входят следующие виды наземного обледенения: гололед, зернистая изморозь, кристаллическая изморозь, ледяной налет, зернистый налет, кристаллический налет, радиационный иней. Вторую группу составляют отложения из разнообразных видов льда, который образуется в атмосфере и осаждается на земную поверхность в виде твердых осадков. Среди атмосферного льда выделяются: кристаллический снег, снежная крупа, град и другие образования.
Наблюдения показывают, что все отложения из снега и льда, периодически появляющиеся на аэродромном и дорожном покрытии достаточно четко различаются между собой как по внешним признакам, так и по физико-механическим свойствам.
Механические свойства снежно-ледяных отложений в значительной мере зависят от их плотности. Максимальная плотность чистого (без примесей) льда при О С равна 0,9168 г/см3. Чем меньше плотность льда, тем больше в нем пор, наполненных воздухом:
На основании данных наблюдений [6, 8] определено, что плотность и пористость льда связаны зависимостьюгде q0 - пористость льда; р0 — плотность монолитного льда; р- плотностьисследуемого льда.
Подразделение видов снежно-ледяных отложений по физическому состоянию, когда они сгруппированы по резко различающимся внешним признакам, позволяет достаточно хорошо выявить характер их влияния на безопасность движения. Например, с точки зрения условий движения наиболее опасно, когда взлётно-посадочная полоса (ВИН) или автомобильная дорога покрыта слоем плотного льда, которому, как правило, соответствует наименьший коэффициент сцепления шин с покрытием. При образовании других видов отложений с более рыхлым строением коэффициент сцепления выше.
Для практических целей существенным является выявление связи обледенения покрытий аэродромов и дорог с метеорологическими условиями. В таблицах 1.1 и 1.2 приведены данные образования наземного обледенения непосредственно на дорожных и аэродромных покрытиях при разной температуре и влажности воздуха [23]. Данные получены путем обработки материалов аэропортов Внуково (Москва), Шоссейная (Ленинград, ныне Санкт-Петербург) и Борисполь (Киев), а также на основании анализа отчетов ряда управлений гидрометеорологической службы.
С физической точки зрения [8], образование наземного обледенения определяется несколькими принципиально различными процессами. Это обусловлено, прежде всего, тем, что атмосферная влага даже при низких отрицательных температурах способна находиться в трех фазах (твердой, жидкой и парообразной). В зависимости от агрегатного состояния влаги образование наземного обледенения происходит либо под влиянием процесса кристаллизации охлажденных капель воды при их осаждении на земные предметы, либо под влиянием сублимации водяного пара. В первом случае происхождение разных видов обледенения связано с водным льдом, а во втором случае - с сублимационным льдом. Кроме того, ледяные отложения часто появляются при замерзании талой воды, скапливающейся на горизонтальных поверхностях или в микропонижениях. Причем в естественных условиях возможно одновременно проявление нескольких процессов, способствующих образованию наземного обледенения. Это приводит к формированию сложных отложений. В данной работе будет рассматриваться только стекловидный лёд, который образуется при гололёде и гололедице.
Стекловидный лед покрывает дорожное покрытие в виде тонкой ледяной пленки, отличающейся своей прозрачностью и стекловидной структурой. Характерной особенностью этих отложений является их сплошность и наличие гладкой скользкой поверхности. Этот лёд создает особо опасные условия движения по аэродрому и автомобильным дорогам.
Толщина ледяной пленки, образующейся на дорожном покрытии, чаще всего равна 1-3 мм, но может доходить до 5-6 мм и более. Ее плотность колеблется в пределах от 0,7 до 0,9 г/см3 [8].
Климатические особенности повторяемости гололедов с максимальными значениями параметров отложений льда на территории Центрально-Черноземного региона
На первом этапе все атмосферные процессы холодного полугодия по классификации Л.В. Клименко были объединены в два типа циркуляции -циклоническую и антициклоническую циркуляции. Для каждого из этих типов рассчитывалось количество случаев и повторяемость появления их на территории ЦЧР. За случай принимался е.с.п. с наличием того или иного типа циркуляции.
Повторяемость (Ркт) е. с. п. для каждого типа циркуляции и каждого месяца холодного периода года рассчитывалась по формулегде Кт — общее число случаев за рассматриваемый период времени в т -ом месяце; Kkm — число случаев с наличием циклонического (к - 1) или антициклонического (к = 2) типов циркуляции за рассматриваемый период времени в т -ом месяце; к — номер типа циркуляции; т — номер месяца холодного периода года.
Результаты расчетов по формуле (2.1) представлены в таблице 2.1. Из анализа данной таблицы следует, что антициклоническая циркуляция преобладает над циклонической на рассматриваемой территории. Причём в переходные сезоны года (осень, весна) они различаются наиболее заметно. Исключение составляет лишь февраль, в котором циклоническая циркуляция наблюдалась немного чаще, чем антициклоническая. Максимумы повторяемости антициклонической циркуляции приходятся на ноябрь (70 %) и апрель (80 %), а циклонической - на февраль (52 %).
Далее рассматривалась повторяемость гололёдов с максимальными значениями параметров отложений льда на территории ЦЧР для каждого месяца холодного полугодия при условии наличия циклонического и антициклонического типов циркуляции. За случай с явлением принимался е.с.п., в течение которого наблюдался гололёд с максимальным значением отложения льда, хотя бы на одной станции ЦЧР.
Условная повторяемость (Ри) е.с.п. с наличием рассматриваемого явления на территории ЦЧР при циклоническом и антициклоническом типах циркуляции для каждого месяца холодного полугодия рассчитывалась по формулегде Ким — число случаев с наличием явления при циклоническом или антициклоническом типе циркуляции в т - ом месяце за рассматриваемый период времени. Индекс L означает наличие гололеда с ежегодными максимальными значениями параметров отложений льда на территории ЦЧР.
Результаты расчетов по формуле (2.2) представлены в таблице 2.2. Из анализа таблицы следует, что с октября по декабрь условная повторяемость гололёдов с максимальными значениями параметров отложений льда больше для антициклонического типа циркуляции, а с января по апрель отмечается обратная картина за исключением марта.
Это показывает, что, несмотря на преобладание на территории ЦЧР антициклонического типа циркуляции, рассматриваемое явление в зимние месяцы наблюдается чаще при циклоническом типе циркуляции.
Наибольшая повторяемость гололёдов с максимальными значениями параметров отложений льда при условии наличия на рассматриваемой территории антициклонического и циклонического типа циркуляции приходится на декабрь и январь.
На следующем этапе был проведён анализ повторяемости е.с.п. для групп атмосферных процессов по классификации Л.В. Юїименко и условной повторяемости е.с.п. с наличием рассматриваемого явления на территории ЦЧР для данных групп процессов в каждом месяце холодного полугодия. Для достижения этой цели использовался подход аналогичный вышеприведённому. При этом в выражениях (2.1) и (2.2) индекс к обозначает номер группы атмосферных процессов по рассматриваемой классификации (=1,2,3,4,5).
Повторяемость (Ры) е.с.п. для каждой группы атмосферных процессов и каждого месяца холодного полугодия представлена в таблице 2.3. Из ее анализа следует, что наиболее часто наблюдаются процессы первой антициклональной (ультраполярные) и пятой циклонической групп. Реже отмечаются процессы второй (северо-западные), третьей (азорские) и четвертой (стационарный антициклон) антициклональных групп. Процессы,
Условная повторяемость (Рит) е.с.п. с гололедом на территории ЦЧР для групп атмосферных процессов за каждый месяц холодного полугодия представлена в таблице 2.4. Ее анализ показывает, что наибольшая повторяемость явления приходится на период с ноября по март. Наименьшая повторяемость наблюдается в апреле и октябре.
Условная повторяемость гололедов с ежегодными максимальными значениями параметров отложений льда является наибольшей для северо-западной, азорскои и циклонической групп процессов. Самая низкая условная повторяемость таких отложений льда характерна для группы летних процессов. Высокая условная повторяемость явления для азорскои и северо-западной групп процессов, по-видимому, связана с тем, что при сравнительно небольшом количестве случаев таких отложений льда повторяемость появления самих этих групп процессов также не очень высокая.
На заключительном этапе был проведен анализ повторяемости е.с.п. для всех типов атмосферных процессов по классификации Л.В. Клименко и условной повторяемости е.с.п. с наличием рассматриваемого явления на
Пространственное распределение статистических характеристик максимальных значений параметров отложений льда при гололеде по территории региона
В процессе исследования был выполнен анализ пространственного распределения статистических характеристик максимальных значений параметров отложений льда по территории региона для холодного полугодия за рассматриваемый период времени. Первичная статистическая обработка исходных данных состояла в получении для каждой станции региона [54]: 1) среднего многолетнего значения F каждого параметра где PqtJ - фактическое значение исследуемого параметра, q - номер метеорологической станции на территории региона, / - номер исследуемого параметра, j - порядковый номер года в выборке, Л - объем архивной выборки по каждой станции; 2) среднего квадратического отклонения crPi каждого параметра Особенности в полях исследуемых параметров могут быть выявлены путем анализа распределения их статистических характеристик по территории региона. В нашем случае для каждой из 64 станций с использованием выражения (3.2) и (3.3) рассчитаны средние многолетние значения исследуемых параметров и их средние квадратические отклонения для холодного полугодия. Их пространственное распределение по территории Центрально-Черноземного региона представлено на рис. 3.5 - 3.8. Из анализа распределения средней продолжительности нарастания отложений льда по территории ЦЧР (рис. 3.5, а) видно, что области с максимальными значениями данного параметра (15 часов) расположены очагами. Причем их положение преимущественно совпадает с районами Средне-Русской и Калачской возвышенностей, которые соответственно располагаются в центральной (с севера на юг) и юго-восточной части территории региона. Очаги такой же продолжительности нарастания отложений льда наблюдаются на востоке рассматриваемой территории и несколько меньшей продолжительности — на западе Брянской области. Минимальные значения продолжительности нарастания отложений льда отмечены на западе Липецкой области (4 часа). На остальной территории ЦЧР продолжительность нарастания отложений льда изменяется в пределах от 6 до 13 часов. При этом наиболее сильные изменения в продолжительности нарастания отложений льда при гололеде имеют место на склонах возвышенностей. Относительно плавное их изменение наблюдается на равнинных территориях. Однако, и на равнине имеют место чередование локальных минимумом и максимумов данного параметра как в широтном, так и в меридиональном направлениях в диапазоне от 6 до 11 часов. Это свидетельствует о том, что, помимо орографического фактора, в этой части территории оказывают воздействие и другие факторы, роль которых оказывается более заметной. Это служит дополнительным подтверждением того факта, что процесс гололедообразования преимущественно определяется микроклиматическими и местными физико-географическими особенностями конкретной территории, с одной стороны. С другой стороны, это свидетельствует о том, что если не рассматривать воздействие конкретного крупномасштабного атмосферного процесса, а ориентироваться только на климатические показатели, то наиболее заметно на продолжительность нарастания ежегодных максимальных отложений льда оказывают влияние орографические особенности территории. Это наглядно проявляется и в пределах рассматриваемой территории, где имеют место относительно небольшие перепады высот между равнинной частью и возвышенностями. Анализ возможных отклонений от средних значений данного параметра по вычисленным значениям среднего квадратического отклонения в пределах территории региона (рис. 3.5, б) показывает следующее. Распределение максимумов и минимумов этой величины носит очаговый характер. Причем максимальные значения среднего квадратического отклонения (от 10 до 15 часов) по географическому положению примерно совпадают с положением максимумов средних значений данного параметра, то есть располагаются в районах возвышенностей на рассматриваемой территории. Фактически они достигают диапазона изменчивости порядка двух третей от среднего многолетнего значения исследуемого параметра. Практически аналогичная картина имеет место и на равнинной части территории, хотя здесь такого рода отклонения находятся в пределах от половины до двух третей среднего многолетнего значения исследуемого параметра. Это свидетельствует о том, что на равнинной части территории средние многолетние значения продолжительности нарастания отложений льда являются несколько более показательными по сравнению с той частью территории, где преобладают возвышенности. Анализ пространственного распределения средней продолжительности сохранения отложений льда в пределах региона (рис. 3.6, а) показывает следующее. Географическое положение максимумов и минимумов данного параметра, в основном, совпадает с положением максимумов и минимумов средней продолжительности нарастания отложений льда на рассматриваемой территории. Однако их величина примерно на две трети больше величины последнего параметра и находится в пределах от 12 до 50 часов и более. Таким образом, максимальные значения продолжительности сохранения отложений льда (более 50 часов) имеют очаговое распределение на территории ЦЧР. Они наблюдаются в Орловской и Курской областях, на востоке Липецкой области, а также на юге Воронежской области. Минимальная продолжительность сохранения отложений льда отмечается на западе Липецкой области (12 часов). На остальной территории ЦЧР средняя продолжительность сохранения отложений льда изменяется, в основном, от 15 до 30 часов. На основе анализа пространственного распределения и величины среднего квадратического отклонения (рис. 3.6, б) следует отметить, что картина распределения здесь более сложная и неоднозначная в сравнении с изменчивостью продолжительности нарастания отложений льда. Причем величина изменения данного параметра относительно средних многолетних значений может колебаться от 50 до 80 процентов, а в некоторых районах данной территории даже соизмерима с ней. В принципе такое состояние можно объяснить тем, что процессы и погодные условия, способствующие увеличению или уменьшению продолжительности сохранения отложений льда в той или иной части территории и в целом для нее весьма многообразны. Они практически равновероятно могут проявлять себя как в одну (увеличение продолжительности сохранения отложений льда), так и в другую (на ее уменьшение) стороны. Поэтому прогнозирование такого параметра с большой заблаговременностью является непростой задачей. Для ее решения необходимо привлекать учет закономерностей циркуляционных процессов в нижней половине тропосферы и анализ воздействия целого комплекса влияющих на нее факторов. Средний диаметр отложений льда на территории ЦЧР распределяется следующим образом (рис. 3.7, а). Максимальные значения диаметра отложений льда наблюдаются на северо-востоке Орловской области (25 мм) и на юге Воронежской области (19 мм). Минимальное значение диаметра отложений льда отмечается на западе Воронежской области (7 мм). На остальной территории региона осреднённый диаметр отложений льда изменяется в пределах от 8 до 18 мм. При этом, как видно из рисунка, максимальные значения данного параметра локализуются в районах возвышенностей в пределах рассматриваемой территории и значительно уменьшаются по мере продвижения к равнинной части на восток и запад от них, а также на юг, но более плавно. Вместе с тем картина распределения данного параметра довольно сложная, поскольку и в пределах равнинной части территории имеет место чередование локальных очагов или полос увеличения и уменьшения значений диаметра отложений льда. Причем они располагаются как в широтном, так и меридиональном направлениях по территории. Причина такого распределения связана, по-видимому, с особенностями формирования этого параметра в процессе льдообразования. Несмотря на это, изменчивость величины диаметра отложений льда относительно среднего значения, судя по величине среднего квадратического отклонения (рис. 3.7, б), невелика и составляет в среднем около 30 % на равнинной части территории и несколько больше в районе возвышенностей. Хотя имеют место, отдельные выбросы, превышающие эти значения. Значение толщины отложений льда, осреднённые за весь рассматриваемый период, имеют следующее распределение по территории региона (рис. 3.8, а). Максимальные значения толщины отложений льда наблюдаются на юге Воронежской области (13 мм) и на севере Курской области (12 мм). . Минимальное значение толщины отложений льда отмечается на севере Брянской области (5 мм). На остальной территории ЦЧР осреднённые значения толщины отложений льда изменяются от 6 до 11мм. В целом по территории средние значения данного параметра
Методические рекомендации по прогнозу гололеда и его параметров на рассматриваемой территории в пределах текущего естественного синоптического периода
По итогам проведённого исследования предлагается следующая последовательность действий прогнозиста при разработке прогноза появления гололёда, его наиболее вероятного распределения по территории региона и ожидаемых максимальных значений параметров отложений льда при гололёде: 1. По данным прогностических карт АТ-500 на трое и более суток определяются границы естественного синоптического периода. 2. По первому дню начавшегося е. с. п. определяется характер циркуляции и тип атмосферного процесса по классификации Л.В. Клименко. 3. По данным таблицы 2.6 производится оценка вероятности появления гололёда с максимальными значениями параметров отложений льда в данном месяце при данном типе атмосферного процесса. 4. По данным карт (приложение 2, рис. П 2.1- 2.19) определяется наиболее вероятный район гололёдообразования для данного типа процесса на исследуемой территории. 5. По данным рисунков 3.5 -3.8 определяются средние значения указанных параметров и возможные отклонения от них. 6. Анализируются ожидаемые по прогнозу температурный и ветровой режим, явления погоды по дням е.с.п. и их соответствие условиям гололёдообразования для данного типа атмосферного процесса. 7. Формулируется текст прогноза данного явления, и его параметров в пределах текущего е.с.п. для территории ЦЧР. 8. Дальнейшая детализация по месту и времени возникновения гололеда производится с использованием методик краткосрочного прогноза явления. 9. Для определения толщины отложений льда на поверхности наземных объектов в этом случае используются уравнения множественной линейной регрессии, представленные в приложении 3 (табл. П 3.1), таблицах 4.3,4.4. Оценка успешности прогноза гололёда на е.с.п. для ЦЧР была проведена по архивным данным холодного полугодия 1968-1971 гг. [100] с использованием каталога синоптико-климатической типизации крупномасштабных атмосферных процессов [44]. При этом за случай выборки принимался е.с.п. за указанный период времени. За случай с наличием явления принимался е.с.п., в пределах которого гололёд с максимальными значениями параметров отложений льда отмечался хотя бы на одной станции рассматриваемой территории. Для каждого случая выборки осуществляется прогноз явления по рассчитанным в ходе работы данным. Полученные результаты прогноза, а также данные о фактической погоде на момент прогноза, являлись исходными данными для составления таблицы сопряжённости (табл.4.8), используемой для дальнейшей статистической обработки [75,79].использованием перечисленных выше критериев (4.9 - 4.12) показала, чтообщая оправдываемость методического прогноза (U) составила около 60 %, общая оправдываемость случайного прогноза (Uo) - около 40 %, оправдываемость прогнозов наличия гололёда (Ui) - 41 % и оправдываемость прогнозов отсутствия гололёда (Lk) — 95 %.
Из анализа полученных оценок видно, что оправдываемость прогноза по предложенной методике выше, чем у случайного прогноза. Это позволяет рекомендовать её к использованию в оперативно - прогностической практике метеорологических подразделений для прогноза факта наличия или отсутствия данного явления на территории ЦЧР на е.с.п..
Вместе с тем надо отметить, что успешность прогноза отсутствия явления гораздо выше (95 %), чем прогноза наличия этого явления (41 %). Это означает, что риск пропустить рассматриваемое явление на территории ЦЧР - небольшой, но зато существует довольно большая вероятность «ложной тревоги».
Необходимо заметить, что результаты такого предварительного прогноза по каждому дню рассматриваемого периода времени следует уточнять, используя методики краткосрочного прогноза явления.
Следует отметить, что предлагаемые рекомендации по прогнозированию явления для рассматриваемой территории позволяет устанавливить только возможность образования гололёда в пределах е.с.п. при данном типе атмосферного процесса без конкретизации срока начала явления. Кроме того, надёжность определения типа атмосферного процесса определённым образом зависит от успешности используемой гидродинамической схемы прогноза высотного барического поля в атмосфере и термического поля у земли (схемы Московского ГГМЦ, Рединг, Оффенбах).
Заметим, что в соответствии с требованиями руководящих документов [75, 79] опасность гололёда оценивается по толщине отложений льда. В свою очередь, этот параметр определенным образом зависит от продолжительности процесса льдообразования. В комплексе оба этих параметра можно определить на основе использования методов математического и численного моделирования процесса льдообразования.
В настоящее время одним из направлений совершенствования деятельности подразделений гидрометеорологической службы является внедрение в оперативно-прогностическую практику методов математического и численного моделирования не только для прогноза метеорологических величин и явлений погоды в атмосфере, но и таких явлений как обледенение наземных объектов и предметов у поверхности земли. Естественно, наибольшую угрозу наземное обледенение, и в частности гололед, представляют для наземного транспорта и авиационной техники.
Современные возможности вычислительных средств, в частности персональные электронно-вычислительные машины (ПЭВМ) общего или специального назначения, позволяют практически в каждом гидрометеорологическом подразделении реализовать математические и
