Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Роль атмосферной циркуляции в формировании опасных явлений и неблагоприятных погодных условий 10
1.1. Опасные явления и неблагоприятные погодные условия и их влияние на эффективность и безопасность деятельности в различных отраслях хозяйства и обороны государства
1.2. Опасные явления и неблагоприятные погодные условия в центральной части европейской территории России 15
1.3. Обзор исследований зависимости погодных условий от характеристик барических образований 24
1.4. Современное состояние анализа и прогноза опасных явлений и неблагоприятных погодных условий и постановка задачи исследования 35
Глава 2. Анализ опасных явлений и неблагоприятных погодных условий в циклонах умеренных широт 41
2.1 Возникновение, эволюция циклонов и их влияние на формирование погодных условий
2.1.1 Общая характеристика внетропической циркуляции
2.1.2 Условия возникновения циклонов над Европой 45
2.1.3 Атмосферная циркуляция и характер погодных условий на различных стадиях развития циклонов 48
2.1.4 Регенерация циклонов 58
2.2 Влияние природно-географических и климатических условий Европейского континента на циклоническую деятельность и формирование опасных явлений погоды 61
2.2.1 Природно-географические условия Восточно-Европейской равнины
2.2.2 Характеристика крупных водных объектов исследуемого района 68
2.2.3 Природно-географические условия и особенности тропосферной циркуляции зарубежной Европы 72
2.2.4 Влияние орографии на тропосферную циркуляцию Европы 79
Глава 3. Географическая типизация циклонов по условиям формирования и существования опасных явлений и неблагоприятных погодных условий 84
3.1 Повторяемость опасных явлений и неблагоприятных погодных условий в циклонах на Европейской территории России
3.2 Географическое районирование циклонов определяющих опасные явления 89
3.3 Преобладающие траектории перемещения циклонов над Европейской территорией Российской Федерации 101
3.4 Методика выделения синоптических процессов с опасными явлениями 105
3.5 Типизация циклонов по времени наблюдения опасных явлений 108
Глава 4. Методика поэтапного прогноза опасных явлений и неблагоприятных погодных условий в циклонах над центром европейкой территории России 124
4.1 Концепция методики прогноза опасных явлений погоды в циклонах
4.2 Статистика циклонической деятельности по району Воронежа 127
4.3 Методика прогноза опасных явлений и неблагоприятных погодных условий на примере пункта Воронеж и практические рекомендации по ее использованию 137
Заключение 153
Список использованных источников 160
Приложения 181
- Опасные явления и неблагоприятные погодные условия в центральной части европейской территории России
- Влияние природно-географических и климатических условий Европейского континента на циклоническую деятельность и формирование опасных явлений погоды
- Географическое районирование циклонов определяющих опасные явления
- Методика прогноза опасных явлений и неблагоприятных погодных условий на примере пункта Воронеж и практические рекомендации по ее использованию
Введение к работе
Последние десятилетия широкое распространение получили гидродинамические методы прогноза погоды. Достигнуты значительные успехи в разработке гидродинамических моделей для прогноза полей основных метеовеличин, особенно в свободной атмосфере. Однако успешность прогноза мезо-масштабных и локальных гидрометеорологических явлений с помощью численных моделей во многих случаях остается недостаточно высокой. В то же время, последние десятилетия лишь незначительное число научных исследований было посвящено вопросам развития синоптического анализа и прогноза погоды, в частности - краткосрочного прогноза опасных явлений и неблагоприятных погодных условий (далее по тексту - ОЯ).
Влияние естественных и антропогенных факторов на внешнюю оболочку Земли приводят к такой ситуации, когда с точки зрения классической трактовки процессов и явлений, происходящих в атмосфере, гидросфере и литосфере не удается объяснить возникновение ОЯ. Поэтому требуется уточнить связь циркуляционных процессов синоптического и мезомасштаба с возникновением погодных аномалий.
Из изложенного следует актуальность исследования взаимосвязи циркуляционных характеристик атмосферы синоптического и мезомасштаба, свойств подстилающей поверхности с пространственно-временной изменчивостью опасных гидрометеорологических явлений и неблагоприятных погодных условий.
В работе предлагается методика прогноза ОЯ в циклонах умеренных широт.
Объектом исследования являются - циклоны умеренных широт и связанные с ними погодные условия.
Предмет исследования - анализ и краткосрочный прогноз обусловленных циклонической циркуляцией ОЯ над центром европейской территории Российской Федерации.
Целью работы является разработка методики анализа и прогноза ОЯ в циклонах умеренных широт над европейской территорией России.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.
1. Расчет и анализ статистических характеристик циклонической циркуляции и пространственно-временного распределения ОЯ связанных с ней.
2. Выявление районов формирования (существенного изменения) свойств и путей перемещения циклонов в центральные районы европейской территории России и оценка их влияния на повторяемость ОЯ, связанных с ними.
3. Проведение типизации циклонов по пространственно-временному распределению ОЯ в них.
4. Построение прогностических правил и алгоритма разработки прогноза ОЯ в области циклонических вихрей.
5. Проверка прогностической методики на независимом материале и разработка рекомендаций по практическому использованию результатов исследования.
Методика исследования базируется на физико-статистическом, синоптическом, графо-аналитическом, картографическом методах и методе экспертных оценок.
Информационная обеспеченность и характеристика исходного материала. В качестве исходного материала использовались синоптические бюллетени Северного полушария, дневники погоды, атласы гидрометеорологических данных, синоптические карты, кольцевые карты погоды и карты барической топографии. Данный материал охватывает временной интервал, который можно разделить на две части: период с 1950 по 1969 годы, и с 1990 по 2005 годы. За исследуемый район принималась территория центра европейской территории Российской Федерации (ЕТ РФ). Пространственно-временные характеристики циклонической циркуляции рассматривались на территории от Атлантического побережья Западной Европы до Урала и от Средиземного моря и Кавказских гор до Северного побережья Скандинавского полуострова и Арктических морей.
Достоверность полученных результатов основана на использовании большого объема исходных данных, полученных на регулярной государственной сети наблюдений; на учете известных физических закономерностей развития синоптических процессов в тропосфере над умеренными широтами европейского континента; на использовании проверенных методов статистической обработки данных и согласовании их с известными методиками.
Научные положения диссертационной работы обоснованы зависимостью формирования значений метеорологических величин и явлений погоды от характера и интенсивности циркуляции в области барических образований.
Разработанные автором рекомендации продиктованы задачами, решаемыми потребителями метеоинформации в различных сферах хозяйственной деятельности и обеспечения безопасности на различных уровнях и подтверждены результатами проведенного исследования.
Выводы по работе основаны на проверке на независимом материале.
Научная новизна работы заключается в следующем:
впервые для рассматриваемой территории на материале, охватывающем период более 50 лет, проведено уточнение статистических характеристик циклонической циркуляции и пространственно-временного распределения ОЯ;
на основе анализа природно-географических условий района исследования и прилегающих областей, выделено 13 территорий оказывающих существенное воздействие на формирование или изменение свойств циклонов, которые в последствии определяли погодные условия над центром ЕТ РФ;
выявлены некоторые особенности перемещения циклонов над ЕТР, по сравнению с аналогичными исследованиями, выполненными ранее;
определены основные синоптические процессы, при которых создаются благоприятные условия для формирования ОЯ над центром ЕТ РФ с созданием формализованных сценариев в виде анимированных изображений;
проведена типизация циклонов по пространственно-временному распределению в их области ОЯ. Показана возможность предсказывать возникновение на различных этапах развития циклонов опасных явлений погоды;
разработана методика поэтапного прогноза ОЯ, с учетом характеристик динамически вынужденных восходящих движений в области циклонических образований.
Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты могут быть использованы при метеорологическом обеспечении авиации, а также для обеспечения потребителей в различных сферах хозяйственной деятельности. Предложенные практические рекомендации позволят уменьшить или предупредить ущерб, наносимый наземным объектам опасными явлениями и неблагоприятными погодными условиями.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на семинарах кафедры теоретической гидрометеорологии и научно-технических конференциях Воронежского ВВАИУ в период с 2003 по 2006 г., Международной научной конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (г. Воронеж, 2003 г.), Всероссийской научной конференции «Сергей Петрович Хромов и синоптическая метеорология» (г.Москва, 2004г.), «Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем наземного обеспечения авиации» (г. Воронеж, 2005г.), 9-й региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья РФ» (Липецк, 2005г.), «Системы жизнеобеспечения и управления в чрезвычайных ситуациях» (Воронеж, 2005г.), Международная конференции по проблемам гидрометеорологической безопасности (Москва, 2006).
Личное участие автора заключается в сборе, статистической обработке исходных данных, производстве расчетов, анализе результатов, формулировании выводов, разработке методики прогноза опасных явлений в области циклонических образований и рекомендаций по практическому использованию результатов исследования.
Публикация результатов работы. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, из них 5 работ без соавторов, одна работа в рецензируемом научном издании, рекомендуемом ВАК.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Результаты анализа многолетних статистических характеристик ци клонической циркуляции и путей перемещения циклонов, обуславливающих погоду в центре ЕТ РФ и пространственно-временного распределения ОЯ, связанных с перемещением циклонов.
2. Методика выделения основных синоптических процессов, при которых создаются благоприятные условия для формирования ОЯ над центром ЕТ РФ с созданием формализованных сценариев в виде анимированных изображений.
3. Типизация циклонов по пространственно-временному распределению в их области ОЯ.
4. Методика поэтапного прогноза опасных метеорологических явлений в области циклонических образований над центром ЕТ РФ с использованием ГИС-технологий, результаты ее сравнительной проверки на независимом материале и рекомендации по практическому использованию результатов исследования.
Основные результаты, полученные в работе используются при гидрометеорологическом обеспечении авиации ВВС, и в учебном процессе на гидрометеорологическом факультете Воронежского ВВАИУ.
Структура и объем работы
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Общий объем работы составляет 186 страниц и включает 46 рисунков и 20 таблиц. Список литературы содержит 226 наименований, их них 37 на иностранном языке.
Во введении дано обоснование актуальности работы, сформулированы цель и задачи исследования. Приведен перечень положений, выносимых на защиту, научная новизна и практическая значимость работы. Представлена общая характеристика работы.
В первой главе рассмотрено влияние погодных условий на эффективность и безопасность деятельности в различных отраслях экономики и обороны государства, проведен анализ существующих методов и способов анализа и прогноза опасных явлений и неблагоприятных погодных условий, вы делены проблемные аспекты прогностической деятельности ведомственной гидрометеорологической службы по обеспечению потребителя достоверной информацией об ожидаемых экстремальных погодных проявлениях в области циклонов. Рассмотрена история теоретического и экспериментального изучения взаимосвязи погодных условий с атмосферной циркуляцией.
Во второй главе изложены современные представления об условиях возникновения, эволюции циклонических образований и их влиянии на формирование погодных условий, проведен анализ механизмов возникновения опасных явлений и неблагоприятных погодных условий при циклонической циркуляции. Исследована зависимость атмосферной циркуляции и погодных условий в области циклонов от природно-географических условий европейского континента.
В третьей главе приведена повторяемость опасных явлений в циклонах по исследуемому району; изложена методика выделения географических территорий по характеру их влияния на формирование свойств циклонов, основных траекторий перемещения циклонов, оказывающих влияние на формирование погодных условий над центром ЕТ РФ; раскрыта методика выделения синоптических процессов, приводящих к возникновению опасных явлений и неблагоприятных погодных условий и типизация циклонов по времени формирования опасных явлений.
В четвертой главе предложена методика поэтапного прогноза ОЯ в циклонах, раскрыты этапы реализации предложенной методики на примере города Воронежа, проведена проверка прогностических алгоритмов на независимом материале и изложены рекомендации для практического использования результатов исследования.
В заключении сформулированы основные результаты исследования.
В приложениях представлены промежуточные и вспомогательные материалы, полученные при проведении исследований.
Опасные явления и неблагоприятные погодные условия в центральной части европейской территории России
К гидрометеорологическим явлениям, непосредственно представляющим опасность для жизнедеятельности человека в центральной части европейской территории России относятся: сильные ветра со связанными с ними метелями и пыльными (песчаными) бурями, продолжительные и интенсивные осадки, сильные снегопады, сильные гололедно-изморозевые отложения, интенсивная грозовая деятельность с сопутствующими градовыми процессами, сильные и (или) интенсивные туманы. Наиболее часто в данном регионе возникновение чрезвычайных ситуаций связано с усилением скорости ветра до ураганных или штормовых значений. Синоптические ситуации, сопутствующие возникновению сильных ветров, связаны, в большинстве случаев, с атмосферными циклоническими вихрями и атмосферными фронтами в их области. Барические образования при жестоких штормах и ураганах отличаются большой интенсивностью циркуляции, а поля, в целом, - большими градиентами. Часто штормы и ураганы обусловливаются выходом быстродвижущихся циклонов (скорость более 50 км/ч). Во многих случаях при этом наблюдаются процессы блокирования хорошо выраженными малоподвижными антициклонами. Вследствие большой устойчивости блокирующих процессов, обширная зона опасных ветров может существовать непрерывно от нескольких суток до нескольких недель. Необходимо отметить, что типовое положение барического поля является необходимым, но недостаточным условием для возникновения ураганных скоростей ветра. Опасные скорости ветра не охватывают всю зону барического образования, а локализуются в областях с максимальными градиентами приземного и высотного барических полей. Наиболее опасными являются передняя и тыловая части циклонов. В непосредственной близости от центра циклона жестокие штормы и ураганы, как правило, не наблюдаются.
При штормах, вызванных быстродвижущимися циклонами, зоны с опасными явлениями погоды имеют тенденцию смещаться в направлении, характерном для перемещения циклонов этих типов. В холодный период года сильные ветра часто сопровождаются метелями. Вследствие метелей ухудшаются условия горизонтальной видимости, нарушается деятельность транспорта. Образуются заносы на аэродромах и дорогах. На Дону, в Нижнем Поволжье, где снежный покров очень неустойчив, сильный ветер довольно часто переносит вместе со снегом мельчайшие частицы рыхлой почвы. Такое явление наиболее вероятно поздней осенью и зимой после продолжительного сухого периода. В умеренных широтах на территории европейской территории России метели наблюдаются с октября по апрель при наибольшей повторяемости в декабре-феврале. Повышенная повторяемость метелей отмечается в районах с орографическим усилением ветра (Предуралье, Северный Кавказ). Общие метели наблюдаются в области циклонов и на атмосферных фронтах. При прохождении циклонов и их ложбин с севера и северо-запада метели наиболее часты в зоне холодного фронта. В случае выхода южных циклонов и при перемещении атмосферных фронтов с запада общие метели чаще возникают перед теплым фронтом. Исследованиями доказано, что 96% случаев умеренных и сильных снегопадов обусловлены циклонами и связанными с ними атмосферными фронтами. Остальные 4% умеренных и сильных снегопадов были вызваны волновой деятельностью на атмосферных фронтах, связанных с ложбинами циклонов [17, 21, 53,88].
По типам фронтов общие метели наиболее часто наблюдаются в зоне теплых фронтов или теплых фронтов окклюзии и наблюдаются в передних частях интенсивных циклонов. Кратковременные общие метели наблюдаются во влажных неустойчивых воздушных массах и в зоне холодных фронтов при ливневых снегопадах (снежных зарядах), сопровождающихся сильными ветрами. Низовые метели и поземки наблюдаются преимущественно в тылу циклонов. Наиболее благоприятные условия для метелевой деятельности создаются в тех районах, где углубляющийся циклон приближается к усиливающемуся антициклону или отрогу. В этом случае на значительной территории происходят увеличение барических градиентов и, следовательно, усиление ветра, иногда до штормового. Аналогичные условия создаются и в случае оттеснения малоподвижного циклона усиливающимся по площади антициклоном (например, случай распространения сибирского антициклона к западу). Ширина зоны ме-телевой деятельности в этих случаях в среднем составляет 400 км, но может увеличиваться до 600-800 км. В центре и на севере европейской части России наиболее часто интенсивные метели возникают при перемещении циклонов с запада на восток, а также при «ныряющих» циклонах, перемещающихся с северо-запада к юго-востоку и затем к востоку. Интенсивные метели над западом, центром и северо-западом европейской части России наблюдаются при приближении глубоких ложбин с теплым фронтом или с теплым фронтом окклюзии к малоподвижному антициклону, расположенному на юго-востоке европейской части России и Казахстаном. Интенсивные метели на европейской части России, наблюдаются и при перемещении южных циклонов, перемещающихся из районов Балкан, Средиземного, Черного и Каспийского морей. Наиболее интенсивные метели наблюдаются в основном в зоне теплых фронтов этих циклонов при восточных и северо-восточных ветрах.
Влияние природно-географических и климатических условий Европейского континента на циклоническую деятельность и формирование опасных явлений погоды
Восточно-Европейская (Русская) равнина состоит из возвышенностей с высотами 200-300 м над уровнем моря и низменностей, по которым текут крупные реки. Средняя высота равнины - 170 м. По особенностям орографического рисунка в пределах Восточно-Европейской равнины отчетливо выделяется три полосы: центральная, северная и южная [151]. Через центральную часть равнины проходит полоса чередующихся крупных возвышенностей и низменностей. К северу от этой полосы преобладают низкие равнины, на поверхности которых разбросаны мелкие возвышенности. Южную часть Восточно-Европейской равнины занимают низменности.
На характер атмосферной циркуляции Восточно-Европейской равнины, а, следовательно, и на формирование опасных явлений погоды в данном регионе, оказывают влияние ее расположение в умеренных и высоких широтах, в также природно-географические условия соседних территорий (прежде всего Западной Европы), Атлантического и Северного Ледовитого океанов, внутренних и окраинных морей.
Из-за значительной протяженности с запада на восток и с севера на юг, наблюдаются значительные отличия радиационного режима. Суммарная сол-нечная радиация за год на севере равнины, достигает 2700 мДж/м , а на юге -4800-5050 мДж/м . Распределение радиации по территории равнины резко меняется по временам года. Зимой радиация значительно меньше, чем летом, и более 60% ее отражается снежным покровом. В январе суммарная солнечная радиация на широте Москвы составляет 50 мДж/м , а на юго-востоке Прикас-пийской низменности около 120 мДж/м . Наибольшей величины радиация достигает летом. В июле ее суммарные значения на севере равнины около 550 мДж/м , а на юге - 700 мДж/м . Круглый год над Восточно-Европейской равниной господствует западный перенос воздушных масс. Атлантический воздух при движении на восток трансформируется: летом становится в приземном слое более теплым и сухим, а зимой - более холодным и также теряет влагу. При движении циклонов на восток или северо-восток происходит резкая смена воздушных масс, способствующая частым сменам потеплений и похолоданий. С приходом юго-западных циклонов на юг равнины вторгается теплый воздух субтропических широт. Тогда в январе температура воздуха может подняться до 5-7С. С циклонами из Северной Атлантики и Юго-Западной Арктики связано вторжение холодного воздуха.
В теплый период года, с апреля, циклоническая деятельность протекает по линиям арктического и полярного фронтов, смещаясь к северу. Циклональная погода наиболее типична для северо-запада равнины. В эти районы с Атлантики часто приходит прохладный морской воздух умеренных широт. Он понижает температуру, но в то же время от подстилающей поверхности нагревается и дополнительно насыщается влагой за счет испарения с увлажненной поверхности.
Вне зависимости от района формирования и направления движения, циклоны не только приводят к резким изменениям погоды и формированию опасных явлений, но и изменяют свойства подстилающей поверхности (увлажнение почвы за счет выпадения осадков, изменение температурного режима при смене теплых и холодных воздушных масс, образование и разрушение снежного и ледового покрова), что необходимо учитывать в прогностической деятельности синоптиков.
Распределение осадков, опасных явлений по территории Восточно-Европейской равнины зависит от характера воздушных масс, положения арктического и полярного фронтов и активности циклонической деятельности. Особенно много циклонов перемещается с запада на восток между 55-60 с.ш. Эта полоса является наиболее увлажненной частью Русской равнины: годовая сумма осадков здесь достигает 700-800 мм на западе и 600-700 мм на востоке. Однако распределение опасных явлений, в отличие от осадков, имеет более сложный и нестабильный характер. На увеличение количества выпадающих осадков и повторяемость ОЯ важное влияние оказывает рельеф. На западных склонах возвышенностей (как правило, наветренных) осадков выпадает больше, и опасные явления наблюдаются чаще, чем на лежащих за ними низменностях.
Географическое районирование циклонов определяющих опасные явления
На следующем этапе были закартографированы места появления (выхода или образования) циклонов в районе исследования. По результатам картографирования графоаналитическим методом определены районы, отличающиеся по характеру воздействия на циклоническую циркуляцию тропосферы и преобладающие траектории перемещения циклонических вихрей в исследуемый район с детализацией по сезонам. Районы выделялись по двум признакам: - пространственной сгруппированное циклонов; - физико-географическим особенностям территорий (географическое положение, характер рельефа, степень антропогенной нагрузки, наличие горных систем и крупномасштабных водных объектов или удаленность от них).
На основе приведенного выше анализа природно-географических условий района исследования и прилегающих территорий, было выделено 13 территорий, по своим физико-географическим особенностям оказывающих существенное воздействие на формирование или изменение свойств циклонов, которые в последствии определяли погодные условия в Центральном Черноземье (рис. 15). 1. Северная Атлантика (Североатлантические циклоны): район Атлантики между Гренландией, Исландией, Шпицбергеном и Скандинавским полуостровом. Характерной особенностью данного района является наличие поверхностей со значительным контрастом физических характеристик, определяющих свойства воздушных масс - льды Арктики и Гренландии соседствуют с теплыми водами Гольфстрима. Здесь располагается постоянный центр действия атмосферы - Исландский минимум. Циклоны, сформировавшиеся в данном районе, относительно не часто смещаются в центр европейской территории России и приводят к формированию опасных явлений в исследуемом районе. Однако «дочерние» циклонические вихри, образовавшиеся на южной периферии «центрального» циклона часто оказывают влияние на рассматриваемую территорию. В большей степени это касается ее западной и северной части и характерно для холодного периода года. 2. Центральная Атлантика (Центральноатлантические циклоны): район Атлантики от Ньюфаундленда, южнее Исландии, западнее Британских и север нее Азорских островов. Для данного района на протяжении всего года характерно избыточное увлажнение, способствующее насыщению воздушных масс водяным паром. Но циклоны, выходящие отсюда в исследуемый район при прохождении западной и центральной Европы с ее горными системами, существенно ослабевают и теряют запас влаги.
Поэтому, если нет условий для регенерации, данные циклонические вихри не часто приносят с собой опасные явления погоды. К тому же во многих случаях они влияют на центральные европейские районы страны только периферийной частью. 3. Северная Европа (Кольско-Беломорские циклоны): Кольский п-ов, Белое и Баренцево моря, западнее Новой Земли, южнее Шпицбергена. Для данной территории характерно значительное сезонное изменение характеристик подстилающей поверхности и радиационного баланса, а также наличие постоянного контраста свойств западной незамерзающей части Баренцева моря и ее восточной части, покрытую льдами большую часть года, а также материковой области с сезонными изменениями альбедо, термических и пирометрических свойств. Циклоны из этого района, как правило, свей центральной частью проходят восточнее и севернее рассматриваемой территории и только в отдельных случаях по меридиональным траекториям выходят в центр Русской равнины (ныряющие циклоны), сохраняя при этом запас энергии, способный при благоприятных условиях (местные особенности, сезон года и время суток) вызвать опасные явления. 4. Балтика (Балтийские циклоны): Балтийское море, Ботнический и Фин ский заливы, государства восточной Прибалтики, север Польши, юг Швеции, восточная Дания. Балтийское море - это ближайший крупный водный объект при перемещении воздушных масс с западного и северо-западного сектора в Центральный и Центрально-черноземный районы. Поэтому, в отличие от выше рассмотренных территорий с преобладающей водной подстилающей поверхностью, циклоны, сформировавшие (или значительно изменившие) здесь свои свойства, выходят в исследуемый район с насыщенными влагой воздушными массами и хорошо выраженными атмосферными фронтами, что способствует формированию опасных явлений и неблагоприятных погодных условий, а иногда и их комплексов. Циклоны этой ветви наблюдаются двух разновидностей. Первые возникают непосредственно над акваторией Балтики и смежных территорий - они имеют менее развитую циркуляцию и в исследуемом районе, как правило, не достигают штормовой силы. Вторые образуются на южной периферии циркуляции мощных квазистационарных североатлантических циклонов, становятся самостоятельными образованиями, резко набирают интенсивность, развиваются по вертикали и, во многих случаях, генерируют ОЯ.
Методика прогноза опасных явлений и неблагоприятных погодных условий на примере пункта Воронеж и практические рекомендации по ее использованию
На первом этапе прогностической методики, как уже было указано выше, могут использоваться классические подходы к прогнозированию синоптической ситуации: экстраполяционные методы и синоптическая интерпретации результатов гидродинамического предвычисления полей метеовеличин. На втором этапе, для детализации оценки пространственной структуры барических образований их перемещения и степени влияния на погоду рассматриваемого района, предлагается определение класса «погодоопасности» циклонов осуществлять по следующему алгоритму. На основе проведенного анализа свойств циклонов в зависимости от района их формирования, траектории перемещения, циркуляционных факторов и характера погодных условий в период, предшествующий выходу барического образования в район базирования, были построены прогностические правила (дискриминантные функции) для определения возникновения ОЯ при выходе циклонов в интересующий район. В качестве процедуры дискриминантного анализа использовался метод эталонов. Для каждого из двух классов (наличие - отсутствие ОЯ) рассчитывалась функция: ГдеХ/... -реализация одного из предикторов, хи—хт - средние значения «-ного предиктора в /-том классе. Далее путем сравнения с «эталоном» каждого класса определялось «расстояние» от эталона (отклонение от характерных параметров величин в каждом классе). Каждая конкретная реализация относилась к /-тому классу, функция F которого имела меньшее значение. В предварительный перечень предикторов были включены характеристики циклонов, снимаемые с карт: координаты центра вихря за первые два срока наблюдения его в исследуемом районе, средняя скорость перемещения, глубина (разность между минимальным давлением в центре и значением давления внешней замкнутой изобары), отклонение траектории перемещения от широтного направления (в том числе и азимут траектории перемещения), положение центра циклона относительно центра рассматриваемого района (координаты Москвы). Исходные данные были подвергнуты процедуре стандартизации.
Под стандартизацией понимается процедура, при которой от каждого элемента архивной выборки отнимается выборочное среднее данной величины и остаток делится на стандартное отклонение этой величины. Таким образом, все величины, используемые в качестве предикторов, становятся безразмерными и имеют одинаковый порядок, что удобно для анализа уравнений и оценки вкладов, входящих в него компонентов в дисперсию предиктанта. На основе анализа одномерных статистических харктеристик (средних, стандартного отклонения, коэффициента вариации, экстремальных значений, коэффициентов асимметрии и эксцесса) были отобраны предикторы, параметры которых имели наибольшее отличие в разных классах: значения долготы центра циклона в первый день (срок) его нахождения в пределах рассматриваемой траектории, широтное отклонение центра вихря относительно широты Москвы, расстояние от центра циклона до Москвы, средняя скорость перемещения ба- По умолчанию для стандартизированных значений Якр=0. Поскольку оп-равдываемость на наличие явления не удовлетворяет практическим потребностям, была проведена корректировка прогностического правила, путем изменения критического значения дискриминантной функции: При дальнейшей корректировке прогностического правила в указанном направлении недопустимо снижается оправдываемость на отсутствие явления, снижается общая оправдываемость, при этом повышение оправдываем ости на наличие явления происходит незначительная: На следующем шаге реализации прогностической методики эмпирическим путем был разработан алгоритм предопределения типа циклонического вихря. Схема алгоритма приведена на рис.44. Определив тип циклона по предложенной выше типизации (см. стр.103-109) прогнозист располагает данными о временном распределении исследуемых явлений погоды по заданному пункту.
В дальнейшем при условии прогностического заключения о наличии опасных явлений, производится дифференцированное «зондирование» возможности возникновения каждого опасного явления в отдельности. Необходимо уточнить, что рассматривались лишь явления, непосредственно зависящие от интенсивности циклонической циркуляции: сильные ветра и связанный с ними подъем (перенос) частиц (метель, пыльная буря), интенсивные и (или) продолжительные осадки (в том числе град), грозовая деятельность. Такие опасные явления, как туман и низкая слоистая облачность, наблюдаемые, как в области циклонической
Похожие диссертации на Синоптико-статистический анализ и прогноз опасных явлений и неблагоприятных погодных условий в циклонах умеренных широт
