Динаміка конвективних хмарних систем і небезпечних явищ погоди на півдні України по даним радіолокаційних спостережень

Другий розділ присвячений дослідженню просторово-часових характеристик конвективних хмарних систем і небезпечних явищ погоди на півдні України по даним стандартної метеорологічної інформації і мережових метеорологічних радіолокаторів. Досліджені умови розвитку конвекції в прибережній зоні Північного Причорномор'я. Установлено, що розвиток могутніх купчасто-дощових хмар пов'язаний в основному з атмосферними фронтами, в області розташування яких існує крупномасштабна конвергенція вітру біля поверхні землі, а на висотах дивергенція вітру, що обумовило виникнення крупномасштабних висхідних рухів. В 60% випадків розвиток конвективних хмар відмічався під час про-ходження фронтальних розділів. Характерною рисою розвитку конвективних хмар в прибережній зоні Чорного моря є їх утворення на стаціонарних холодних фронтах. Зроблено аналіз термодинамічних і синоптичних умов розвитку конвективних хмар в результаті якого установлено, що максимум річного ходу повторюваності конвективних явищ збігається з часом максимального розвитку термічної конвекції. Основним фактором, що визначає ступінь конвективної нестійкості атмосфери, є наявність позитивної енергії нестійкості, середнє значення якої складає 1042-1378 Дж/кг. Висока активність конвективних процесів спостерігається в травні, червні, липні. Виявлено спільний вплив макроциркуляційних умов і бризів мезомасштабної циркуляції на режим формування конвективних хмарних систем Північного Причорномор’я. Досліджена динаміка градових процесів мережовими метеорологічними радіолокаційними станціями стосовно до території Криму. Установлено, що умови розвитку градових процесів визначаються термодинамічними умовами розвитку атмосфери в години розвитку конвекції, до яких відносяться:

- велика позитивна енергія нестійкості;

- швидкість конвективних висхідних рухів більше 10 м/с;

- високий вологовміст атмосфери;

- значна вертикальна потужність вологого нестійкого шару атмосфери, яка сприяє появі кристалічної фази в підвітряній частині хмари;

- високий рівень розташування максимума нестійкості, при якому підвищена водність припадає на область від'ємних температур, де відбувається найбільш інтенсивний ріст хмарних частинок і граду;

- невеликий дефіцит вологості в шарі втягнення (800-500 гПа).

Приводяться результати радіолокаційних досліджень небезпечних явищ погоди на території Криму за період з 1976 по 1985 рр. і аналізується еволюція градових процесів. Одержані радіолокаційні і температурні параметри градових хмар. Проведено аналіз синоптичної ситуації при градових процесах (табл. 1) та повторюваності грозо-градових процесів (табл. 2).

 

Таблиця 1

Синоптичні ситуації при градових процесах

 

Таблиця 2

Повторюваності грозо-градових процесів

 

Установлено, що нестійка стратифікація атмосфери може приводити до утворення смерчу. Дані радіолокаційних спостережень показали, що смерчі пов'язані з двома типами мезомасштабної циркуляції: з хмарами, що мають горизонтальну вісь обертання (крутильний хмарний вал) і спостерігаються на лінії нестійкості (лініях шквалів) перед холодними фронтами, які швидко рухаються, та з хмарами, які обертаються навколо вертикальної осі. Представлений фактичний матеріал свідчить про те, що утворення і розвиток конвекції на півдні України носить регіональний характер. В той же час з конвективними хмарними системами зв'язані небезпечні явища погоди, утворення і розвиток яких визначається не тільки зовнішніми параметрами хмар, але і внутрішньою структурою трьохмірних повітряних потоків в могутніх купчастих хмарах.

Дослідженню цього питання присвячений третій розділ дисертації. Тут використовуються як традиційні методологічні принципи радіолокаційних вимірювань швидкості повітряних потоків в могутніх конвективних хмарних системах і циклонічних мезовихорах з допомогою мережових імпульсних та доплерівських метеорологічних радіолокаторів, так і нетрадиційні – поляризаційні, з допомогою метеорологічних поляриметрів. Для півдня України вперше одержані розподіл відбиваності лінії шквалів, горизонтальні і вертикальні зсуви вітру, які складають відповідно 2, 2 10-2 с-1 і від 2 10-1 до 7 10-2 с-1. Проведені радіолокаційні дослідження поля вітру в пограничному шарі атмосфери перед утворенням могутніх конвективних хмар показали можливість прогнозу утворення конвективних хмар за 2 години до їх розвитку. При цьому = 6, 75 10-2 м2с-3 відповідає сильна, = 8, 5 10-3 м2с-3 – середня і =3, 0 10-3 м2с-3 – слабка турбулентність. Для півдня України представляє інтерес дослідження характеру взаємодії динамічних процесів різних масштабів. Відповідь на поставлене питання дозволили дати радіолокаційні спостереження за хмарними системами різних масштабів, включаючи і фронтальні, проведені в період з 1976 по 1985 рр. При цьому одержана структура повітряних рухів в зоні теплого фронту, побудована його динамічна модель, а також вертикальний розріз поля вітру і радіолокаційної відбиваності під час проходження холодного фронту і при внутрішньомасовому розвитку купчасто-дощових хмар. Порівняння структури поля вітру в хмарах, що розвиваються в різних метеорологічних ситуаціях (фронтальні і внутрішньомасові), не виявило принципової різниці.

Відхилення потоків від вертикалі складає величину 0-400 і тим більше, чим вище зсув вітру на висотах від поверхні землі до рівня вершини хмари. Розроблена гідродинамічна модель взаємодії конвективних хмарних систем з полем вітру. Вертикальна структура векторного поля швидкості в окремій хмарі, яка розглядується як замкнута термодинамічна система, задається системою рівнянь:

 

  (1)

 

де   – радіальна проекція вектору швидкості по r в циліндричних координатах;