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

  – вертикальна координата.

По кутовій координаті рішення вважається постійним у вигляді горизонтальної проекції вихору швидкості, значення якої відповідає подвоєнній кутовій швидкості . Рівняння нерозривності визначає зберігання субстанції всередині циліндричного вихору. Ефект втягнення у даній моделі вважається повністю збалансованим стіканням холодного повітря з вершини хмари. Для шквалової хмари гідродинамічна модель базується на рівнянні:

 

Рішення системи (1) буде мати вигляд:

 

  (3)

 

Функції   є малими в порівнянні з  , тобто є в наявності шквалова складова горизонтальної проекції вихору.

При цьому ситуація шквалу моделюється при збільшеному порядку функції Беселя і Неймана-Беселя. За допомогою розробленої моделі була розрахована функція струму в шкваловій хмарі, а з допомогою метеорологічного поляриметру експериментально підтверджено наявність ланцюжка Кармана в хмарі.

Зміст заключного четвертого розділу замикає цикл радіолокаційних досліджень конвективних хмар і небезпечних явищ погоди на півдні України з використанням їх поляризаційної моделі, енергетичні коефіцієнти якої розраховувалися за формулами:

  

  (5)

 

  (6)

 

Показано, що основою поляризаційних методів є опис поляризаційних властивостей хмар і пов’язаних з ними небезпечних явищ погоди з допомогою матриці коефіцієнтів, які характеризують зміну поляризаційних параметрів відбитої хвилі в лінійному, круговому та еліптичному базисах. При цьому аналітичне завдання поляризації електромагнітної хвилі на випромінювання і приймання здійснюється з допомогою параметрів Стокса. Перевага матричного завдання відбивальних властивостей хмар, полягає в тому, що вона дозволяє розділити параметри відбитої хвилі з параметрами випроміненої хвилі і радіолокаційними властивостями відбивальних атмосферних утворень. Використаний матричний підхід для опису відбивальних властивостей конвективних хмар дозволив рішити на його основі задачу ідентифікації та розпізнавання небезпечних явищ погоди.

Виконані теоретичні і експериментальні дослідження поляризаційних властивостей конвективних хмар, які знаходяться на різних стадіях розвитку. Проведена апробація і технічне впровадження поляризаційного методу радіолокації конвективних хмар. Одержано вертикальний розподіл поляризаційних параметрів для градових і зливових купчасто-дощових хмар, які знаходяться на стадії зрілості. Визначена орієнтація хмарних частинок і фазовий стан. Виділені зони випадаючого граду і зливи. Розраховані середні значення поляризаційних параметрів, які мають різні значення для зливових і градових хмар. По даним 1654 вимірювань параметрів градових і 958 зливових хмар одержані статистичні характеристики параметрів Стокса (табл. 3, табл. 4).

 

Таблиця 3

Статистичні характеристики поляризаційних параметрів Стокса для градових хмар

 

Таблиця 4

Статистичні характеристики поляризаційних параметрів Стокса для зливових хмар

 

 

Дослідження показали високу інформативність поля-ризаційних параметрів луна-сигналів при радіолокаційному розпізнаванні небезпечних явищ погоди. Аналіз радіолокаційного дослідження структури конвективних хмар і пов’язаних з ними небезпечних явищ погоди показав, що найбільш перспективним та ефективним методом виявлення і розпізнавання шквалів, мезоциклонів, смерчів та інших є метод поляризаційної селекції.

 

 

1. В дисертації на відміну від існуючих методів прогнозу небезпечних явищ погоди, зв'язаних з конвективними хмарними системами, запропонований принципово новий підхід, оснований на спільному використанні радіолокаційної інформації і результатів чисельного моделювання динамічних процесів в конвективних хмарах.

2. Розроблена і апробована гідродинамічна модель шквалової хмари, що описує вертикальну структуру векторного поля швидкості і дозволяє установити взаємні динамічні зв'язки конвективної хмари і вітрового поля, і тим самим використати теорію фронтальних ланцюгів Кармана спільно з даними радіолокаційних спостережень в методиці прогнозу небезпечних явищ погоди.

3. В дисертаційній роботі показано, що комплексний підхід до прогнозу небезпечних явищ погоди базується на оперативній радіолокаційній інформації, яка може бути одержана як з допомогою некогерентних метеорологічних радіолокаційних станцій, так і з допомогою найбільш перспективних когерентних і поляризаційних метеорологічних радіолокаторів, володіючих інформаційною ефективністю.

4. Досліджена інформативність метеорологічних радіолока- ційних станцій шляхом аналізу радіолокаційних спостережень за конвективними хмарними системами і пов'язаними з ними небезпечними явищами погоди на півдні України за період з 1971 по 1988 рр. Установлено розподіл небезпечних явищ погоди по дослідній території, просторово-часова мінливість, повторюваність по сезонам, інтенсивність і особливості їх розвитку.

5. Теоретично і експериментально встановлено, що найбільшою інформаційною ефективністю володіють поляризаційні метеорологічні радіолокаційні станції з повним аналізом поляризаційної структури луна-сигналів.

6. З метою застосування поляризаційної метеорологічної радіолокаційної станції в оперативній практиці штормооповіщення розроблений поляризаційний метод розпізнавання конвективних хмар і пов'язаних з ними небезпечних явищ погоди, що базується на використанні моделі їх відбивальних властивостей у вигляді поляризаційної матриці розсіювання.

7. З використанням поляризаційного методу вперше теоретично одержані поляризаційні параметри конвективних хмар, що знаходяться на різних стадіях розвитку і супроводжуються небезпечними явищами погоди. Ці параметри дають інформацію не тільки про динамічний стан хмар, але й про особливості їх мікроструктури.

8. Поляризаційний метод розпізнавання небезпечних явищ погоди, які пов'язані із зародженням і розвитком конвективних хмарних систем, доведений до можливості його практичної реалізації в метеорологічних радіолокаційних поляриметрах і може бути використаний з метою прогнозу і активних впливів.

9. Практична реалізація розробленного поляризаційного методу розпізнавання небезпечних явищ погоди була здійснена в Одеській і Кримській воєнізованих службах по активному впливу на гідрометеорологічні процеси.

10. Вперше експериментально одержані поляризаційні параметри градових і зливових хмар, зони випадаючого граду і