Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Мезоклиматические особенности развития зон активной конвекции и конвективных опасных явлений погоды в мегаполисах

ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Мезоклиматические особенности развития зон активной конвекции и конвективных опасных явлений погоды в мегаполисах"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (РГГМУ)

На правах рукописи

УДК 551.509.510: 551.509.32

ГРИГОРОВА ЕКАТЕРИНА СЕРГЕЕВНА

МЕЗОКЛИМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ЗОН АКТИВНОЙ КОНВЕКЦИИ И КОНВЕКТИВНЫХ ОПАСНЫХ ЯВЛЕНИЙ ПОГОДЫ В МЕГАПОЛИСАХ

Специальность 25.00.30 — Метеорология, агрометеорология, климатология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в Российском гидрометеорологическом университете

государственном

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

профессор А.В.Белоцерковский

Официальные оппоненты: доктор географических наук

профессор В.И.Воробьев,

кандидат географических наук старший

научный сотрудник Р.М.Вильфанд

Ведущая организация: Научно-исследовательский центр дистанционного зондирования атмосферы — филиал Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова

Защита состоится 20 октября 2005 г. в 15 часов на заседании Диссертационного Совета Д.212.197.01 при Российском государственном гидрометеорологическом университете по адресу: 195196, г. Санкт-Петербург, Малоохтинский проспект, 98

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета

Автореферат разослан 20 сентября 2005 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д.212.197.01 доктор физико-математических наук профессор

А.Д.Кузнецов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационной работы определяется необходимостью исследования мезоклиматических особенностей территорий больших городов для совершенствования систем управления городской окружающей средой. С одной стороны эта среда формируется в результате совместного воздействия природы и человеческого общества, а с другой стороны, сформировавшись, она сама начинает оказывать значительное влияние на жизнедеятельность людей и природные процессы. Нарушение радиационного баланса в приземном слое атмосферы под влиянием антропогенных факторов приводит к образованию «островов тепла» над городом. С учетом особенностей городской застройки и рельефа местности это должно приводить к усилению термической и динамической неустойчивостей атмосферного пограничного слоя, увеличению интенсивности и количества выпадающих осадков, росту повторяемости опасных явлений погоды и, в первую очередь, явлений погоды конвективного характера. Неучет мезоклиматических особенностей мегаполиса в моделях и методах сверхкраткосрочного и краткосрочного прогнозирования локальной погоды по городу и его районам может приводить к существенным ошибкам, особенно по показателю предупрежденное™ опасных явлений погоды. Ошибки прогнозирования и отсутствие своевременных мер защиты, как правило, приводят к значительному ущербу, пропорциональному сгущенности населения и концентрации промышленных объектов в районах мегаполисов. Озабоченность состоянием систем гидрометеорологического обеспечения в районах мегаполисов стала основной причиной для разработки нескольких международных и российских программ метеорологических исследований городской окружающей среды, одна из которых ориентирована на развитие в ближайшие годы таких исследований для территории московского мегаполиса. Настоящая диссертационная работа проводилась с учетом положений подпрограмм, входящих в демонстрационный проект Росгидромета «Метеорологическое обеспечение устойчивого развития московского мегаполиса», который начал выполняться с 2000 года.

Цель диссертационной работы заключается в оценивании влияния мегаполисов на мезометеорологические процессы в интересах совершенствования методов краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозирования опасных явлений погоды конвективного характера.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

— исследовать условия формирования мезоклиматических особенностей в районе московского мегаполиса при возникновении и развитии зон активной конвекции (ЗАК) и опасных явлений погоды конвективного характера;

— провести анализ современного состояния проблемы краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозирования опасных и неблагоприятных гидрометеорологических явлений погоды конвективного характера;

— провести статистический анализ параметров атмосферы для выявления связей между показателями статической и бароклинной неустойчивостей атмосферы и образованием ЗАК;

— обосновать выбор показателей состояния атмосферы для выявления ЗАК и использования их в качестве предикторов при разработке модели и метода прогнозирования ОЯП конвективного характера;

— разработать методы диагностики и прогнозирования ЗАК и рекомендации по его применению при краткосрочном и сверхкраткосрочном прогнозировании ОЯП конвективного характера;

— разработать практические рекомендации для применения предлагаемых методов диагностики и прогнозирования в оперативно-производственных учреждениях Росгидромета и других ведомств. Научная новизна работы заключается в комплексном исследовании

роли различных процессов макро- и мезомаспггабов, приводящих к накоплению и разрешению бароклинной и конвективной неустойчивостей атмосферы, с учетом влияния внешних факторов, в том числе и антропогенного происхождения. Найденные статистические связи могут быть использованы при совершенствовании существующих и разработке новых моделей и методов прогнозирования опасных гидрометеорологических явлений конвективного характера.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем:

— проведен статистический анализ характеристик состояния планетарного пограничного слоя и свободной атмосферы в условиях значительной неустойчивости, приводящей к возникновению опасных явлений конвективного характера;

— исследовано влияние мегаполисов на возникновение и развитие конвективных опасных явлений погоды;

— обоснован комплекс показателей, описывающих состояние атмосферы в сильно неравновесных условиях, для их использования в качестве предикторов в прогностических моделях конвективных опасных явлений погоды;

— разработаны физико-статистические модели «эталонных состояний атмосферы» и метод «эталонов» для краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозировании ОЯП;

— разработаны предложения по практической реализации метода прогнозирования в системе АРМ гидрометеоролога оперативно-производственных организаций Росгидромета и других ведомств;

— разработаны предложения по облику системы раннего предупреждения об опасных гидрометеорологических явлениях конвективного характера в московском мегаполисе.

Обоснованность и достоверность полученных в диссертационной работе результатов обусловлена аргументированностью исходных положений, логической непротиворечивостью рассуждений, корректным использованием современного математического аппарата и подтверждается согласованностью полученных результатов и сделанных выводов с некоторыми частными результатами других авторов, фундаментальными теоретическими положениями, а также их соответствием с богатым эмпирическим материалом. На защиту выносятся следующие основные положения:

— результаты статистического анализа параметров состояния атмосферы, при которых происходит формирование и развитие ЗАК и связанных с ними ОЯП;

— пространственно-временные характеристики сильных и очень сильных ливневых осадков и других ОЯП в районе московского мегаполиса в теплый период года;

— метод эталонов для диагностики и прогнозирования ЗАК и ОЯП конвективного характера;

— практические рекомендации по применению метода эталонов с учетом возможности его реализации на АРМ гидрометеоролога. Апробация работы. Основные положения работы докладывались и

получили одобрение на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам (Москва, 10-11 апреля 2002 г.), заседаниях кафедры метеорологии и климатологии Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (2002-2004 г.г.) и кафедры метеорологических прогнозов Российского государственного гидрометеорологического университета (2003-2004 г.г.). В полном объеме диссертация обсуждалась на расширенном заседании кафедры экспериментальной физики атмосферы РГТМУ в 2005 г.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в трех статьях и двух отчетах о НИР.

Объем работы. Структурно диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка литературы, содержащего 112 наименований. Общий объем работы составляет 174 страницы, в том числе 17 рисунков и графиков, а также 43 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности темы диссертационной работы, излагаются цель и задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость работы. Подчеркивается необходимость исследований мезоклиматических особенностей территорий для совершенствования существующих и разработки новых методов прогнозирования погоды, особенно опасных явлений погоды ¡3- и у-мезомасштабов.

Первая глава посвящена анализу современного состояния исследований мезомасштабных особенностей атмосферных процессов и явлений погоды в условиях мегаполисов. Особое внимание уделено

исследованиям по развитию зон активной конвекции и связанными с ними конвективными опасными явлениями. Именно эти явления должны усиливаться под влиянием дополнительных источников тепла в районах мегаполисов. Подчеркивается, что при совершенствовании методов прогнозирования опасных явлений погоды, необходимо рассматривать факторы, сочетание которых могут способствовать или препятствовать возникновению этих явлений.

В число этих факторов должны быть включены:

— региональные особенности развития атмосферных процессов синоптического масштаба, с которыми связаны ОЯП (макросиноптические условия);

— характеристики мезомасштабных процессов и мезообразований, прослеживаемых в определенных макросиноптических условиях;

— состояние подстилающей поверхности, локальные орографические особенности, дополнительные источники тепла и влаги антропогенного происхождения.

Большинство конвективных опасных явлений, как показывают исследования, связаны с процессами цикло- и фронтогенеза. Исследования взаимосвязи этих процессов с ОЯП должны быть направлены на определение условий, при которых возникают или усиливаются зоны активной конвекции. Это в первую очередь относится к выяснению механизмов роста и распространения возмущений разного масштаба под влиянием бароклинной и статической (конвективной) неустойчивостей. При рассмотрении вопросов статической неустойчивости, как правило, ограничиваются решением задач лишь мезометеорологии, в то время как бароклинную неустойчивость атмосферы необходимо учитывать при исследовании процессов макро- и мезомасштабов.

Для мегаполисов наиболее значимыми факторами воздействия на атмосферные процессы, как считает большинство исследователей, является избыточный нагрев и промышленные выбросы аэрозолей. Это влияние имеет место в нижней части пограничного слоя атмосферы (300-500 м) за счет создания городского пограничного слоя, что должно найти отражение в аномалиях полей осадков, увеличении повторяемости количества опасных явлений, прежде всего конвективного характера, изменении воздушных потоков под влиянием городской застройки и деформации фронтальных разделов при их перемещении через городскую зону.

При прогнозировании ОЯП конвективного характера по территории мегаполиса следует принимать во внимание, что активность большинства процессов с наветренной стороны города и его подветренной стороны должны заметно отличаться. Ответ на вопрос, как велико стимулирующее влияние города на возникновение и эволюцию мезомасштабных возмущений и на каких расстояниях от мегаполиса оно проявляется, можно дать только после детального изучения статистических характеристик метеорологических величин и явлений погоды по территории мегаполиса и его окрестностей. Это исследование является необходимым этапом при совершенствовании

существующих и разработке новых методов прогнозирования погоды, что и стало основной целью диссертационной работы.

В данной главе дается подробный анализ состояния исследований мезоклиматических особенностей московского мегаполиса, которые проводятся в течение последних 30 лет сотрудниками Центральной высотной гидрометеорологической обсерватории, ЦАО, ИЭМ, Московским центром по гидрометеорологии и мониторингу природной среды и другими учреждениями. Основное внимание уделено работам, посвященным возникновению и развитию конвективных ОЯП в условиях сильной неустойчивости атмосферы в теплый период года. Здесь же проанализированы основные методы краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозирования конвективных ОЯП, используемые в ГМЦ РФ, которые базируются на применении регрессионных моделей и дискриминантных функций. Показано, что основной недостаток большинства из современных методов прогнозирования заключается в частых пропусках явлений погоды в категории опасных и неблагоприятных гидрометеорологических явлений (ошибки первого рода). На основе основе этого сделан вывод, что совершенствование методов прогнозирования должно базироваться на более углубленном изучении мезоклимата Москвы и ее окрестностей в сильно неравновесных условиях.

Во второй главе приведены результаты климатологической обработки данных по комплексу метеорологических величин и явлений погоды для территории Москвы и Московской области, Санкт-Петербурга и Ленинградской области. В качестве исходных данных для получения статистических характеристик конвективных опасных явлений и условий, при которых они возникают и усиливаются, в работе использовались следующие:

— данные восьмисрочных наблюдений за летние месяцы 1996-2000 г.г. по станциям Балчуг, Ново-Иерусалим, Ленино-Дачное, Починки и Собакино;

— метеорологические данные, содержащие информацию по ливневым дождям и суточному количеству осадков за 1950-2000 г.г. по станциям Московского мегаполиса, оснащенных плювиографами и осадкомерами (26 станций);

— электронный архив реанализов полей метеорологических величин и явлений погоды ЫСЕР/ГЧСАК США за 1949-2000 г.г.;

— ежедневный электронный аэросиноптический архив РГГМУ за 19972003 г.г.;

— ежедневные синоптические бюллетени по северному полушарию и архив синоптических карт за 1950-2000 г.г.;

— архив «ПОГСЛОЙ» ВНИИ ГМИ-МЦД за 1950-2004 г.г. (двух- и четырехразовые радиозондирования с особыми точками по пограничному слою атмосферы, п. Долгопрудный);

— архив «АЭРОСТАВ» ВНИИ ГМИ-МЦД за 1950-2004 г.г. (проконтролированные данные радиозондовых и шаропилотных наблюдений);

— Справочник по климату СССР, вып.8. Облачность и атмосферные явления. — Л.: Гидрометеоиздат, 1968. — 156 е.;

— Атлас гидрометеорологических данных. Европа, т.2, ч.1. Гидрометеорологический очерк. Справочные таблицы. — М.: Воениздат, 1991. — 440 е.;

— Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 2. Книга 1. Данные за пятилетие. 1981-1985 г.г. — 470 е.;

— Справочник по опасным природным явлениям в республиках, краях и областях Российской Федерации. — С.-Петербург, 1996. — 584 е.;

— Календарь дат, сроков и характеристик ОЯП и наблюдательных станций (с указанием ущерба), составленный по ежегодным донесениям УГКС. При обработке данных вначале был сформирован календарь дат

возникновения явлений с указанием времени их начала и окончания на станциях наблюдения, продолжительности и интенсивности. Для ливневых осадков исследовался временной ход изменения интенсивности. Все статистические характеристики для сильных и очень сильных ливней и условий, при которых они возникали, оценивались на основе данных, представленных на бумажных носителях информации, и электронных архивов. Статистические характеристики других опасных явлений конвективного характера были взяты из соответствующих справочников с дополнением обобщениями, полученными другими авторами.

Результаты обработки данных ежедневных наблюдений за температурой воздуха у поверхности земли, характеристиками осадков, гроз и града на метеорологических станциях и постах Москвы и Московской области за теплый период года и анализ ее результатов показали, что влияние московского мегаполиса на мезоклимат отдельных районов города и его окрестностей проявляется в образовании повышенных значений температуры воздуха («остров тепла»), увеличении количества осадков и повторяемостей опасных и неблагоприятных гидрометеорологических явлений.

Летом наблюдаются существенные различия в температуре воздуха между центром Москвы и ее окрестностями. Диапазон этих изменений находится в пределах -3-7 °С, модальное значение составляет 1,5 °С. В дневные часы эти различия нивелируются (около 0,7 °С), а в ночные часы обостряются (разность температур между городом и пригородами 2,5-3,3 °С).

Установлено, что прослеживается отчетливо выраженная зона значительных сумм осадков, вытянутая от центра города к его северовосточной окраине (максимум составляет 23 мм). Вклад ливневых осадков в среднее суточное количество осадков по Москве достигает 90%. При этом очень сильные ливни

(()>50 мм) в центре города наблюдаются не реже одного раза в 3-5 лет, а в других районах города и области — раз в 10-20 лет.

Максимумы количества гроз и града смещены относительно центра города к его северо-восточной и юго-западной окраинам. Зона максимальных значений среднего числа дней с грозой в Московской области располагается на возвышенных северо-западных, западных и юго-западных районах области

(Ново-Иерусалим, Можайск, Нарофомииск). Зона максимальных значений составляет более 28 дней в году, а зона минимальных значений (22 дня в году) находится на сравнительно низинном юге и юго-востоке области (Серпухов, Калуга, Коломна). Пространственное распределение среднего числа дней в году с градом в основном имеет аналогичный характер, но это явление в среднем наблюдается всего 1,5-2,0 дня в году.

При рассмотрении особенностей распределения количества осадков, гроз и града по метеорологическим станциям собственно Москвы обращает на себя внимание существование относительного минимума всех конвективных явлений в центре города (Балчуг) по сравнению со станциями, расположенными на севере, северо-востоке, востоке и юго-западе мегаполиса (ТСХА, ВВЦ, Измайлово, Лосиноостровская, МГУ). В то же время, очаг тепла находится именно в центре города, где должно быть усиление термической неустойчивости при прохождении фронтальных разделов с северных или южных направлений. Представляется, что здесь формирование «городского» пограничного подслоя в пределах планетарного пограничного слоя атмосферы проявляется аналогично фоновому эффекту в горах, когда область разрушения неустойчивости сдвинута относительно области ее формирования или усиления на подветренную сторону относительно господствующих воздушных потоков.

Для подтверждения выводов относительно влияния крупного города на мезоклиматические особенности распределения метеорологических величин и явлений погоды конвективного характера в работе проведен статистический анализ общего количества осадков и ливневых осадков в Санкт-Петербурге и Ленинградской области для летнего сезона. Несмотря на то, что Москва отличается от Санкт-Петербурга более отчетливо выраженной континентальностью климата, орографией местности, отсутствием крупных водоемов, и для Санкт-Петербурга подтвердились общие выводы, сделанные относительно влияния Московского мегаполиса на формирование мезоклиматических особенностей в городе и его окрестностях. Вследствие существенного влияния летом на мезоклимат Санкт-Петербурга и его окрестностей господствующего западного переноса воздушных масс, над Санкт-Петербургом отмечается зона минимальных значений как общего количества осадков, так и их ливневой составляющей, а максимальные значения количества осадков смещены относительно города в его подветренные окрестности на расстояние до 30-80 км к востоку.

Влияние большого города на формирование мезоклиматических особенностей в результате усиления термической и динамической неустойчивостей нижнего слоя атмосферы при прохождении над его территорией неустойчивых воздушных масс подтверждается не только результатами данной работы, но и исследованиями, выполненными за рубежом. В частности, для г. Сент-Луиса (США), где это влияние выражено еще сильнее, чем в Москве и Санкт-Петербурге. Особенно заметно влияние мегаполисов на пространственное распределение всего комплекса ОЯП, характерных не только для теплой, но и для холодной половины года. Для Москвы зона максимального

числа ОЯП в течение года смещена к востоку относительно центра города на расстояние до 30 км.

В работе получены целый ряд статистических характеристик конвективных ОЯП, имеющих важное практическое значение для метеорологического обеспечения авиации, коммунального хозяйства, службы дорожного движения, наземного транспорта и т.д. Сюда следует отнести оценки повторяемостей различной интенсивности выпадающих осадков, продолжительности дождей и гроз, суточного хода явлений, количества станций, на которых регистрируется явление в одной и той же синоптической ситуации.

Третья глава работы посвящена синоптико-климатологическому анализу условий возникновения и развития конвективных ОЯП. Исходная выборка включала в себя 610 синоптических ситуаций за период с 1950 по 2000 г., при которых на одной или нескольких станциях Москвы и Подмосковья наблюдались ливневые осадки с количеством не менее 11 мм за период выпадения. Выбор ливней в качестве показателя активной конвективной деятельности объясняется следующими причинами. Во-первых, ливни, как правило , связаны с зонами глубокой конвекции. Во-вторых, ливни часто сопровождаются другими опасными и неблагоприятными гидрометеорологическими явлениями. В-третьих, прогноз сильных и очень сильных ливней имеет исключительное значение для коммунальных служб города, наземного и воздушного транспорта, систем связи и навигации и т.д.

В обобщенном виде синоптические условия, при которых выпадали сильные ливни за теплый период года в Москве и Московской области представлены в таблицах 1-4.

В этой главе, кроме того, рассмотрены физические механизмы формирования статической и бароклинной неустойчивости при выпадении сильных ливней в Москве и Московской области. В качестве характеристики синоптических процессов использовался лапласиан приземного давления, а для показателей статической и бароклинной неустойчивости первоначально рассматривались 9 параметров состояния атмосферы.

В числе показателей статической неустойчивости атмосферы рассмотрены следующие показатели:

— вертикальный градиент температуры воздуха по слоям различной толщины;

— максимальная вертикальная скорость конвективных движений;

— высота уровня развития конвекции;

— толщина конвективно-неустойчивого слоя;

— температура воздуха на верхней границы конвективно-неустойчивого слоя.

В качестве показателей бароклинной неустойчивости атмосферы рассмотрены следующие показатели:

— доступная потенциальная энергия слоя 1000-500 гПа и ее двенадцатичасовые изменения;

— модуль скорости термического ветра в слоях атмосферы 1000-500 гПа и 500-300 гПа;

— горизонтальный градиент температуры воздуха на изобарической поверхности р=850 гПа;

— аналог х вертикальной скорости упорядоченных движений воздушных частиц и изменения Лт за двенадцатичасовые интервалы на изобарической поверхности р=500 гПа.

Таблица 1

Повторяемость (%) различных синоптических ситуаций с сильными ливневыми осадками в теплый период года.

Москва и Московская область

Характеристика Синоптическая ситуация

X Тепл. фронт Фронт оккл Центр цикл. Тыл цикл. Переда. часть цикл. Тепл. сектор Седло -вина Малогр. поле, антициклон

Число случаев 213 73 43 110 49 43 37 18 24

Повторяемость 35 12 7 18 8 7 6 3 4

Таблица 2

Повторяемость (%) значений атмосферного давления, приведенного к уровню

моря,

_ в Москве при выпадении сильных ливней_

Характеристика Градация, гПа

971-980 981-990 991-1000 1001-1010 11011-1020

Число случаев 46 194 235 105 30

Повторяемость 7 32 39 17 5

Таблица 3

Повторяемость (%) тенденций изменения давления в течение 12 ч, _предшествующих началу ливневых осадков_

Характеристика Повторяемость

Падение 75

Рост 17

Ровный ход 8

Таблица 4

Повторяемость (%) преобладающих направлений перемещения циклонов _(ложбин) и атмосферных фронтов с сильными ливнями_

Направление перемещения (откуда перемещался синоптический объект) Число случаев Повторяемость, %

С, С3,3 274 45

ЮЗ, Ю, ЮВ 318 52

Другие направления 18 3

По результатам 610 анализов полей метеорологических величин, при которых в Москве и в Московской области наблюдались конвективные ОЯП, получены оценки показателей статической и бароклинной неустойчивости атмосферы и лапласиана давления. Эти характеристики представлены в виде повторяемостей различных градаций выбранных показателей.

Детально исследованы характеристики пограничного слоя атмосферы в условиях возникновения и развития зон активной конвекции и конвективных ОЯП.

Полученные значения повторяемости для показателей статической и бароклинной неустойчивости атмосферы являются основой для формирования предварительного перечня предикторов прогностических моделей ЗАК и конвективных ОЯП.

В четвертой главе анализируются основные направления совершенствования методов краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозирования конвективных ОЯП и дается обоснование целесообразности применения метода эталонов. Здесь также обосновывается выбор показателей атмосферы для описания ее статической и бароклинной неустойчивостей и характеристики барических образований у поверхности земли. Из 10 предложенных показателей один характеризует циклоничность барического поля, пять — статическую неустойчивость и четыре — бароклинную неустойчивость.

Для каждого из 10 показателей использованы критериальные значения или тенденции изменения, полученные в разделах 2 и 3 диссертационной работы. Эти показатели совместно с критериальными значениями представляют собой физико-статистическую модель (вектор-эталон) для состояния атмосферы с ОЯП. Аналогичные показатели с их значениями, находящимися за пределами интервалов, указанных в модели «с ОЯП», образуют вектор-эталон (модель) «без ОЯП».

В табл. 5 приведен перечень предварительных предикторов для диагностики и прогнозирования ЗАК и конвективных ОЯП.

Для распознавания принадлежности фактических (прогностических) ситуаций к одному из двух классов (эталонов) предложено использовать меру сходства для бинарных признаков, предложенную Танимото. Она определяется по следующей формуле:

\г7

$(х,г)=-=—^—=-, хгх+ггг-хгг

где X и Ъ — векторы признаков классифицируемого образа и образа-эталона для данного класса; «7>> — знак транспонирования.

Оценка качества диагностики ЗАК проводилась по факту наличия или отсутствия на станциях Москвы и Московской области ливней с количеством осадков не менее 11 мм за дождь. Другие ОЯП на данном этапе исследований не рассматривались. При расчетах показателей использовались результаты радиозондирования по ст. Долгопрудный за срок, ближайший к началу выпадения дождя, и архив данных ЫСАР/ЫСАЯ с результатами реанализов у

поверхности земли и на основных изобарических поверхностях. В архиве помимо значений давления, геопотенциальных высот, температуры, влажности воздуха, меридиональной и зональной составляющих скорости ветра, содержатся значения т500 и количества выпавших осадков за 12 ч. Значения т500 и количества осадков брались непосредственно из архива.

Таблица 5

Перечень предварительных предикторов для диагностики и прогнозирования ЗАК и конвективных ОЯП

№ п/п Наименование показателя Обозначение Оценка МО Критерий

1 2 3 4 5

1 Лапласиан давления, приведенного к уровню моря, гПа/(600 км)2 V2, 5,8 >4

2 Горизонтальный градиент температуры воздуха на £>=850 гПа, °С/600 км дТЙ50 дп 5,4 >5

3 Тенд. изменения доступной потенциальной энергии в слое 1000-500 гПа, кДж/м2 АА - рост

4 Аналог скорости упорядоченных вертикальных движений, гПа/12 ч т -86 <-50

5 Тенд. изменения т, гПа/12 ч Дт - падение

6 Максимальная скорость конвективных движений, м/с IV 'макс 13 >9

7 Вертикальный градиент температуры в одном из слоев (850-500,700-300,500200 гПа), °С/100 м У - Г>У»л

8 Высота уровня влажноадиабатической конвекции, км Нш 9,1 >7

9 Толщина конвективного неустойчивого слоя при влажноадиабатической конвекции, км лявл 7,9 >6

10 Температура на уровне влажноадиабатической конвекции, °С Тшл -33 <-21

Повторяемость ЗАК с сильными и очень сильными ливнями при различных значениях меры Танимото 5(Х^) для 10 признаков представлена в табл. 6 (обучающая выборка).

Таблица 6

Повторяемость р (%) ЗАК с сильными и очень сильными ливнями при

различных значениях S(X,Z). Москва иМосковская область. 1950-2000 г.г.

Значения меры Танимото/число совпадений

Показатель <0,25 [0,33-0,43] [0,55-0,66] 0,82 1,00

<4 5,6 7,8 9 10

Число случаев 5 51 442 85 27

Повторяемость, % 1 8 73 14 4

Анализ табл. 6 показывает, что при совпадении не более чем 4-х показателей из 10 повторяемость сильных ливней не превышает 1%, а дня 5-6 признаков — не более 8%. В 91% случаев выпадения сильных ливней наблюдалось совпадение фактического и эталонного состояний атмосферы не менее чем по 7 признакам. Для того чтобы исключить большое число ложных тревог, в качестве нижней границы при выделении ЗАК может быть выбрано значение меры Танимото S(X,Z)=0,55 (число совпадений признаков не менее 7). Анализ рассмотренных ситуаций показал, что при совпадении 9 или 10 признаков на метеостанциях наблюдались осадки с количеством 30 и более мм/12 ч, что свидетельствует о возможности использования величины данной меры в качестве характеристики интенсивности ОЯП.

Для проверки возможности применения метода эталонов для прогнозирования ЗАК и связанных с ними конвективных ОЯП использовался архив NCEP/NCAR и результаты наблюдений на 53 станциях и постах, расположенных примерно равномерно относительно Москвы, во Владимирской, Смоленской, Калужской, Рязанской, Тульской, Костромской и Тверской областях. Выборка включала в себя 715 ситуаций за теплый период 1981-1985 г.г. Кроме этих данных использовались данные донесений, поступивших в ГМЦ РФ от УГКС об ОЯП и стихийных гидрометеорологических явлениях.

За указанный период на рассматриваемой территории было отмечено 63 опасных явления: 8 случаев с градом диаметром более 20 мм, 5 случаев со смерчем, 12 случаев со шквалом, 24 случая с очень сильным дождем (более 50 мм за 12 ч и менее) и 14 случаев с ливнем более 30 мм за 12 ч и менее. Кроме того, было зарегистрировано 115 случаев с количеством осадков от 11 до 50 мм за ливень. Данную выборку можно рассматривать в качестве контрольной для оценивания качества метода эталонов, так как наблюдения на выбранных станциях не входили в обучающую выборку.

Матрица сопряженности для оценивания показателей успешности прогнозов зон активной конвекции представлена в табл. 7. Все показатели состояния атмосферы и меры Танимото рассчитывались для сеточной области, представляющей собой сферический сегмент размером 5° широты на 10° долготы. Считалось, что ОЯП наблюдалось в узле сетки, если в радиусе 50 км относительно этого узла было зафиксировано хотя бы одно ОЯП или несколько явлений одновременно. В связи с тем, что в качестве исходных данных

использовались результаты анализа, а не прогнозы полей метеорологических величин, полученные оценки следует рассматривать, ориентируясь на результаты идеального численного прогноза.

Таблица 7

Матрица сопряженности прогнозов ЗАК, разработанных методом эталонов

Прогноз Наблюдалось Сумма Оправдываемость (критерий U)

Явление Без явления

Явление 634 122 756 0,84

Без явления 94 10225 10319 0,99

Сумма 728 10347 11075 0,98

Предупрежденность 0,86 0,99

Результаты оценивания качества метода прогнозирования конвективных ОЯП и комплексов неблагоприятных гидрометеорологических явлений по центральному району ЕЧР оказались вполне обнадеживающими. Получены следующие оценки качества прогнозов:

— предупрежденность явления — П„=0,86;

— предупрежденность отсутствия явления — П6я =0,99;

— оправдываемость прогнозов с явлением — (/»=0,84;

— оправдываемость прогнозов без явления — </6,= 0,99;

— общая оправдываемость прогнозов— {/„6=0,98;

— вероятность ошибки первого рода (пропуск случая с ОЯП) — а=0,17;

— вероятность ошибки второго рода («ложная тревога») — р=0,01,

— критерий качества прогнозов Пирси-Обухова — Г=0,87;

— критерий успешности прогнозов A.M. Обухова — 0=0,82.

В пятой главе содержатся практические рекомендации по использованию метода эталонов в системе краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозирования опасных явлений погоды с учетом перспектив развития этой системы. Разработаны предложения по облику системы предупреждения об ОЯП в районе Московского мегаполиса с учетом перспектив практической реализации «Комплексной программы развития наблюдательной сети и создания системы сверхкраткосрочного прогнозирования гидрометеорологических явлений, влияющих на безопасность населения и эффективность хозяйственной деятельности в Москве и Московской области». Дано обоснование возможности включения в систему предупреждения об ОЯП в Московском мегаполисе метода эталонов как одного из перспективных методов прогнозирования ЗАК и связанных с ними ОЯП и разработаны практические рекомендации по применению предлагаемого метода в системе АРМ метеоролога.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы, которые сводятся к следующему.

1. Уточнены результаты исследований, выполненных ранее в нашей стране и за рубежом, относительно влияния мегаполисов на повышение фоновых значений температуры воздуха над городом (создание «очагов тепла»), увеличение количества осадков и повторяемости опасных явлений погоды конвективного характера.

2. Результаты статистического анализа восьмисрочных наблюдений за температурой воздуха по станциям Москвы и Подмосковья показали, что диапазон изменений температур воздуха между центром Москвы и ее окрестностями находится в пределах -3-7 °С, а модальное значение составляет 1,5 °С. В дневные часы различия между центром города и окрестностями в среднем составляют около 0,7 °С, а в ночные достигают 2,5-3,3 °С.

3. Установлено, что летом прослеживается отчетливо выраженная зона значительных сумм осадков, вытянутая от центра Москвы к ее северо-восточной окраине с максимумом около 23 мм.

4. Показано, что вклад ливневых осадков в среднее суточное их количество в теплый период года по Москве и Московской области составляет не менее 90%. При этом очень сильные ливни (с количеством О>50 мм/сут) в центре города наблюдаются не реже одного раза в 3-5 лет, а в других районах города и области — один раз в 10^-20 лет.

5. Максимум повторяемости ОЯП смещен относительно центра Москвы на ее подветренную часть и находится на расстоянии 25-30 км к востоку от городской черты. Зоны максимальной повторяемости гроз и града находятся на юго-западной и северо-восточной окраинах Москвы.

6. С использованием данных плювиографических и осадкомерных наблюдений за 51 год на 26 станциях и постах Москвы и Московской области получены повторяемости интенсивности ливневых осадков, продолжительности и времени их выпадения в течение суток, а также повторяемости осадков в течение одной синоптической ситуации одновременно на разном числе станций.

7. Для проверки гипотезы о влиянии крупного города на пространственное распределение осадков и других ОЯП получены статистические характеристики этого явления для Санкт-Петербурга и Ленинградской области, которые в целом подтвердили выводы, сделанные для московского мегаполиса. Однако в северо-западном регионе РФ конвективные процессы выражены менее ярко (по сравнению с центром ЕЧР) из-за особенностей рельефа, наличия крупных водоемов и меньшей континентальности климата.

8. Проведен анализ качества современных методов прогнозирования ОЯП, основанных на дискриминантиых функциях. Оказалось, что они далеко не всегда удовлетворяют требованиям Росгидромета по показателям предупрежденности конвективных ОЯП и оправдываемости их прогнозов. Это связано с недостаточно полным

учетом роли статической и бароклинной неустойчивостей атмосферы в формировании условий, благоприятных для возникновения зон активной конвекции.

9. Проведено исследование статистических характеристик для различных показателей статической и бароклинной неустойчивостей и условий циркуляции атмосферы в ситуациях с выпадением сильных ливней.

10.Дано обоснование показателей состояния атмосферы, которые следует включить в физико-статистические модели для краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозирования конвективных ОЯП.

11.Предложено использовать метод эталонов при прогнозировании ОЯП на основе информации о 10 показателях, для которых на обучающей выборке, включающей 610 ситуаций, получены критериальные значения. Это позволило разработать две физико-статистические модели для состояний атмосферы «с ОЯП» и «без ОЯП».

12.Для распознавания текущей ситуации и отнесения ее к одному из двух классов моделей показаны возможности применения меры сходства Танимото для бинарных признаков. На обучающей выборке получены критериальные значения для принятия решения об отнесении предъявляемой для распознавания ситуации к одному из классов.

13.На независимой выборке, включающей 715 ситуаций, получены оценки показателей качества прогнозов, разработанных с помощью метода, предложенного в диссертации. По большинству показателей качества эти прогнозы не уступают прогнозам, разрабатываемым в оперативно-прогностических организациях Росгидромета, а по предупрежденности и оправдываемое™ краткосрочных и сверхкраткосрочных прогнозов ливней даже превосходят их. Однако следует заметить, что этот вывод необходимо рассматривать как предварительный, так как он получен по результатам анализов полей метеорологических величин и справедлив только в рамках концепции совершенных прогнозов.

14.Разработаны предложения по применению метода эталонов в системе краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозирования ОЯП для московского мегаполиса, в том числе и с использованием АРМ метеоролога.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Григорова Е.С. Связь опасных явлений погоды с процессами фронтогенеза и циклогенеза// Отчет о НИР «Исследование динамики атмосферных процессов и явлений с целью повышения качества метеорологических прогнозов». — СПб.: Российский

Государственный, гидрометеорологический университет, 1999. — С.

2. Григорова Е.С. Исследование количественных зависимостей описывающих динамику процессов во время опасных явлений погоды// Отчет о НИР «Исследование динамики атмосферных процессов и явлений с целью повышения качества метеорологических прогнозов». — СПб.: Российский Государственный, гидрометеорологический университет, 2000. — С.

3. Григорова Е.С. Некоторые пространственные и временные мезоклиматические особенности мегаполиса Москвы и Подмосковья/ В сб. Летопись погоды, климата и экологии Москвы. — М.: Изд. МГУ, 2001. —С. 92-102.

4. Григорова Е.С. Мезоклиматические особенности московского мегаполиса/ Сб. трудов Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам, Москва, 10-11 апреля 2002 г. — М.: Изд. МГУ, 2002. — С. 27-28.

5. Григорова Е.С. О мезоклимате московского мегаполиса// Метеорология и гидрология. — 2004, №10. — С. 36-45.

23-25.

67-106.

НИ 7 0 74

РНБ Русский фонд

2006-4 11617

Подписано в печать 09.09.2005

Формат 60x84 1/16 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 80 экз. Заказ № 123

Отпечатано в типографии «Радиус» 199034, Россия, Санкт-Петербург, П.С. Большой пр., 32, тел. 320-80-36

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Григорова, Екатерина Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕЗОМАСШТАБНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ АТМОСФЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ И ЯВЛЕНИЙ В УСЛОВИЯХ МЕГАПОЛИСОВ.

1.1. Классификация и критерии опасных гидрометеорологических явлений

1.2. Классификация атмосферных процессов, вызывающих опасные явления погоды.

1.3. Обзор исследований по вопросу развития зон активной конвекции и конвективных опасных явлений в районах мегаполисов.

1.4. Выбранные направления исследований.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ.

2. МЕЗОМАСШТАБНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОНВЕКТИВНЫХ ОПАСНЫХ ЯВЛЕНИЙ ПОГОДЫ В МОСКВЕ И ПОДМОСКОВЬЕ В ТЕПЛЫЙ ПЕРИОД ГОДА.

2.1. Требования к метеорологической информации для исследования ме-зомасштабных процессов и явлений в мегаполисе.

2.2. Характеристика исходных данных и расчет статистических характеристик явлений погоды.

2.3. Исследование влияния Московского мегаполиса на формирование температурного режима у поверхности земли летом.

2.4. Анализ статистических характеристик ливневых осадков в районе московского мегаполиса.

2.5. Анализ статистических характеристик гроз и града в Москве и Подмосковье

2.6. Статистические характеристики опасных явлений погоды в районе мегаполисов.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ.

3. СИНОПТИКО-КЛИМАТОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ОПАСНЫХ ЯВЛЕНИЙ ПОГОДЫ КОНВЕКТИВНОГО ХАРАКТЕРА.

3.1. Анализ синоптических условий выпадения сильных ливневых осадков в теплый период года в Москве и Московской области.

3.2. Связь сильных ливневых осадков с энергией неустойчивости атмосферы

3.3. Характеристики и критерии статической неустойчивости атмосферы при сильных ливневых осадках.

3.4. Исследование характеристик бароклинной неустойчивости атмосферных движений в условиях опасных явлений погоды конвективного характера.

3.4.1. Виды и показатели барклинной неустойчивости при цикло- и фронтогенезе.

3.4.2. Доступная потенциальная энергия столба атмосферы.

3.4.3. Термический ветер.

3.4.4. Другие показатели.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ.

4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЭТАЛОНОВ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗОН АКТИВНОЙ КОНВЕКЦИИ И КОНВЕКТИВНЫХ ОПАСНЫХ ЯВЛЕНИЙ ПОГОДЫ.

4.1. Основные направления совершенствования методов краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозирования конвективных опасных явлений погоды.

4.2. Принципы построения системы распознавания ситуаций с ОЯП.

4.3. Выбор меры сходства для выявления кластеров.

4.4. Обоснование предварительного перечня предикторов для выделения зон активной конвекции и прогнозирования ОЯП.

4.5. Оценка качества диагностики зон активной конвекции по методу эталонов.

4.6. Результаты применения метода эталонов для прогнозирования ЗАК и конвективных ОЯП.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Мезоклиматические особенности развития зон активной конвекции и конвективных опасных явлений погоды в мегаполисах"

В конце XX и в начале XXI века городская окружающая среда все больше становится предметом обеспокоенности мирового сообщества. Более 30% населения Земли в настоящее время живет в городах, причем урбанизация принимает все более широкие масштабы. В связи с этим возникает обилие вопросов, затрагивающих не только проблемы городского строительства, но и изменения городской окружающей среды. С одной стороны, эта среда формируется под воздействием человека и природы, а с другой, сформировавшись, она сама начинает оказывать значительное влияние на жизнедеятельность людей и природные процессы. Управление городской окружающей средой становится одним из приоритетных направлений деятельности федеральных и муниципальных органов власти, а также национальных служб окружающей природной среды.

Озабоченность состоянием окружающей среды в мегаполисах, а также развитием систем их гидрометеорологического обеспечения нашли свое отражение в документах Всемирной метеорологической организации (ВМО). Тринадцатый Всемирный метеорологический конгресс (Женева, май 1999 г.) учредил Программу метеорологических исследований городской окружающей среды (СиЯМЕ), ориентирующую национальные гидрометеорологические службы активно участвовать в изучении и рациональном использовании городской среды.

Климат большого современного города является мезонеоднородным. На отдельных его улицах и площадях формируются микроклиматические условия, определяемые городской застройкой, покрытием улиц, распределением зеленых насаждений, промышленных объектов и др. Основной вклад в формирование мезоклиматических особенностей мегаполисов вносит антропогенное загрязнение атмосферы твердым аэрозолем и парниковыми газами. Вследствие загрязнения воздушного бассейна на территории города понижено эффективное излучение, и, следовательно, затруднено ночное выхолаживание. Изменение радиационного баланса, дополнительное поступление тепла в атмосферу в результате сжигания топлива и малый расход тепла на испарение приводят к повышению температуры воздуха над городом по сравнению с окружающей естественной (не загрязненной антропогенными примесями) местностью.

К настоящему времени выполнено большое число исследований, посвященных вопросам загрязнения городской окружающей среды под влиянием антропогенных воздействий и нарушения радиационного баланса в пограничном слое атмосферы, приводящих к возникновению «островов тепла» [23,41,43,50]. Интенсивность этих «островов» изменяется от 1 до 10°С в зависимости от площади мегаполиса, его географического положения и характера атмосферных процессов. Теоретически «острова тепла» и характер городской застройки обусловливают усиление термической и динамической неустойчивости приземного слоя атмосферы, увеличение интенсивности и количества выпадающих осадков, а также рост повторяемости опасных явлений погоды конвективного характера. Имеющееся ограниченное число исследований, посвященных получению точечных оценок статистических характеристик увеличения количества выпадающих осадков под влиянием мегаполисов и повышения повторяемости опасных метеорологических явлений, не может служить подтверждением данной гипотезы, прежде всего, из-за существенной естественной пространственной изменчивости количества осадков и ограниченности исходных выборок.

Климатологические ряды метеорологических величин и явлений погоды, на основании которых делаются выводы о влиянии города на окружающую среду, должны включать результаты непосредственных измерений на учащенной сети метеорологических станций с длительностью наблюдений не менее 10-15 лет и периодичностью получения данных не более чем через 3 часа [31,106]. Это позволит исследовать изменения суточного хода метеорологических величин под влиянием мегаполисов, что важно при рассмотрении процессов развития конвекции и связанных с ними опасных гидрометеорологических явлений. Как показывает отечественный и зарубежный опыт, для получения достоверных выводов о влиянии города на характер выпадения осадков, прежде всего, должны рассматриваться умеренные и сильные ливневые осадки.

Исследование мезоклиматических особенностей территорий необходимо, в первую очередь, для совершенствования существующих и разработки новых методов прогнозирования погоды. В настоящее время задача прогнозирования опасных гидрометеорологических явлений на сроки 0-72 ч включена в число приоритетных задач в области фундаментальной и прикладной метеорологии [25]. Сложность решения данной задачи связана с тем, что существующие сети гидрометеорологических наблюдений с пространственным разрешением в 100-400 км и временным разрешением в 312 ч позволяют обнаруживать атмосферные возмущения синоптического и а-мезомасштабов. Возмущения и у-мезомасштабов, к которым относится большинство опасных гидрометеорологических явлений, обнаруживаются только тогда, когда они попадают в поле зрения конкретной станции.

Использование результатов наблюдений с высоким пространственно-временным разрешением (наземных, радиолокационных и спутниковых) и организация соответствующих систем обработки информации позволяют идентифицировать мезовозмущения всех масштабов и осуществлять прогнозирование их эволюции на основе мезомасштабных гидродинамических моделей, экстраполяционных процедур и синоптико-статистических методов. Создание подобных систем, ориентированных на разработку локальных прогнозов и предупреждений об опасных гидрометеорологических явлениях (ОЯ), целесообразно осуществлять, в первую очередь, в районах мегаполисов. Здесь существует достаточно густая сеть гидрометеорологических станций и постов, а ущерб от последствий ОЯ в районах мегаполисов наибольший, ввиду значительной плотности населения и интенсивной хозяйственной деятельности. Известно, что экстремальное природное явление только тогда становится опасным, когда оно оказывает воздействие на население и хозяйственную деятельность в значительных масштабах. Многие исследователи —[31,41,50] отмечают, что мегаполисы не только чаще других территорий подвергаются воздействию ОЯ, но и сами становятся источниками возникновения или усиления таких явлений. В первую очередь это должно относиться к явлениям, которые формируются или усиливаются под воздействием локальных орографических эффектов, особенностей подстилающей поверхности, неравномерности поступления тепла, влаги и аэрозолей.

В декабре 1999 г. с целью развития работ по управлению качеством городской окружающей среды Росгидромет при поддержке ВМО и Правительства Москвы провел научно-технический семинар «Метеорологические аспекты городской окружающей среды» (Москва, 9-11 декабря 1999 г.). Участники семинара отметили, что сложившаяся в мегаполисе система гидрометеорологического обеспечения требует совершенствования. В условиях высокой плотности населения, активной экономической деятельности, роста парка автотранспорта возрастает ущерб от непредсказанных гидрометеорологических явлений и увеличивается угроза для жизни людей [68]. От качества метеорологической информации зависит правильность принимаемых решений по управлению городским хозяйственным комплексом, распределение сил и средств в периоды природных и техногенных чрезвычайных ситуаций. Семинар подробно обсудил концепцию демонстрационного проекта Росгидромета «Метеорологическое обеспечение устойчивого развития московского мегаполиса», который на Исполнительном Совете ВМО в мае 2000 г. был принят в качестве демонстрационного проекта Международной программы 01ЖМЕ.

Проект планируется осуществлять в рамках отдельных подпрограмм при общей координации Научно-технического комитета проекта. В их число включены следующие подпрограммы.

1. Обобщение и уточнение требований к гидрометеорологической информации.

2. Развитие наблюдательных систем и их интеграция.

3. Изучение влияния московского мегаполиса на метеорологические процессы и явления.

4. Изучение особенностей мезо- и микроклимата московского мегаполиса.

5. Развитие моделей и методов прогнозов погоды.

6. Интеграция систем сбора, обработки и отображения гидрометеорологической информации.

7. Развитие системы анализа и прогноза метеорологических условий загрязнения воздуха.

8. Развитие системы прогноза уровня загрязнения воздуха и оповещения о периодах наступления высокого загрязнения воздуха в Москве.

9. Совершенствование системы обеспечения гидрологическими и агрометеорологическими данными и прогнозами.

Ю.Развитие комплексной информационной системы обслуживания потребителей.

11 .Глобальные изменения климата и оценка их воздействий.

12.Оценка влияния атмосферных процессов на состояние здоровья населения.

Практическая реализация исследований по вопросам демонстрационного проекта Росгидромета возложена на Гидрометцентр РФ, Гидрометеорологическое бюро Москвы и Московской области (московское ГМБ), Московский центр по гидрометеорологии и наблюдению природной среды и ряд других организаций. Основной целью деятельности московского ГМБ является повышение надежности и достоверности гидрометеорологических наблюдений, прогнозов и предупреждений о неблагоприятных гидрометеорологических явлениях для районов Москвы и Московской области [23,68].

Эта программа стала главным элементом специальной комплексной программы развития наблюдательной сети и создания системы сверхкраткосрочного прогнозирования гидрометеорологических явлений, влияющих на безопасность жизни населения и эффективность хозяйственной деятельности в Москве и области и оперативного информирования о них населения и организаций. Составной частью этой сложной системы названа подсистема сверхкраткосрочного (до 12 ч) и краткосрочного (до 36 ч) прогнозирования явлений, включающая в себя: а) процедуры экстраполяции на 2-6 ч (с детальным воспроизведением эволюции состояния атмосферы на средствах визуализации); б) синоптико-статистические методы прогнозирования на 6-12 ч (с использованием экстраполяции и статистических связей между явлениями и процессами в атмосфере); в) численные мезомасштабные модели для прогнозирования метеовеличин на сроки 6-36 ч; г) численные региональные модели для прогнозирования метеорологических величин на 24-36 ч; д) методы интерпретации численных прогнозов для прогнозирования явлений, не прогнозируемых непосредственно в численных схемах.

Из множества опасных и неблагоприятных гидрометеорологических явлений, как нам представляется, в первую очередь следует выделить О Я конвективного характера. Это объясняется следующими причинами. Во-первых, такие ОЯ составляют не менее половины от общего числа явлений, приносящих наибольший экономический ущерб экономике РФ [75]. Во-вторых, влияние города, как очага тепла, должно проявляться в усилении статической неустойчивости атмосферы и стимулировании конвекции. В-третьих, регистрация этих явлений осуществляется с использованием как наземной сети метеорологических станций и постов, так и дистанционных методов наблюдений (метеорологические ИСЗ, МРЛ, грозопеленгатор), что повышает достоверность их обнаружения и прослеживания эволюции.

Для разработки синоптико-статистических методов прогнозирования ОЯ конвективного характера и методов интерпретации численных прогнозов для явлений, непосредственно не прогнозируемых в этих схемах, необходимо иметь соответствующую базу данных. Эта база служит основой при нахождении связей между рассматриваемыми явлениями и характеристиками процессов, которые их вызывают. База данных, которая позволяла бы учитывать влияние мегаполиса на мезометеорологические процессы и явления, пока может быть создана только для Московского мегаполиса, включающего г. Москву и Московскую область, и частично, для г. Санкт-Петербурга и Ленинградской области. В настоящей работе предпочтение было отдано Московскому мегаполису в связи с тем, что здесь имеются многолетние архивные материалы наблюдений более чем на 30 метеостанциях и постах, расположенных в Москве и в Московской области; наблюдения в нижнем 500-метровом слое атмосферы на телевизионной башне в Останкино; аэрологические данные по ст. Долгопрудный. Однако самым важным является то, что вопросами мезометеорологии воздушного бассейна Москвы в течение нескольких десятилетий занимались такие организации, как Центральная высотная гидрометеорологическая обсерватория (ЦВГМО), Московский центр по гидрометеорологии и наблюдению природной среды (Московский ЦГНС), Институт экспериментальной метеорологии (ИЭМ), Центральная аэрологическая обсерватория (ЦАО) и ряд других организаций. Исследования, выполненные сотрудниками этих организаций, являются хорошей основой для решения задач, поставленных в настоящей диссертационной работе.

Цель диссертационной работы заключается в оценивании влияния мегаполисов на мезометеорологические процессы в интересах совершенствования методов краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозирования опасных явлений погоды конвективного характера.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования: исследовать условия формирования мезоклиматических особенностей в районе Московского мегаполиса при возникновении и развитии зон активной конвекции (ЗАК) и опасных явлений погоды конвективного характера; провести анализ современного состояния проблемы краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозирования опасных и неблагоприятных гидрометеорологических явлений погоды конвективного характера; провести статистический анализ параметров атмосферы для выявления связей между показателями статической и бароклинной неустойчивостей атмосферы и образованием ЗАК; обосновать выбор показателей состояния атмосферы для выявления ЗАК и использования их в качестве виртуальных предикторов при разработке модели и метода прогнозирования ОЯ конвективного характера; разработать методы диагностики и прогнозирования ЗАК и рекомендации по его применению при краткосрочном и сверхкраткосрочном прогнозировании ОЯ конвективного характера; разработать практические рекомендации для применения предлагаемых методов диагностики и прогнозирования в оперативно-производственных учреждениях Росгидромета и других ведомств.

На защиту выносятся следующие основные положения: результаты статистического анализа параметров состояния атмосферы, при которых происходит формирование и развитие ЗАК и связанных с ними ОЯ; пространственно-временные характеристики сильных и очень сильных ливневых осадков и других ОЯ в районе московского мегаполиса в теплый период года; метод эталонов для диагностики и прогнозирования ЗАК и ОЯ конвективного характера; практические рекомендации по применению метода эталонов с учетом возможности его реализации на АРМ-метеоролог.

Научная новизна работы заключается в комплексном исследовании роли различных процессов макро- и мезомасштабов, приводящих к накоплению и разрешению бароклинной и конвективной неустойчивостей атмосферы с учетом влияния внешних факторов, в том числе и антропогенного происхождения. Найденные статистические связи необходимы при совершенствовании существующих и разработке новых моделей и методов прогнозирования опасных гидрометеорологических явлений конвективного характера.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем: проведении статистического анализа характеристик состояния планетарного пограничного слоя и свободной атмосферы в условиях значительной неустойчивости, приводящей к возникновению опасных явлений конвективного характера; исследовании влияния мегаполисов на возникновение и развитие конвективных опасных явлений погоды; обосновании комплекса показателей, описывающих состояние атмосферы в сильно неравновесных условиях, для их использования в качестве предикторов в прогностических моделях конвективных опасных явлений погоды; разработке физико-статистических моделей «эталонных состояний атмосферы» и метода «эталонов» для краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозировании ОЯ; разработке предложений для практической реализации метода прогнозирования в системе АРМ-гидрометеоролога оперативно-производственных организаций Росгидромета и других ведомств; разработке предложений к облику системы раннего предупреждения об опасных гидрометеорологических явлениях конвективного характера в Московском мегаполисе.

Обоснованность и достоверность полученных в диссертационной работе результатов обусловлена аргументированностью исходных положений, логической непротиворечивостью рассуждений, корректным использованием современного математического аппарата и подтверждается согласованностью полученных результатов и сделанных выводов с некоторыми частными результатами других авторов, фундаментальными теоретическими положениями, а также с богатым эмпирическим материалом.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на заседаниях кафедры метеорологии и климатологии Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова (20022004 г.г.) и кафедры метеорологических прогнозов Российского государственного гидрометеорологического университета (2003-2004 г.г.). В полном объеме диссертация обсуждалась на расширенном заседании кафедры радиолокационной метеорологии РГГМУ в 2005 г.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в четырех статьях и двух отчетах о НИР.

Структурно диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка литературы, содержащего 112 наименований. Общий объем работы составляет 174 страницы, в том числе 17 рисунков и графиков, а также 43 таблицы.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Григорова, Екатерина Сергеевна

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему.

1. Уточнены результаты исследований, выполненных ранее в нашей стране и за рубежом, относительно влияния мегаполисов на повышение фоновых значений температуры воздуха над городом (создание «очагов тепла»), увеличение количества осадков и повторяемости опасных явлений погоды конвективного характера.

2. Результаты статистического анализа восьмисрочных наблюдений за температурой воздуха по станциям Москвы и Подмосковья показали, что диапазон изменений температур воздуха между центром Москвы и ее окрестностями находится в пределах -3-7 °С, а модальное значение составляет 1,5 °С. В дневные часы различия между центром города и окрестностями составляют около 0,7 °С, а в ночные достигают 2,5-3,3 °С.

3. Установлено, что летом прослеживается отчетливо выраженная зона значительных сумм осадков, вытянутая от центра Москвы к ее северо-восточной окраине с максимумом расхождений около 23 мм.

4. Показано, что вклад ливневых осадков в среднее суточное их количество в теплый период года по Москве и Московской области составляет не менее 90%. При этом очень сильные ливни (с количеством £)>50 мм/сут) в центре города наблюдаются не реже одного раза в 3-5 лет, а в других районах города и области — один раз в 10-20 лет.

5. Максимум ОЯП смещен относительно центра Москвы на ее подветренную часть и находится на расстоянии 25-30 км к востоку от городской черты. Зоны максимальной повторяемости гроз и града находятся на юго-западной и северо-восточной окраинах Москвы.

6. С использованием данных плювиографических и осадкомерных наблюдений за 51 год на 26 станциях и постах Москвы и Московской области получены повторяемости максимальной интенсивности ливневых осадков, продолжительности и времени их выпадения в течение суток, а также повторяемости осадков в течение одной синоптической ситуации одновременно на п станциях.

7. Для проверки гипотезы о влиянии крупного города на пространственное распределение осадков и других ОЯП получены статистические характеристики этого явления для Санкт-Петербурга и Ленинградской области, которые в целом подтвердили выводы, сделанные для московского мегаполиса. Однако в северо-западном регионе РФ конвективные процессы выражены менее ярко (по сравнению с центром ЕЧР) из-за особенностей рельефа, наличия крупных водоемов и меньшей континентальности климата.

8. Проведен анализ качества современных методов прогнозирования ОЯП, основанных на дискриминантных функциях. Оказалось, что они далеко не всегда удовлетворяют требованиям по показателям предупрежденное™ конвективных ОЯП и оправдываемости их прогнозов. Это связано с недостаточно полным учетом роли статической и бароклинной неустойчивостей атмосферы в формировании условий, благоприятных для возникновения зон активной конвекции.

9. Проведено исследование статистических характеристик для различных показателей статической и бароклинной неустойчивостей и условий циркуляции атмосферы в ситуациях с выпадением сильных ливней.

10.Дано обоснование 10 показателей состояния атмосферы, которые следует включить в физико-статистические модели для краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозирования конвективных ОЯП.

11. Предложено использовать метод эталонов при прогнозировании ОЯП на основе 10 предлагаемых показателей, для которых на обучающей выборке, включающей 610 ситуаций, получены критериальные значения по каждому из показателей. Это позволило разработать две физико-статистические модели для двух состояний атмосферы: «с ОЯП», «без ОЯП».

12.Для распознавания текущей ситуации и отнесения ее к одному из двух классов моделей показаны возможности применения меры сходства Танимото для бинарных признаков. На обучающей выборке получены критериальные значения для принятия решения об автоматическом отнесении предъявляемой для распознавания ситуации к одному из классов.

13.На независимой выборке, включающей 715 ситуаций с прогнозами, разработанными по 15 точкам, получены оценки показателей качества прогнозов, разработанных с помощью метода, предложенного в диссертации. По большинству показателей качества эти прогнозы не уступают прогнозам, разрабатываемым в оперативно-прогностических организациях Росгидромета, а по предупрежденности и оправдываемости краткосрочных и сверхкраткосрочных прогнозов ливней даже превосходят их. Однако следует заметить, что этот вывод необходимо рассматривать как предварительный, так как он получен по результатам анализов полей метеорологических величин и справедлив только в рамках концепции совершенных прогнозов.

М.Разработаны предложения по применению метода эталонов в системе краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозирования ОЯП для московского мегаполиса, в том числе и с использованием АРМ метеоролога.

164

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время исследование мезометеорологических процессов для своевременного предупреждения об опасных явлениях погоды населения и органов управления объектами инфраструктуры крупных городов становится одним из приоритетных направлений в деятельности Всемирной метеорологической организации и национальных метеорологических служб. В деятельности ВМО это нашло отражение при разработке Программы метеорологических исследований городской окружающей среды (виЯМЕ), а при развитии данного направления в системе Росгидромета — в организации Московского ГМБ, определении целей и задач этого подразделения.

Диссертационная работа направлена на исследование мезоклиматических особенностей московского мегаполиса для использования полученных знаний при совершенствовании моделей и методов краткосрочного и сверхкраткосрочного прогнозирования конвективных опасных явлений погоды, в число которых входят такие явления, как сильные ливни и очень сильные ливневые осадки, смерч, шквал (сильный ветер), крупный град. Из этих ОЯП наиболее часто в теплый период года в Москве и Московской области наблюдаются ливни, существенно осложняющие деятельность дорожных и коммунальных служб города, влияющие на безопасность выполнения строительных работ, полетов авиации и эксплуатацию автомобильного транспорта. Почти каждый десятый ливень сопровождается крупным градом или шквалом.

В связи с этим в работе наибольшее внимание уделяется исследованию мезоклиматических особенностей ливней, пространственное распределение характеристик которых может служить одним из индикаторов влияния искусственных очагов тепла над городом на усиление конвективной деятельности. Полученные статистические характеристики мезоклиматических особенностей крупного мегаполиса нашли отражение при исследовании показателей статической неустойчивости атмосферы в процессе возникновения

ОЯП и при разработке предложений по совершенствованию методов их прогнозирования.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Григорова, Екатерина Сергеевна, Санкт-Петербург

1. Абашев М.Т., Бурцев И.И., Шевела Г.В. Руководство по применению радиолокаторов МРЛ-4, МРЛ-5 и МРЛ-6 в системе градозащиты. — Л.: Гидрометеоиздат. — 1980. — 230 С.

2. Абрамович К.Г. и др. Методика расчета карты зон активной конвекции, турбулентности в ясном небе и обледенения //Труды Гидрометцентра СССР. 1985. вып.91.

3. Алексеева A.A., Глушкова Н.И. Диагноз и прогноз интенсивной конвенции и связанных с нею опасных конвективных явлений. Труды ГМЦ РФ. 1993. вып.236. — с.68-72.

4. Алибегова Ж.Д. Пространственно-временная структура полей жидких осадков. —Л.: Гидрометеоиздат, 1985. — 232 с.

5. Апсолямова З.Г. Некоторые особенности летних осадков в Подмосковье // Тр. ЦВГМО. — 1983. — Вып. 18. — с.41-50.

6. Апсолямова З.Г. Пространственно-временное распределение гроз и града в Москве и Подмосковье // Тр. ЦВГМО. — 1977. — Вып. 10. — с. 19-46.

7. Апсолямова З.Г., Зворыкина О.Н., Соколова Н.Г. Некоторые особенности пространственно-временного распределения значительных осадков на территории г.Москвы и Московской области // Тр. ЦВГМО. — 1973. — Вып.2. — с.83-94.

8. Апсолямова З.Г., Скляров В.М* Значительные осадки и сильные дожди в Москве и Подмосковье // Тр. ЦВГМО. — 1977. — Вып. 10. — с.53-83.

9. Атмосфера. Справочник (справочные данные, модели). — Л.: Гидрометеоиздат. — 1991. — 512 С.

10. Ю.Багров А.Н. Оперативная численная схема прогноза конвективных явлений (кучевообразной облачности, гроз и шквалов) и обложных осадков //Труды Гидрометцентра СССР. — 1972. — вып.91.

11. П.Бахарева Г.М., Гербурт-Гейбович A.A. Первые результаты метеорологических наблюдений в Москве и ближайших пригородах // Тр. ЦВГМО. — 1978. — Вып. 12. — с.59-66.

12. Бахарева Г.М., Клинов Ф.Я. К вопросу о распределении осадков в Москве // Тр. ЦВГМО. — 1985. — Вып.22. — с.44-59.

13. П.Бахарева Г.М., Клинов Ф.Я. К вопросу о распределении осадков по территории Москвы // Тр. ЦВГМО. — 1985. — Вып.22. — с.60-66.

14. М.Бедрицкий А.И. Влияние погоды и климата на устойчивость и развитие экономики // Бюллетень ВМО. Апрель 1999 г. т.48. № 2. — с.215-222

15. Белов П.Н., Борисенков Е.П., Панин Б.Д. Численные методы прогноза погоды. — Л.: Гидрометеоиздат. — 1989. — 376 С.

16. Белоусов С.Л., Беркович Л.В., Лосев В.М. Развитие гидродинамических методов краткосрочного прогноза погоды // 70 лет Гидрометцентру России. — 1999. — с.44-58.

17. Белоцерковский A.B., Дивинский Л.И., Екатериничева Н.К., Иванов Б.Д., Качурин Л.Г., Ошков Ю.Г., Осокина Е.В., Псаломщиков В.Ф. Активно-пассивная радиолокация грозовых и грозоопасных очагов в облаках. — С.-Петербург: Гидрометеоиздат. — 1992. — 216 С.

18. Богаткин О.Г., Еникеева В.Д. Анализ и прогноз погоды для авиации. — С.-Петербург: Гидрометеоиздат. — 1992. — 272 С.

19. Боголепов М.А. Климат Москвы. — М., 1928. — С. 152-154.

20. Бриедис Т.Е. Анализ и сверхкраткосрочный прогноз эволюции облачных образований на основе цифровой обработки радиолокационных и спутниковых изображений. Автореферат диссертации. — С.-Петербург: РГГМУ. — 1997. — 17 С.

21. Брылев Г.Б., Гашина С.Б., Низдойминога Г.Л. Радиолокационные характеристики облаков и осадков. — Л.: Гидрометеоиздат. — 1986. — 231 С.

22. Васильев A.A., Ляхов A.A. Москва: состояние и перспективы развития системы гидрометеорологического обеспечения мегаполиса // Бюллетень ВМО. Октябрь 2000 г. т.49. № 4. — с.406-409.

23. Васильев A.A., Глушкова Н.И., Лапчева В.Ф. Повторяемость конвективных явлений в атмосфере, приводящих к стихийным бедствиям // Метеорология и гидрология. — 1994. № 2. — с. 15-19.

24. Васильев A.A., Фролов A.B. Гидрометцентр России на пороге нового века // 70 лет Гидрометцентру России. — 1999. — с.3-16.

25. Васильев П.П. Прогноз элементов погоды на средние сроки на основе объективной интерпретации результатов интегрирования по времени гидродинамических моделей атмосферы. — Труды Гидрометцентра СССР. 1986. вып.280. — с.105-128.

26. Васильев П.П., Васильева Е.Л. Система статистической интерпретации выходной продукции гидрометеорологических моделей для среднесрочного прогноза погоды. — Сборник 70 лет Гидрометцентру России. — С.-Петербург: Гидрометеоиздат. 1999. — с. 118-133.

27. Васильев П.П., Васильева Е.Л Статистические среднесрочные прогнозы по пунктам и регионам. — Тезисы доклада совещания «Использование прогностической продукции численных моделей». Москва. 16-20 марта 1998. — Москва. 1998. — с. 12-14.

28. Владимиров A.M., Ляхин Ю.И., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. Охрана окружающей среды. — Л.: Гидрометеоиздат, 1991. — 424 С.

29. Волкова В.И. О характеристиках инверсий температуры воздуха в нижнем слое атмосферы над Москвой. — Тр. МосЦГНС. — 1988. — Вып.1. — с. 143-153.

30. Воробьев В.И. Синоптическая метеорология. Учебник. — Ленинград: Гидрометеоиздат, 1991. — 616 С.

31. Гербурт-Гейбович A.A., Сколова Н.Г., Клинов Ф.Ф., Волкова В.И. Суточные нормы и экстремальные характеристики температурного режима Москвы // Тр. ЦВГМО. — 1984. — Вып.20. — с.41-55.

32. Глушкова Н.И. Диагноз и прогноз осадков по спутниковым данным наблюдений. — Труды Гидрометцентра СССР. — 1985. — Вып.266. — с.

33. Глушкова Н.И. Методические указания по прогнозу града с использованием данных МРЛ и ИСЗ. — Л.: Гидрометеоиздат. 1980. — 48с.

34. Глушкова Н.И., Алексеева A.A. Исследование условий, благоприятных для развития разрушительного смерча с сильными ливнями. — с.25-32.

35. Глушкова Н.И., Громова Г.Г., Лапчева В.Ф., Литвин H.H. Метод прогноза ливней, гроз и града с использованием аэросиноптических, радиолокационных и спутниковых данных. — Труды Гидрометцентра СССР. — 1974. — Вып. 136. — с.42-45.

36. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Вероятностные метеорологические прогнозы.

37. J1.¡Гидрометеоиздат, 1983. — 272 С.

38. Груза Г.В., Рейтенбах Р.Г. Статистика и анализ гидрометеорологических данных. — Л.: Гидрометеоиздат. — 1982. — с. 106-116.

39. Де У.С., Синх Рэй К.Ч. Воздействие погоды и климата на здоровье человека // Бюллетень ВМО, т.49, № 4, 2000. — с.415-424.

40. Дрегемайер К.К. Численный прогноз гроз: проблемы, потенциальные преимущества и результаты, полученные в ходе оперативных испытаний в реальном масштабе времени //Бюллетень ВМО. 1997. Том 46. №4. с.426-440.

41. Дроздов О.В., Васильев В.А., Кобышева Н.В., Раевский А.Н., Смекалова Л.К., Школьный Е.П. Климатология. — Л.: Гидрометеоиздат. — 1989. — 568 С.

42. Дроздов O.A., Швер Ц. А. Исследование осадков больших городов. — Информ. Письмо ГУГМС. — №20. — 1976. — с.84-94.

43. Калинин H.A. Энергетика циклонов умеренных широт. Диссертация.

44. Пермь: ПГУ. — 1997. — 220 С.

45. Кармайкл Г.Р. Развитие мегаполисов в Азии: социально-экономические аспекты и последствия для окружающей среды и здоровья // Бюллетень ВМО, т.49, № 4, 2000. — с.400-405.

46. Климат Ленинграда /под ред. Ц.А.Швер, Е.В.Алтыкиса, Л.С.Евтеевой. — Л.: Гидрометеоиздат. — 1982. — 254 С.

47. Климат Москвы (особенности климата большого города)/ Под ред. А.А.Дмитриева, Н.П.Бессонова. — Л.: Гидрометеоиздат, 1969. — 324 с.

48. Клинов Ф.Я. Мезометеорология воздушного бассейна Москвы. — М.: Московское отделение Гидрометиздата, МосЦГНС, 1991. — 345 с.

49. Клинов Ф.Я. Нижний слой атмосферы в условиях опасных явлений погоды. — Л.: Гидрометеоиздат. — 1978. — 256 С.

50. Клинов Ф.Я., Ахтинов Г.А., Дегтярев А.Д., Чаева Л.Я. Наблюдения за погодой и климатом воздушного бассейна Москвы (обзор). — Труды МосЦГНС, 1989. — с.3-22.

51. Клинов Ф.Я., Ненарокова К.Н., Чаева Л.Я. Мезорайонирование Москвы и ее лесопаркового защитного пояса по погодным условиям и атмосферным явлениям //Тр. МосЦГНС. — 1989. — Вып.З. — с. 196214.

52. Клинов Ф.Я., Чаева Л.Я. Некоторые характеристики туманов в Москве // Тр. МосЦГНС. — 1988. — Вып.1. — с.51-60.

53. Критерии опасных гидрометеорологических явлений и порядок подачи штормового сообщения. Инструкция. Руководящий документ. РД 52.04.563. —2002.

54. Кузнецов А. Д. Разработка методов и средств текущего прогнозирования. Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук / РГГМУ, 1999. — 355 С.

55. Кузнецов А. Д. Текущее прогнозирование на основе цифровой обработки изображений. — С.-Петербург: РГГМУ, 1997. — 167 С.

56. Лансберг Г.Е. Климат городов / Пер. с англ. — Л.: Гидрометеоиздат. — 1983. —246 С.

57. Лапчева В.Ф. Метод прогноза количества осадков, в том числе сильных и очень сильных в холодный период года по данным МРЛ и ИСЗ. — Труды Гидрометцентра СССР. — 1987. — Вып.292.

58. Лапчева В.Ф. Условия развития зон активной конвекции со смерчами и сильными шквалами //Труды ГМЦ СССР. — Вып.299. 1989. — с.39-50.

59. Липатов Г.Н. О влиянии большого города на интенсивность жидких лсадков. — Труды ЦВГМО. — 1978. — Вып. 12. — с.75-87.

60. Литвинов И.В. Осадки в атмосфере и на поверхности земли. — Л.: Гидрометеоиздат, 1980. — 208 с.

61. Ляхов A.A. Гидрометеорологическое бюро Москвы и Московской области // Сборник 70 лет Гидрометцентру России. — С.-Петербург: Гидрометеоиздат. 1999. — с. 17-24.

62. Ляхов A.A. Полосовые структуры фронтальных осадков. — Труды ЦАО. — 1987. — Вып. 163. — с.29-37.

63. Матвеев Л.Т. Основы общей метеорологии. Физика атмосферы. — Л.: Гидрометеоиздат. — 1965. — 876 С.

64. Наставление по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения. Руководящий документ. РД 52.88.629. 2002. — 42 с.

65. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 2. Данные за пятилетие 1981-1985 г.г. Книга 1. Регионы 1-10. — М.: Московское отделение Гидрометеоиздата. — 1990. — 470 С.

66. Орлова Е.М. Методические указания. Расчет количества и продолжительности обложных и ливневых осадков. — М.: Гидрометеоиздат. — 1979. — 32 С.

67. Пантелеев П.Г. Прогноз опасных ливней с градом. — Труды УкрНИИ. 1981. вып.184, —с.6-13.

68. Пантелеев П.Г. Уточненный метод прогноза сильных ливней. — Информационный сборник № 16. Результаты испытания новых иусовершенствованных методов краткосрочных, среднесрочных и долгосрочных прогнозов погоды. — Д.: Гидрометеоиздат. 1987. — с.56-59.

69. Петерсен С. Анализ и прогноз погоды // пер. с англ. Под ред. А.С.Зверева. — JL: Гидрометеоиздат. — 1961. — 652 С.

70. Пинус Н.З., Капитонова Т.П. Некоторые особенности энергетики циклонических образований умеренных широт // Метеорология и гидрология. — 1981. — №4. — с.5-16.

71. Порядок действий организаций и учреждений Росгидромета при возникновении опасных природных (гидрометеорологических и гелиогеофизических) явлений. — С.-Петербург: Гидрометеоиздат. 2000. —32 С.

72. Постнов A.A. Мезомасштабная структура поля ветра в зонах теплых фронтов над Европейской территорией СССР. — Метеорология и гидрология. — 1983. — №2. — с.25-31.

73. Практикум по синоптической метеорологии. — Д.: Гидрометеоиздат. — 1983. —288 С.

74. Приходько М.Г. Справочник инженера-синоптика. — Д.: Гидрометеоиздат. 1986. — 328 С.

75. Ременсон В. А. Преобразование энергии при цикло — и антициклогенезе. Диссертация. — Д.: ЛВИКА им.А.Ф.Можайского. — 1968. —194 С.

76. Ременсон В.А., Титов С.И. Использование кинетической энергии атмосферы при оценке эволюции барических образований //Метеорологические прогнозы. — Д.: ЛПИ-ЛГМИ. — Вып. 102. — с.97-99.

77. Решетов Г.Д. Метод прогноза града для авиации на 12-36 ч (пособие для синоптиков). — Л.: Гидрометеоиздат. — 1981. — 53 С.

78. Руководство по использованию спутниковых данных в анализе и прогнозе погоды. — Л.: Гидрометеоиздат. — 1982. — 300 С.

79. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. ч.1. — Л.: Гидрометеоиздат. 1986. — 704 С.

80. Руководство по прогнозированию метеорологических условий для авиации. — Л.: Гидрометеоиздат. — с. 132-154.

81. Русин И.Н., Тараканов Г.Г. Сверхкраткосрочные прогнозы погоды. С.Петербург: РГГМУ. 1996. — 308 С.

82. Сальман Е.М., Брылев Г.Б., Зотов В.К., Дивинская Б.Ш., Федоров A.A. Комплексное использование радиолокационных и спутниковых наблюдений при анализе мезо — и макромасштабных облачных систем. Метеорология и гидрология. — 1969. — №2. — с.44-49.

83. Скляров В.М. Перспективы развития и технической реконструкции метеорологической сети в Москве и Московской области //Труды ЦВГМО. — 1973. — Вып.2. — с.3-12.

84. Скриптунова E.H., Шакина Н.П. Автоматизированный метод прогноза зон активной конвекции // Метеорология и гидрология. — 1991. — № 5. — с.15-19.

85. Соколова Н.Г. Некоторые особенности формирования положительных аномалий температуры в районе Москвы // Тр. ЦВГМО. — 1984. — Вып.20. — с.36-40.

86. Справочник по климату СССР. Вып.8. Облачность и атмосферные явления. — Л.: Гидрометеоиздат. — 1968.

87. Справочник по опасным природным явлениям в республиках, краях и областях Российской Федерации. — С.-Петербург. — 1996. — 584 С.

88. Степаненко В. Д. Радиолокация в метеорологии. — Л.: Гидрометеоиздат. — 1983. — 203 С.

89. Степаненко В.Д., Гальперин С.М. Радиотехнические методы исследования гроз. — Л.: Гидрометеоиздат. — 1983. — 203 С.

90. Ту Дж., Гонсалес Р. Принципы распознавания образов. Пер. с англ. под ред. Ю. Журавлева. — М.: Мир. — 1978. — 416 С.

91. Феропонтова Г.П. Особенности распределения вертикальных градиентов температуры в нижнем 500-м слое атмосферы над Москвой в летний период. — Труды Московского центра по гидрометеорологии и наблюдению природной среды. — 1989. — Вып.З. — с. 190-196.

92. Шакина Н.П. Гидродинамическая неустойчивость в атмосфере. — JL: Гидрометеоиздат. — 1990. — 312 С.

93. Швер Ц.А. Атмосферные осадки на территории СССР. — Л.: Гидрометеоиздат, 1976. — 304 с.

94. Шметер С.М., Постнов А. А., Безрукова Н.А. Влияние метеорологических процессов в нижней тропосфере на условия полетов воздушных судов на малых и средних высотах. — . — М.: Гидрометеоиздат. — 1988. — с.19-22.

95. Bennetts D.A., Ryder P.A. A study of mesoscale convective bands behind cold fronts. Part 1: mesoscale organization. — Quart. J.Roy, Meteorol. Soc.,1984, 110, № 463, pp.121-145.

96. Brooks H.E., Doswell I.I., Maddox R.A. On the use mesoscale and cloud-scale models in operational forecasting. Weather and Forecasting. 1992. v 7 pp. 120-132.

97. Davies T. Convective cloud forecast from the Meteorological Office fine-mesh model. — Meteorological Mag., 1986, vol.115, pp.165-173.

98. Huff F.A. Changnon S.A. Precipitation modification by major urban areas. — Bull. Amer. Meteorol. Soc.,1973, vol.54, №12, p. 1220-1232.

99. Lorenz E.N. Available potential energy and maintance of the general circulation //Tellus, 1955, vol.7, №2. — pp. 157-167.