Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Мезомасштабная организация и эволюция систем осадков на юге Бразилии
ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология
Автореферат диссертации по теме "Мезомасштабная организация и эволюция систем осадков на юге Бразилии"
На правах рукописи
ЛЕНСКАЯ Ольга Юрьевна
МЕЗОМАСШТАБНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ОСАДКОВ НА ЮГЕ БРАЗИЛИИ
Специальность 25.00.30 — Метеорология, климатология, агрометеорология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук
МОСКВА-2006
ч
Работа выполнена в ГУ «Гидрометцентр России»
Научный руководитель
кандидат физико-математических наук А.А. Желнин
Официальные оппоненты
доктор физико-математических наук Н.П. Шакина,
доктор географических наук И.О. Завьялов
Ведущая организация
ГУ «Центральная аэрологическая обсерватория»
Защита состоится 25 января 2006г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д327.003.01 Гидрометеорологического научно-исследовательского цешра Российской Федерации, по адресу:
123242, Москва, Большой Предтеченский пер., д. 9-13, Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Гидрометцентра России
Автореферат разослан 12 декабря 2005г.
Ученый секретарь
г
115506Г
3
1. Общая характеристика работы.
Работа обобщает многолетний опыт использования метеорологического радара и других данных в сверхкраткосрочном прогнозе опасных явлений в ранее не изученном климатическом регионе южного полушария и посвящена разработке общих принципов интерпретации полей радиолокационной отражаемости и доплеровских скоростей, которые могут служить для диагноза и прогноза мезомасштабных систем осадков. Детально описана эволюция и циркуляции линий шквалов и подобных им систем. Найдены новые свойства систем, сопровождающихся обложными осадками.
Актуальность проблемы. Радиолокационные и спутниковые наблюдения последних десятилетий свидетельствуют, что элементы конвективной и слоистообразной облачности взаимодействуют между собой, организуя мезомасштабные конвективные системы протяженностью в сотни километров и временем жизни от нескольких часов до суток. Генеральное направление исследований в области мезометеорологии - это поиск признаков, по которым распознаются особенности данной системы циркуляций, а поскольку технические проблемы обработки большою количества информации, необходимой для мезомасштабного анализа, преодолены, то найденные признаки возможно использовать в сверхкраткосрочном прогнозе. Именно на этом этапе соединения исследований и практики важна постановка вопроса о том, что собой представляет мезомасштабная конвективная система как объект повседневного прогноза Помимо этого следует поставить вопрос о юм, существует ли момент времени, когда наблюдаемые особенности поля осадков и структура движений, оцениваемых по данным доплеровского радара, с большой достоверностью свидетельствуют о дальнейшей эволюции системы.
Основная идея данной работы заключается в предположении о том, что, базируясь на простых признаках организации поля радиоэха осадков в строго определенный период его развития и на положениях о генезисе и движении элементов этого поля, возможно подразделить все мезомасштабные системы осадков на ограниченное число классов, для которых в свою очередь удастся описать характерное направление эволюции. В соответствии с этим, общие направления данной работы были сосредоточены на том, чтобы:
а) показать, что на базе радиолокационных наблюдений можно построить непротиворечивую объектно - ориентированную морфологическую классификацию мезомасштабных систем осадков;
б) продемонстрировать, что внутри класса конвективных систем с линейной организацией выделяются наиболее общие закономерности взаимодействия элементов мезомасштабной системы, на основе которых в значительной мере удается предсказать эволюцию линий шквалов;
в) определить, как закономерности эволюции систем осадков проявляются в приземном поле метеоэлементов и в характере горизонтальных и вертикальных движений, а также оценить, каким способом следует производить такой анализ.
Научная новизна. К НОВЫМ с ТОЧКИ чреети^ р^ттняттт.ипй мрчп.мр-грпрп;тпгии относятся следующие результаты. КМе
радиолокационные наблюдения мезомасштабных систем осадков на юге Бразилии, выделены их основные типы, описаны общие характерно гики, сезонный ход, крупномасштабные условия возникновения и др. Впервые произведена мезоклиматологическая реконструкция систем, ответственных за шквалистые усиления ветра в регионе.
К новым, имеющим значение для понимания эволюции мезомасштабных систем в целом, следует отнести следующие экспериментально обнаруженные факты. Установлено, что наиболее важные свойства среднеширотных и тропических линий шквалов определяются величиной и направлением нормальной и продольной составляющих вектора развития, который определяется по разности векторов скорости перемещения линии шквалов и скорости пассивного переноса ее элементов (трансляции со среднетропосферным ветром). Обнаружены линии шквалов двух типов эволюции: «быстрые» и «медленные», соответственно, с положительной и отрицательной нормальной составляющей вектора развития относительно направления пассивного переноса. Наблюдения свидетельствуют о том, что элементы зон осадков слоистообразной облачности возникают только в областях диссипации конвективных ячеек, транслируемых потоком; а обширная зона обложных осадков с вторичным максимумом радиолокационной отражаемости возникает позади или впереди конвективной линии «быстрых» и «медленных» систем только том в случае, если модуль нормальной компоненты вектора развития превышает величину нескольких метров в секунду. Продольная компонента вектора развития определяет асимметрию формы таких «сверхбыстрых» и «сверхмедленных» систем.
Сопоставление полей горизонтальных и вертикальных скоростей в «сверхбыстрых» и «сверхмедленных» системах демонстрирует особые циркуляции с характерным расположением центров генерации положительной и отрицательной горизонтальной завихренности. Анализ движений в мезомасштабных системах относительно скорости пассивного переноса позволяет обоснованно отнести циркуляции в них к «быстрому» или «медленному» типу, объединив современные представления о движениях в мезомасштабных конвективных системах и фронтальных полосах. В частности, обнаружено, что вток окружающего воздуха в слоистообразный регион является неотъемлемым элементом наклонного мезомасштабного нисходящего потока любой мезомасштабной системы.
Практическая значимость работы. Развиваемые в работе методы основаны на анализе данных оперативного доплеровского радара, поэтому легко воспроизводимы и могут быть использованы как в мезоклиматологии, так и в повседневном прогнозе систем осадков. Все найденные статистические связи между радиолокационными параметрами, кинематикой и масштабами систем осадков, интенсивностью грозовых разрядов, шквалистых усилений ветра поддаются физическому обоснованию, и при определенной корректировке могут быть воспроизведены в других регионах. Описана потенциально опасная для авиации область максимума сдвига ветра в тылу слоистообразного региона, показаны примеры практического диагноза и
прогноза систем осадков, базирующиеся на методе интерпретации относительных движений и др.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 40 работ. Результаты работы докладывались на П и VIII Латиноамериканском метеорологическом конгрессе (г. Бело Оризонте, 1994 и Бразилиа, 1998, Бразилия), на 7-й и 8-й Международной конференции по мезомасштабным процессам (г. Рединг, Великобритания, 1996 и г Боулдер, США, 1999), на IX и XI Бразильском метеорологическом конгрессе (г. Кампос до Жордао, 1996 и Рио де Жанейро, 2000), на 28-й Международной конференции но радарной метеорологии (Остин, США, 1997), на 20-й конференции по локальным штормам (Орландо, США, 2000) и ряде региональных конференций. Результаты неоднократно представлялись в госуниверситетах г. Пелотас (Бразилия) и г. Челябинск, в Гидрометцентре России, Ценгральной аэрологической обсерватории и в других организациях. В 1998 году автор удостоена ученого звания Mestre еш Meteorología за работу "Эволюция линий глубокой конвекции в штате Рио Гранде до Сул".
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и библиографии. Работа изложена на 220 страницах машинописного текста, включает 11 таблиц и 63 рисунка. Список литературы содержит 142 наименования, из них 120 на иностранных языках.
2. Основное содержание работы.
Во Введении рассматривается совокупность наиболее общих положений мезомасштабной метеорологии. Показано, что сложность применения понятия мезомасштабная конвективная система в сверхкраткосрочном прогнозе заключается в неотчетливом толковании пространственных и временных пределов, которое зависит от точки зрения исследователей. Обоснованным следует считать, что мезомасштабной конвективной системе соответствует область развития осадков протяженностью около 300 км, регистрируемых в течение полусуток. Далее формулируются цели и краткое содержание исследования, заключающегося в раскрытии потенциала доплеровского радара для идентификации мезомасштабных систем осадков и прогнозе их эволюции.
В обзорной первой главе мезомасштабные системы осадков рассматриваются как объект прогноза. Кратко освещена роль дистанционных средств наблюдений в истории обнаружения новых явлений, от ячеек осадков до мезомасштабной структуры фронтов. Показана уникальность доплеровского радиолокатора как средства изучения структуры полей осадков и циркуляции мезомасштабной системы. Рассматриваются современные представления о структуре и эволюции локальных штормов. В частности, демонстрируется, что видимое движение и форма шторма определяются переносом его ячеек с ведущим потоком, называемым также пассивным переносом или трансляцией элементов, а также периодическим появлением новых ячеек на ведущем фланге шторма (так называемый вектор развития или эволюции). Прогноз явлений, связанных с локальным штормом, ограничен одним - двумя часами.
В п. 1.3 в качестве объекта прогноза подробно рассмотрен мезомасштабный конвективный комплекс (МКК). Среди прочего, повышенный интерес к МКК стимулировался тем, что при наличии информации с геостационарных спутников его идентификация предельно проста, поэтому общие характеристики МКК описаны для зоны от 40° с.ш. до 40° ю.ш. Окончательно скопление можно идентифицировать как МКК лишь через 4 часа с момента его обнаружения. Это значит, что идентификация МКК по наличию щита облачности с высотами 10-12 км, имеющего эквивалентный диаметр около 250 км, с точки зрения сверхкраткосрочного прогноза лишена смысла, поскольку большая часть опасных явлений к этому моменту уже произошла. Округлая шапка перистых облаков МКК часто маскирует различные по форме скопления кучево-дождевой облачности, в том числе и шторма, организованные в линии - мезомасштабные линии шквалов (МЛШ), кратко описанные в п. 1.4. Такие простые на первый взгляд структуры на экране радара привлекали внимание задолго до появления спутников. Обобщения эволюции МЛШ на разных стадиях с учетом степени организации радиоэха конвекгавного и слоистообразного регионов, по-видимому, начались с работы Лиэри и Хауза 1979 года, где акцентировалось внимание на стадии зрелости системы, когда линии конвекции сопутствует слоистообразный регион обложных осадков. Проводились также попытки классифицировать МЛШ по способам формирования монолитных сегментов радиоэха. Однако эта стадия заканчивается за 30-90 минут, и МЛШ вступает в стадию интенсификации, что существенно ограничивает время для прогноза. К настоящему моменту существует ряд морфологических классификаций, в которых МЛШ подразделяются на симметричные и асимметричные по взаимному расположению конвективной линии и тянущейся за нею зоны обложных осадков, которые в стадии зрелости системы вызывают обильные паводки. Другие классификации таких систем со слоистообразным регионом, расположенным позади линии конвекции, определяют степень их организации весовыми коэффициентами более чем десятка морфологических признаков конвективного и слоистообразного регионов, ориентации и скорости движения.
В п. 1.5 делается вывод об общих для морфологических классификаций недостатках, которые ограничивают их применение в диагнозе и прогнозе систем осадков. Во-первых, такие классификации иногда отражают лишь форму поля осадков без точной привязки к моменту времени жизни системы; во-вторых, основаны на ограниченной выборке систем, обычно производящих какое-либо опасное явление; в-третьих, используют субъективный набор структурных признаков, не воспроизводимых или не значимых в других регионах; и, наконец, страдают многочисленностью типов и подтипов систем, сужая возможности идентификации системы в режиме реального времени. Вопросы пространственно-временного масштаба скопления облачности и описание его эволюции остаются вне поля зрения большинства обобщений. Несомненно, в прогнозе опасных явлений важна геометрическая организация мезомасштабной системы и наличие региона слоистообразных осадков.
В итоге главы определены следующие необходимые для прогноза свойства классификации мезомасштабных систем осадков: 1) самодостаточность -классификация должна опираться на признаки, выявляемые только на основе анализа радиолокационных данных и включать системы любой интенсивное ш и размеров; 2) классификация не должна содержать слишком большое число морфологических признаков, опираясь преимущественно на количественные критерии. Ввиду того, что наиболее распространено отображение радиолокационных данных в виде горизонтального поля радиоэха зон осадков, первым признаком классификации может стать критерий линейности взаимного расположения элементов мезомасштабной системы. С точки зрения практики важна и интенсивность системы - наличие конвективных элементов, отличающих данную зону осадков от преимущественно слоистообразной; 3) идентификация систем должна производиться в определенный момент времени её эволюции, по возможности - наиболее общий для всех систем.
Во второй главе дана краткая характеристика региона исследования, используемых радиолокационных данных, их первичной обработки. Наблюдения мезомасштабных систем осадков проводились с использованием доплеровского радиолокатора DWSR-88S (31°43' ю.ш., 52°18' з.д.) универстега г.Пелотас. В максимальную область обзора 480 км этого единственною в регионе метеорадиолокатора входит значительная часть территории штата Рио Гранде до Сул Бразильской Федерации, Республики Уругвай и вод Южной Атлантики. В радиусе обзора 240 км местность в основном равнинная с поднятиями, не превышающими 500 м над у.м., клима! здесь в основном субтропический умеренно-влажный без сухого периода, с жарким летом. В год выпадает около 1500 мм осадков с минимумом в апреле (100 мм) и максимумом в августе (140 мм). Особо следует отметить географическую близость региона к таким важным погодообразующим факторам Южной Америки, как: 1) климатический полярный фронт с осью струйного течения, мигрирующей между 30 и 35° ю.ш., который определяет сезонное изменение числа проходящих регион холодных фронтов от 4-5 в январе до 7-8 в июле; 2) область приземного циклогенеза (32,5° ю.ш., 55° з.д.), особенно выраженного зимой и ранней весной; 3) внутриконтинентальная термическая депрессия Вагха do Chaco, центр которой находится северо-западнее региона, которая вносит вклад в генерацию летних конвективных систем; 4) на фоне равномерно1 о распределения по сезонам значительны межгодовые колебания сумм осадков, обусловленных фазой Эль-Ниньо - Южное колебание. Совокупность этих факторов приводит к тому, что территория штата Рио Гранде до Сул круглый год подвержена опасным явлениям погоды: дождевым паводкам, оползням, градобитиям и шквалам. Серьезной проблемой крупных и мелких поселений являются затопления, а также шквалы и грозовые разряды, вызывающие нарушения работы электросетей. Таких событий, относимых гражданской обороной штата к разряду катастроф, происходит около 35 в год.
Приведенные факты подчеркивают, что рассматриваемый регион является уникальной природной лабораторией для круглогодичного исследования широкого спектра мезомасштабных систем осадков, предопределив
исключительную важность радиолокационных наблюдений в данном месте и основные направления работы. В п.2.2 кратко описаны технические характеристики радара, приводится программа наблюдений, способы архивации данных. Интенсивные радиолокационные наблюдения, включая прогноз, научные исследования и подготовку специалистов, проводились с августа 1993 по октябрь 1999 года, и составили основу первого последовательного описания мезомасштабных систем юга Бразилии. Всего в сочетании с другими данными в работе использованы радиолокационные наблюдения за 282 дня из 303 дней с осадками. На радиолокационных снимках в первую очередь (п. 2.2.1) выделялись зоны конвективных и слоистообразных осадков с учетом формы и интенсивности радиоэха на горизонтальных и вертикальных сечениях. Конвективные осадки соответствовали зонам повышенной отражаемости с горизонтальными градиентами Ъ не менее двух уровней на масштабе 10 км, подверженные значительным изменениям в течение менее одного часа. Например, на рис. 1 к востоку от радара выделяется конвективная линия с 7>4Ъ&ЪЪ с ядрами более высоких отражаемостей и градиентами более 10 ёВг/км (т.н. ведущий край линии шквалов). Слоистообразные зоны осадков также имеют ядра больших отражаемостей, которые соответствуют ячейкам с максимумами отражаемости вблизи нулевой изотермы. Однако последние не имеют вертикального развития, характерного для конвективных ячеек, где контуры 30 и 40 начинаясь от поверхности земли, достигают высот Н3о=11,5 км и Н4о=8,2 км.
В п.2.2.3 рассматривается важное для работы понятие - скорость потока, который осуществляет пассивный перенос зон осадков, или иначе, вектор трансляции элементов мезомасштабных зон. Сопоставимые оценки этой трансляции могут производиться как по средней скорости отдельно от возникающих конвективных ячеек, так и по смещению фрагментов поля конвективных и слоистообразных осадков, форма которых сохраняется более одного часа. Отметим, что скорость трансляции не является скоростью смещения развивающихся штормов или линий шквалов. Например, если линия на рис. 2 смещается на восток со скоростью около 25 м/с, то скорость пассивного переноса составляет ~ 18 м/с и направлена на юго-восток.
В п. 2.2.4 кратко описываются особенности конвективного и слоистообразного регионов мезомасштабных линий шквалов (МЛШ) и способы интерпретации поля доплеровских скоростей (рис.1, внизу). Среди прочего, сложную картину представляют движения на ведущем крае конвективного региона (рис. 1, в 80 км к востоку от радара), где в километровом слое у поверхности земли формируются зона оттоков и фронт порывистости со скоростями более 31,25 м/с, сонаправленными с движением МЛШ на восток. Выше, в слое от 3 до 6 км, скорости уменьшаются до нулевых и даже направлены в сторону, противоположную движению линии, отмечая область явного втока. Вертикальный сдвиг радиальной скорости между зоной втока и оттока, достигая значений больших 10"2с-1, ведет к значительному уширению спектра доплеровских скоростей и их «удалению» процессором радара. Выше 8 км движения, вновь поворачиваясь по движению линии, достигают более
25 м/с на верхней границе наковальни облака. Своеобразно проявляет себя и отделенный от конвекции транзитной зоной слабых отражаемостей вторичный максимум отражаемости в слоистообразном регионе. В нем (рис. 1, в центре) обнаруживается наклонный поток со скоростями более 25 м/с. В целом, отмеченные особенности соответствуют элементам циркуляций, выделяемых в известной модели МЛШ, предложенной Хаузом, но заметное увеличение скорости более 31,25 м/с сразу вслед за вторичным максимумом охражаемости, называемое в настоящей работе тыловой вток, по-видимому столь явно описано впервые (см. главу 6).
Рис.1 Конвективный и слоистообразный регионы мезомасштабной линии шквалов: вверху — отражаемости, внизу доплеровские скорости.
В третьей главе описана классификация мезомасштабных систем осадков (МСО), определяемых как относительно долгоживущие (более 1 часа) скопления зон конвективной и/или слоистообразной облачности, имеющих линейные размеры более 100 км и отделенные от других не менее, чем на 200 км с учетом их переноса потоком Всего в 282 днях было зарегистрировано 320 мезомасштабных систем, распределенных приблизительно поровну в теплый и холодный периоды года, при этом максимумы повторяемости приходятся на август-сентябрь и декабрь-январь (35-40 случаев), а минимум -на май-июнь (10-15 случаев). Репрезентативность 7-летней выборки МСО для описания систем осадков региона подтверждена п.3.1.1, где сезонные повторяемости конвективных и слоистообразных систем, максимальных высот радиоэха Н30 и Ню, средней скорости переноса Ут и др. величин, сопоставлены
с независимыми источниками данных о МСО - месячными суммами осадков на станциях в радиусе 240 км от радара, повторяемостью опасных явлений погоды, среднемесячной скоростью ветра на уровне 500 гПа и др.
Подтвердив полноту выборки, в соответствии с выводами первой главы, в п.3.2 реализованы принципы пошаговой типизации мезомасштабных систем региона (рис.2). Начальным этапом классификации является определение того, какой тип, конвективный и/или слоистообразный, наблюдается в стадии максимального развития системы, т.е. в период, когда в пределах одного часа высоты радиоэха Изо и Над и отражаемость Ъ достигают максимальных значений (Нтах, 7.^). В настоящей выборке на момент достижения максимальных параметров % систем имели конвективные зоны, остальные были отнесены к «чисто» слоистообразным. Обнаружено, что распределение Ъ^^ конвективных систем имеет две моды: до 50 АВХ и более 55 ¿ВХ, что сопровождается существенным различием в средних максимальных высотах радиоэха Н30 = 8 и 11,5 км (Н40 = 6,5 и 10 км). Высота радиоэха является индикатором опасных явлений погоды, что оправдывает выбор критерия деления конвективных МСО на системы умеренной и глубокой конвекции по пороговому значению 2 тах= 55 <1В2 (2-й шаг, рис.2).
МЕЗОМАСШТАБНЫЕ СИСТЕМЫ ОСАДКОВ
¡1-й ШАГ| СВОЙСТВА ПОЛЯ Ъ в момент Ттах^ (Нтах, Хт&х) ? [ конвективные*^
1 2-й ШАГ) гтах > 55 дВХ ?
# у _
1 глубокие") | умеренные | | слоистообразные |
13-й ШАГ 1 СТРУКТУРА ЛИНЕЙНАЯ ?
Ыж ст ~ х
ДА
НЕТ
Рис 2 Классификация мезомасштабных систем осадков Вверху - пошаговая схема типизации, внизу, как результат,— типичные представители шести классов МСО.
и
Перед тем, как перейти к следующему шагу, касающемуся структурных признаков МСО, необходимо оценить характерный масштаб таких структур. В этих целях в 3.2.2 вводится понятие области развития МСО, ограниченной эллипсом, большая ось которого равна расстоянию между наиболее удаленными элементами осадков, принадлежащими к одной МСО в момент её максимальной интенсивности; а малая ось - это максимальное расстояние между элементами в направлении, перпендикулярном большой оси. Среднее геометрическое этих осей составляет около 250 км, последняя величина и фигурирует далее как эквивалентный диаметр МСО.
На третьем шаге МСО были разделены по степени соответствия их структуры пропорциям идеализированной линии конвекции, длиной не менее 3Л среднего эквивалентного диаметра МСО и шириной не более двух характерных масштабов индивидуального шторма, т.е. линии длиной около 200 км и шириной не более 50 км, и соотношением продольного и поперечного размера 4:1.Конвективные МСО относились к линейным, если на стадии максимального развития зоны конвективных осадков формировали полосу длиной не менее 200 км, превышающую её ширину в 4 раза. В результате такой трехступенчатой типизации выделены 72 линейные системы Ы глубокой конвекции (2 тах ¿55 с!В2), или линии шквалов, 51 линия Ь2 умеренной конвекции, или полосы ливневых осадков, а также 40 линейных слоистообразных систем БЬ. Среди МСО, не отнесенных к линейным, выделено 59 глубоких систем N1 с произвольным распределением элементов: комплексы локальных штормов; 60 умеренных конвективных систем N2: скопления ливневых осадков без линейной организации, - и 38 слоистообразных нелинейных ЯИ (см. рис.2).
Обнаружены связи между величиной трансляции, ориентацией и типом МСО. Перенос систем чаще происходит с З-СЗ, причем более 50% систем ориентированы под углом менее 30° к направлению движения, и лишь в 30% систем глубокой конвекции их большие оси перпендикулярны потоку. Кроме того, скорость переноса линейных МСО обычно превышает средние скорости нелинейных систем: так, медианные значения скоростей равны 17 м/с и 11 м/с. Анализ показывает, что по крайней мере в диапазоне скоростей от 10 до 20 м/с с усилением среднетропосферного потока увеличивается повторяемость систем с линейной организацией. Размеры в 250-300 км и квазикруговая форма систем нелинейного типа почти удовлетворяют идентификационным критериям мезомасштабных конвективных комплексов по спутниковым данным, т.е. к моменту, когда регистрируются максимальные радиолокационные характеристики, область дальнейшего развития облачности большей частью уже обозначена зонами осадков. С точки зрения прогноза это дает шанс к ограничению области поиска новых элементов МСО кругом масштаба около 250 км, последовательно смещаемым с потоком. Сочетание почти продольной ориентации БЬ и округлой формы N1, N2 и ЯК ведет к тому, что оценочное время прохождения их области развития через пункт наблюдения ^0 часов - в два-три раза больше, чем у линейных конвективных систем.
Кроме этих и других практических приложений описанной выше классификации МСО в п. 3.4 обсуждается другой её аспект - универсальность,
т.е. способность совмещать радиолокационные и другие данные, как не классифицированные, так и уже подвергнутые классификации. Применение разработанной выше схемы к системам осадков в экваториальной части Тихого океана и на побережье Мексиканского залива, на территории США и Европы показало, что с определенными допущениями наблюдаются все шесть типов МСО. Отметим, что применяемые в части классификаций термины «хаотический» и «неорганизованный», имеют принципиальное отличие от введенного выше понятая «комплекс локальных штормов» N1. Терминологическая разница возникает из-за отличия взглядов на проблему организации конвекции. В настоящей работе показано, что супер-, мультиячейковые и изолированные «неорганизованные» СЬ могут наблюдаться одновременно в пределах области развития мезомасштабной системы класса N1, но в то же время самоорганизуются в ряд доминирующих скоплений, подчиняясь типичной эволюции а-мезомасштабного кластера. Первоначальная ошибка предыдущих систематизаций - это направленность на поиск крупномасштабных условий, благоприятных возникновению систем линейной организации, без учета сопоставимости масштаба выделяемых линейных систем и объектов синоптического масштаба. Действительно, многие из наблюдавшихся в настоящей работе мезомасштабных систем нелинейного типа содержали и мощные шторма линейной формы (см. например, N1 рис. 2), но меньшего масштаба. С другой стороны, повышенная скорость переноса линий шквалов, полос осадков, линейных слоистообразных систем, очевидно, свидетельствует, что такая форма становится преимущественной модой в бароклинных возмущениях. Проведенный в п.3.4.1 синоптический анализ для 120 дней показал, что около 55% МСО связано с циклонами и фронтами, а остальные - с ложбинами и малоградиентными полями давления. Линии шквалов «предпочитают» формироваться в условиях холодного фронта, в теплом секторе циклона, а комплексы штормов - в малоградиентных полях, что в целом и ожидалось. Между тем в термических депрессиях появление комплексов штормов и линий шквалов имеет сравнимую частоту.
Предложенная классификация может стать потенциальной базой для независимой интерпретации данных, связанных с системами осадков. При сопоставлении радиолокационной и спутниковой информации с данными сети современных грозоотметчиков помимо прочего получено, что при увеличении окна осреднения данных грозоотметчиков с 240 до 320 км и в большей мере с 320 до 480 км количество разрядов практически не возрастало. Это свидетельствует о том, что оценки эквивалентного диаметра МСО в 250-300 км, сделанные выше, проявляются и в других свойствах скоплений облачности. Таким образом, разработанная классификация мезомасштабных систем адекватно отражает крупномасштабные условия возникновения классов, обнаруживает устойчивость выделенного масштаба явления, способность ассимилировать и интерпретировать различного рода данные, поэтому целесообразно использовать её как базовую для более детальной классификации МСО по характерным типам эволюции.
В четвертой главе исследуется эволюция линий глубокой конвекции 1Л или, согласно общепринятой терминологии, мезомасштабных линий шквалов. Предпочтение в выборе данного класса конвективных мезомасштабных систем для исследования обусловлено следующими причинами: а) в условиях южной Бразилии возможно наблюдать «внетропические» и «тропические» линии; б) будучи главным источником торнадо и шквалов (см. главу 5), а также паводков и наводнений во многих регионах планеты, мезомасштабные линии шквалов являются наиболее изученным объектом, что позволяет детально сопоставить выявляемые закономерности эволюции с результатами других исследований линий шквалов. Основные результаты главы получены из анализа 38 линий шквалов, эволюция которых наблюдалась в течение нескольких часов, а высоты Н^Ню) достигали 10(8) км. Эволюция этих линий за период наблюдений проходила три условные стадии: начальную - с момента » формирования линейной структуры -100 км, зрелости - с момента
формирования сегментов радиоэха отражаемости Ъ = 40 АВ7, протяженностью ~ 50 км, и диссипации, которая начиналась со значительного уменьшения максимальной радиолокационной отражаемости (более чем на 10 ¿В2) и высоты радиоэха, которое фиксировалось в течение 1 часа,
В регионе наблюдаются как линии конвекции, сопровождаемые выраженной зоной осадков слоистообразной облачности (ЗОСО), так и без неё. Ниже приводятся аргументы в пользу того, что принципиальное значение для формирования ЗОСО и морфологической структуры мезомасштабной системы данного типа имеют направление и модуль вектора развития линии, связанного с возникновением ее новых элементов, т.е., собственного говоря, с эволюцией конвективного региона.
В п.4.1 показано, что наиболее целесообразно определять вектор развития, сопоставляя среднюю скорость смещения МЛШ Р/. в стадии зрелости и скорость трансляции её элементов ¥т. Первая определяется по смещению ведущего края конвективного региона в направлении, перпендикулярном линии, а вторая, как было определено выше, по смещению фрагментов поля осадков, сохраняющих свою конфигурацию, либо по средней скорости смещения радиолокационных ячеек. Действительно, если бы сегмент конвективной линии сохранял свои элементы на протяжении стадии зрелости без появления новых ячеек, т.е. диссипация и развитие отсутствовали бы, то положение данного сегмента в пространстве определялось бы только его * перемещением со скоростью переноса Ут (рис. 3 а). Составляющая этого вектора, параллельная оси, Ут! смещала бы сегмент вдоль оси, а компонента Утп, перпендикулярная оси линии, воспринималась бы нами как скорость линии VI. В реальности конвективные элементы появляются и исчезают, и фактическое положение ведущего края в направлении, перпендикулярном оси, не совпадает с ожидаемым при трансляции. Скорость линии будет отличаться от Ут„ на величину нормальной к оси составляющей вектора развития Урп, или просто на величину скорости развитая, которая положительна, если векторы ¥рп и Утп сонаправлены.
Рис. 3. Линии шквалов: соотношение между векторами скорости линии шквалов Уь, её трансляции Ут и развития УР. Схема разложения векторов на компоненты (а), и примеры быстрых (б) и медленных (в) линий.
Средние характеристики движения, трансляции и развития МЛШ описаны в п. 4.2. Отражая общие свойства систем класса Ь1, трансляция МЛШ происходила как правило с севера - северо-запада со скоростями от 7,7 до 28 м/с, при среднем значении 15-16 м/с. Однако, в соответствии с ориентацией, скорость смещения линий обычно была направлена на северо-восток, восток, юго-восток и имела величину от 0 до 24,4 м/с. Среди исследованных линий обнаружены как те, у которых скорость развития сонаправленна со скоростью переноса (быстрые линии), так и с противоположно направленными векторами этих скоростей (медленные линии). Для того, чтобы выделить линии конвекции, развитие которых заведомо обусловлено появлением новых конвективных ячеек, в настоящей работе был введен следующий критерий. Модуль нормальной компоненты вектора развития Урп должен превышать отношение диаметра ядра радиолокационной ячейки (~5 км) к периоду её регистрации (-30 минут), т.е. быть более 3 м/с. После принятия данного ограничения было обнаружено, что ровно в половине случаев исследуемые линии имели значимое развитие в направлении, перпендикулярном оси. Такие линии названы «сверхбыстрыми» и «сверхмедленными».
Для количественной оценки степени развития зоны осадков слоистообразной облачности в п. 4.3 введен термин «ширина ЗОСО», определяемая как максимальный размер области осадков слоистообразной
облачности с отражаемостью более 29 dBZ в направлении, перпендикулярном оси MJII1I. В среднем, имея ширину 50-60 км, ЗОСО в быстрых линиях возникает позади нее относительно направления Vmn (рис.3 б) (в медленных -впереди, рис.3 в). Наблюдается почти равное количество случаев, когда размеры ЗОСО были меньше и больше 50 км. Линии с обширной ЗОСО около 100 км отличаются, среди прочего, значительной средней величиной модуля вектора развития ~7 м/с, что более чем в 2 раза превышает критерий значимости развития. К такому выводу можно было прийти, сопоставляя размер ЗОСО и скорость развития «сверхбыстрых» и «сверхмедленпых» линий с параметрами тех МЛ1И, которые имеют небольшой по значению вектор развития. Оценки по методу наименьших квадратов показывают, что с коэффициентом корреляции большим 0,8 в качестве первого приближения можно считать, что увеличение скорости развитая линии на 1 м/с соответствует приращению поперечного размера слоистообразного региона на 12-13 км. Наблюдаемая зависимость размеров слоистообразного региона от модуля вектора нормального развития Vp„ подтверждена и на основе независимых оценок этих параметров для 8 тропических и 7 линий шквалов умеренных широт, наблюдавшихся в различных регионах северного и южного полушарий.
В п.4.4 рассмотрены вопросы, касающиеся процесса формирования слоистообразного региона осадков. В частности, доказывается предположение, что статистическую связь между размером ЗОСО и модулем Vpn можно интерпретировать следующим образом: максимальная ширина зоны осадков слоистообразной облачности прямо пропорциональна скорости развития, умноженной на длительность стадии зрелости, приблизительно на 3,5 - 4 часа. Иными словами, возникновение ЗОСО полностью определено развитием конвекции, т.е. элементы зоны осадков слоистообразной облачности появляются в тех местах воздушной массы, переносимой со скоростью потока, где ранее диссипировали конвективные ячейки. Обнаруживается, что вследствие неравномерности развития конвекции внутри ЗОСО образуются зоны без осадков, существующие вплоть до диссипации.
На основе обнаруженных закономерностей, в п.4.5 предложена эволюционная классификация линий шквалов масштаба малого мезо-а, основанная на направлении и величине нормальной компоненты скорости развития Vpn, которая включает «быстрые», «сверхбыстрые», «медленные» и «сверхмедленные» линии шквалов. В п.4.5.1 обсуждаются известные классификации тропических линий, наблюдавшихся в течение эксперимента GATE, которые основаны на сопоставлении скоростей смещения линий VL. Показано, что при малых сдвигах ветра, обычно наблюдаемых в тропиках, при прочих равных условиях линии, обладающие бблыпими скоростями, будут иметь обширную зону осадков слоистообразной облачности. Однако главным фактором в развитии зоны осадков слоистообразной облачности, очевидно, является не сама абсолютная величина скорости смещения линии VL, а то, насколько сильно она отличается от компоненты трансляции V^.
В п.4.5.2 обсуждается сопоставимость введенной эволюционной классификации с морфологическими классификациями начальной стадии
линий и зрелой стадии мезомасштабной конвективной системы. Показано, в какой степени начальное распределение радиоэха в течение промежутка времени до формирования монолитного сегмента отражаемости 40 dBZ характеризует дальнейшее развитие МЛШ. Среди четырех возможных типов формирования линии в половине случаев наблюдалось обратное по отношению к скорости трансляции появление ячеек вдоль оси конвективной линии. Начальная стадия данного типа линий вместе с теми, которые формируются из поля распределенных в пространстве ячеек, характерна для % наблюдавшихся случаев, причем 90% линий выборки в настоящей работе, имевших модуль вектора развития более 3 м/с, формировались именно таким путем. Значительная величина модуля параллельной компоненты вектора развития Vpi. многих «сверхбыстрых» линий объясняет и наблюдаемую асимметричную форму мезомасштабных систем, у которых центр ЗОСО смещен относительно конвективного региона; такая асимметрия характерна для большинства линий со слоистообразным регионом (см. рис. 3).
В главе 5 показано, что, последовательно применяя морфологическую и эволюционную классификации для анализа рядов приземного ветра, осадков, температуры и давления, можно произвести климатологическую реконструкцию конвективных систем в регионе и обосновать подход к оперативному прогнозу шквалов. В п.5.1 анализируется 11-летняя выборка из 190 эпизодов шквалистых усилений ветра, зарегистрированных на метеостанции, ближайшей к радару. Согласно принятой за рубежом практике, это пики скорости ветра длительностью более 2 минут, превышающие более чем на 8 м/с фоновые значения Шквалы обычно возникают в теплый период года во второй половине дня, в целом соответствуя сезонной повторяемости систем L1 и N1 и моментам их интенсификации. Проведенное разделение порывов на ливневые и сухие, а также порывы неливневых осадков, выявило исключительную роль глубокой конвекции в формировании шквалов. При регистрации интенсивности дождя в интервале ±10 мин от момента порыва ветра обнаружено, что в 60% случаев он связан с осадками (с преобладанием ливневых, более 1 мм/10 мин, т.е. Z >35 dBZ ), а в 40% - вне зон выпадения дождя. Сухие порывы обычно не превышали 12 м/с, но шквалы свыше 17 м/с почти всегда связаны с ливневыми осадками.
Однако, рассмотрение связи шквалов с осадками не поясняет типа и стадии жизни конвективных систем, роли их слоистообразного региона и числа «сухих» шквалов, вызванных такими системами. Следуя предположению, что особенности развития мезомасштабных систем осадков находят отражение в эволюции приземной температуры и давления, в п.5.2-5.4 проведен детальный анализ радиолокационных данных 20 дней со шквалами, которые были связаны с формированием систем типа L1, и 12 дней - с комплексами локальных штормов N1. Обнаружено, что прохождению ведущего края МЛШ обычно сопутствуют дождевые шквалы, совпадающие со скачком давления и температуры; а доплеровским радаром регистрируется максимум радиальных скоростей на высотах около 1 км от поверхности земли (см. напр., рис. 1). Зависимость максимума порыва ветра от скорости линии может быть выражена
как Ки=°>8 У£+19м/с с коэффициентом корреляции 0,82. В ряде МЛШ наблюдаются также дополнительные шквалы на фронте порывистости, который имеет вид линии радиоэха малой отражаемости шириной до 2 км впереди зоны осадков. Анализ доплеровских скоростей и отражаемости в локальных штормах систем N1 показал, что наряду с дождевыми, здесь часты и «сухие» шквалы, как следствие дивергенции холодных оттоков под зрелой ячейкой шторма. Шквалам такого рода сопутствует лишь слабый скачок давления и кратковременное понижение температуры.
Рис.4 Пространственные закономерности поля давления, осадков и ветра симметричной (а) и асимметричной (б) мезомасштабной системы. Кружки 1 - 4 - предположительные траектории станций относительно «неподвижных» мезомасштабных систем.
Особенностью зрелых сверхбыстрых МЛШ (рис.4) является обширная зона осадков слоистообразной облачности, поэтому эти системы в отличие от других при прохождении через станцию оставляют следующие следы на барограмме: 1) область мезомасштабного понижения давления В непосредственно перед ведущим краем МЛШ; 2) скачкообразное повышение давления ДРА на ведущем крае линии на несколько гПа, с которым связан основной пик ветра. Давление остается высоким в зоне осадков слоистообразной облачности, образуя мезомасштабную область повышенного давления (мезомасштабный гребень) А; 3) вслед за областью А, сразу за зоной осадков слоистообразной облачности, следует новое понижение давление В\у , при котором градиент давления ДР№ обычно меньше, чем ДРА и который называется «тыловой депрессией». В зоне В\у, на краю ЗОСО возможно усиление ветра вплоть до значительных величин.
Базируясь на форме хода давления (п.5.5), можно выделить три категории событий со шквалами, произошедших на метеостанции: «классический» ход давления (С) - своеобразный триплет: мезодепрессия В - пологий гребень А -тыловая депрессия В»,. Такая запись соответствует прохождению над пунктом симметричной по форме МЛШ с развитой зоной осадков слоистообразной
облачности С другой стороны, когда мезомасштабный гребень давления ограничен только с фронта или тыла мезодепрессиями, предполагается, что над пунктом наблюдения прошла МЛШ асимметричной формы, которая характерна для конца стадии зрелости сверхбыстрой МЛШ. Действительно, этот тип, названный «классический слабый» (СР), имеет в среднем меньшие градиенты давления и интенсивность шквалов, чем «классические» системы с ходом давления типа С. Наконец, в случаях, когда шквал наблюдался без явного обособления области А, выделялся «единичный» ход (Ц). В таких случаях точная интерпретация происхождения шквала затруднена - это могли быть локальные шторма, МЛШ с не сформировавшейся зоной осадков слоистообразной облачности, отдельные фронты порывистости и др.
Мезомасштабные особенности, выделенные в записях хода давления, позволили в 53% шквалов однозначно связать их с прохождением МЛШ с развитой ЗОСО, т.е. отнести 29% шквалов к типу С и 24% к СР. Хотя большинство таких шквалов - «дождевые», 10% шквалов типа С и 30% СБ наблюдались вне зон осадков, поскольку связаны с фронтами порывистости и тыловой мезодепрессией. Учитывая это, а также то, что среди шквалов типа и, были и «дождевые», можно утверждать, что более 70% рассмотренных за 11 лет случаев шквалов однозначно связаны с развитием систем осадков. В целом же более 80% шквалов так или иначе имеют отражение на разного рода изменениях, фиксируемых на стандартных барограммах. Это дает основание утверждать о их связи с мезомасштабными системами.
Анализ приземных метеовеличин демонстрирует особую важность для прогноза сверхбыстрых линий шквалов, сопровождаемых обширным регионом слоистообразной облачности: во-первых, будучи ответственными только за треть шквалистых усилений ветра в целом по региону, симметричные МЛШ с ЗОСО определяют до 80% экстремальных шквалов; во-вторых в половине случаев в тыловых депрессиях симметричных и асимметричных линий регистрируется новый порыв ветра; в-третьих, величина максимального ветра Утах, очевидно, связана со скачком давления ЛРА между фронтальной депрессией и гребнем А, и выражается как Ктах = к, , где к]=0,8-0,9, интерпретируется в терминах числа Фруда в выражении для скоросш движения потока постоянной плотности. Представление движения линии шквалов как плошостного потока в свою очередь обосновывает и то, что в качестве предиктора максимального ветра можно использовать скорость ведущего края линии VI, определяемой по радиолокационным данным.
Подводя итоги, в п. 5.6 подчеркнуто, что в исследуемом регионе доплеровский радар является главным источником информации об образовании «сухих» и «мокрых» шквалов, по своей природе мезо-р-масштабных. Там, где такая информация отсутствует, следует обратиться к морфологической и эволюционной классификации мезомасштабных систем, позволяющих предложить несложный способ типизации шквалов: сопоставить шквалистые порывы с градациями интенсивностей осадков на пространственно-временном интервале масштаба мезо-у, а затем типизировать события, базируясь на ходе
давления в «классической сверхбыстрой» MJIIII масштаба малого мезо-а. Оценка повторяемости мезомасштабных систем как элемент мезоютиматологии - важная составная часть сверхкраткосрочного прогноза. Предложенная методика расширяет возможности стандартной наблюдательной сети в анализе типов систем и их параметров в регионах, где радиолокационная информация отсутствует или недостаточна.
В главе 6 рассматривается возможность интерпретации данных доплеровского радара в рамках современных концептуальных моделей мезомасштабных систем осадков, в частности о применимости двух «независимых» взглядов на мезомасштабные потоки в системах осадков: известная модель квазидвумерной линии шквалов Р. Хауза и коллег и модели субсиноптического теплого и холодного «конвейера» в циклонах К Браунинга. Важно, заметить, что оба представления движений жестко связаны с выбором системы координат (frame of reference), относительно которых рассматриваются движения, причем в первом случае - это средняя скорость ведущего края МЛШ, а во втором - циклона или фронтального раздела. В п.6.3 ставится вопрос: какая система координат адекватна для отображения структуры циркуляций в конвективных и слоистообразных элементах МСО? В первую очередь, естественным выбором является неподвижная относительно радара система координат (Ground Relative Wind - GRW), в ней получают всю необходимую информацию о радиальных скоростях. В GRW возникают трудности в интерпретации характера циркуляций, поскольку элементы системы осадков перемещаются, поэтому большинство исследователей отдает предпочтение другому способу, обозначенному термином Storm Relative Wind (SRW, ветер относительно шторма), где воздушные потоки рассматриваются относительно «неподвижного» шторма, причем под штормом по умолчанию могут подразумеваться явления разного масштаба: от одиночной ячейки и шторма до линии шквалов (Рис. 5). В последнем случае движения воздуха рассматриваются относительно ведущего края линии, скорость которого Vl вычитается из компоненты скорости движения частиц воздуха, перпендикулярной МЛШ. Собственно, этот подход и заложен в основу вышеупомянутых моделей. Кажущаяся простота и практичность такого отображения скрывает ряд проблем, вызванных неравномерным развитием систем: во-первых, скорость линии или фронта непостоянна в течение эволюции, т.е. зависит от интервала осреднения; во-вторых, одновременно существующие шторма могут иметь различные направления развития, а участки фронта двигаться с различными скоростями. Таким образом SRW подходит для реанализа относительных движений на некотором промежутке времени жизни зрелой линии шквалов (фронта), когда их скорость почти постоянна. Для диагноза и прогноза SRW не подходит - средняя скорость шторма, линии, фронта неизвестны, и сами эти скорости объект для прогноза Поскольку выше показано, что главные особенности системы осадков (скорости развития и диссипации, наличие ЗОСО, степень симметрии и др.) проявляются лишь при сопоставлении перемещения ведущего края МЛШ и компонент скорости переноса ее элементов со среднетропосферным потоком
Vm, то в настоящей работе предложена система отсчета, названная по аналогии с предыдущим термином Mean Wind Relative (MWR), что означает, что циркуляции в МСО рассматриваются относительно скорости ведущего потока в средней тропосфере Vm. С точки зрения практики важно, что Vm легко может быть оценена по среднему смещению центроидов отдельных ячеек СЬ или по консервативным фрагментам поля, что позволяет использовать инерциальную систему отсчета по крайней мере в течение нескольких часов, а поскольку элементы слоистообразного региона осадков транслируются со скоростью пассивного переноса Vm, то MWR удобна для анализа циркуляций в линии шквалов в целом. Обнаружено важное преимущество MWR в сравнении с другими координатами: в ней наклонные восходящие и нисходящие мезомасштабные потоки явно выражены и разнонаправлены, что позволяет проводить детальную интерпретацию относительных движений и типов систем, таких как линии шквала, сопровождаемых зоной обложных осадков (Рис. 5).
Рис 5 Представление движений (линии тока) в мезо-масштабной линии шквалов 11/01/96 в трех системах координат. Отражаемости от 29 до 55 dBZ представлены в оттенках серого. Конвективный регион от 0 до -40 км; зона обложных осадков (ЗОСО) от -52 до -130 км от ведущего края, движущегося слева направо. Пунктир -линия нулевых скоростей в MWR, которая отделяет втекающий в ЗОСО мезомасштабный восходящий поток от нижележащего нисходящего потока
Следующее важное преимущество MWR - это возможность интерпретации вертикальных сечений радиальной скорости в плоскостях, не перпендикулярных оси конвективной линии. В п.6.4 показано применение MWR в диагнозе циркуляций и прогнозе эволюции различных мезомасштабных
—,_ 7- ' —^ | | ^и^^^и 11 I
-120 -110 -100 -80 -80 - 70 -60 -50 -W -30 -20 -10 0 10 20
Расстояние от ведущего крал линии шквала, > км
систем: линий шквалов в процессе изменения ориентации конвективного региона (п.6.4.1); случай слияния «медленного» мультиячейкового шторма и «сверхбыстрой» МЛШ (п.6.4.2). Взаимное положение восходящих и нисходящих мезомасштабных потоков, различное для «быстрых» и «медленных» МЛШ и им подобным системам, позволяет по наклону линии нулевых относительных движений (см. Рис.5) и локализации тылового втока однозначно интерпретировать «теплые» и «холодные» участки фронтов и циклонов (п.6.4.3 и 6.4.4). Так, в сочетании с аккумуляцией радиоэха осадков в движущейся со скоростью переноса системе координат показано, что даже в случаях стационарных фронтов с характерным сочетанием двух а-мезомасштабных продольных полос, на фоне которых периодически смещаются поперечные р-мезомасштабные возмущения, возможно сделать обоснованные прогнозы о начале и направлении смещения участка фронта. В п.6.5 на основе М\У11 обнаружено, что на краю ЗОСО «быстрых» и «медленных» систем осадков проявляются значительные локальные усиления или ослабления относительных движений, что свидетельствует о втоках воздуха из средней тропосферы (4-6 км), направленных внутрь зоны слоистообразных осадков, причём вертикальный сдвиг ветра во втоках превышает 10"2 с"1. Очевидно, соответствуя положению «тыловых» мезомасштабных депрессий, сильные нисходящие втоки могут привести к опасным «теплым» порывам ветра вне зон осадков.
3. В Заключении формулируются результат ы, выносимые на защиту:
1. Морфологическая классификация систем осадков масштаба мезо-а (размером - 250-300 км) по степени организации элементов и их интенсивности в момент максимального развития. Выделяются системы глубокой конвекции: линии шквалов и комплексы локальных штормов без линейной организации; системы умеренной конвекции: полосы ливневых осадков и скопления ливневых осадков без линейной организации - и системы слоистообразных обложных осадков с линейной организацией и произвольным расположением генерирующих ячеек.
2. Эволюционная классификация линий шквалов с разделением на «быстрые» и «медленные» в зависимости от направления нормальной компоненты вектора развития линий, а по величине модуля последней - на «сверхбыстрые» и «сверхмедленные» линии, в зрелой стадии которых формируется обширный регион осадков слоистообразной облачности (обложных осадков).
3. Способ мезоклиматической реконструкции систем, ответственных за происхождение шквалов в регионе, базирующийся на сопоставлении записей давления, характерных для симметричных и асимметричных линий шквалов.
4. Метод интерпретации доплеровских скоростей в системе координат, движущейся со скоростью пассивного перепоса, который позволяет обоснованно выделить направление и интенсивность мезомасштабных потоков в системах осадков, обнаруживая как ранее наблюдаемые, так и новые элементы циркуляций таких систем.
4. Основные публикации по теме диссертации (в скобках соавторы):
1. Linear mesoscale convective system in Southern Brazil. Prepr. 7th Conf. on Mesoscale Processes, Reading, UK, 1996, p.479-481(C. Абдуллаев)
2. Mesoscale precipitation systems in Rio Grande do Sul. Part 1: General characteristics and classification. Prepr. 28th Conf. on Radar Meteorology, Austin, Texas, USA, 1997, p.487-488 (С. Абдуллаев, А.Старостан, R. Gomes)
3. South Brazilian squall lines: variations of propagation. Там же p.592-593 (С. Абдуллаев)
4. Mesoscale precipitation systems in Rio Grande do Sul. Part 2: Synoptic and satellite overview. Там же, p.489-490 (J. Marques и С. Абдуллаев).
5. Эволюционная классификация мезомасштабных линий шквалов. Метеорология и Гидрология, 1998, п.З, с.24-32 (С. Абдуллаев).
6. Evolution of Squall Lines. Part 1. Classification. Revista Brasileira de Meteorología, 1998, v.13, n.2, p.15-36 (С. Абдуллаев)
7. Mesoscale precipitation systems in Rio Grande do Sul. Part 1: Classification of mesoscale systems. Там же, p.57-74 (С. Абдуллаев, А. Старостин, R. Gomes)
8. Evolu?ao das linhas de convec9ao severa no Estado do Rio Grande do Sul. Dissertapao Mestrado em Meteorología, 1998, Universidade Federal de Pelotas, 94 pp. 26 рисунков, резюме англ.
9. Mean wind relative motions and typical evolution of mesoscale convective systems having complex organization. Prep. 8th Conf. on Mesoscale Proc., 1999, Boulder, Colorado, USA, p.l 15-116 (С.Абдуллаев и А. Желнин)
10. Structure of motions in linear mesoscale convective systems accompanied by stratiform region. Там же, p. 113-114 (С. Абдуллаев)
11. Relative motions in squall lines accompanied by stratiform region Rev. Brasileira de Meteorología 2000, v. 15, n.2, p.87-102 (С. Абдуллаев, V. Marques, F. Pinheiro)
12. Severe local storms in Southern Brazilian non-line convective systems. Prep. 20th Conf. on Severe Local Storms, Orlando, Florida, 2001, p.84-85 (С.Абдуллаев, А. Старостин)
13. Analysis of mesoscale system using cloud-to-ground flash data. Brazilian Journal of Geophysics, 2001, v.19, n.l, p.75-95 (С. Абдуллаев, V. Marques, F. Pinheiro, E. Martinez)
14. Doppler radar study of quasi-stationary mesoscale frontal systems, Part 1: Periodical structures. Revista Brasileira de Meteorologia, 2002, v.17, n.l, p.53-68 (С. Абдуллаев, V. Marques, F.Pinheiro)
15. Использование доплеровского радара и данных наземных наблюдений для изучения и прогноза шквалов. Вестник Челябинского Университета, Серия 12, 2005, п.1, с.131-143 (С.Абдуллаев)
16. Метод реконструкции типа мезомасштабных систем осадков, генерирующих шквалы, по особенностям изменения приземного давления. Там же, с.143-151 (С.Абдуллаев)
17. Методические вопросы использования спутниковой и радиолокационной информации в мезомасштабном прогнозе (на примере прогноза^ смерчей в Москве, 24 июля 2001г.). Там же, 2006,10 страниц, в печати \J/
О.Ю. Ленская (Vм
Ленская Ольга Юрьевна
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук
Подписано в печать 9.12.2005 г. Формат 60x90, 1/16. Объем 1,5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 950
Отпечатано в ООО "Фирма Блок" 107140, г. Москва, ул. Краснопрудная, вл.13. т. 264-30-73 \vww.blok01 centre.narod.ru Изготовление брошюр, авторефератов, печать и переплет диссертаций.
»25918
РНБ Русский фонд
2006-4 28503
Содержание диссертации, кандидата географических наук, Ленская, Ольга Юрьевна
СПИСОК ТЕРМИНОВ.
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. МЕЗОМАСШТАБНЫЕ СИСТЕМЫ ОСАДКОВ КАК ОБЪЕКТ ПРОГНОЗА
1.1 Роль дистанционных средств в истории мезомасштабного анализа.
1.2 Локальные шторма.
1.3 Мезомасштабные конвективные комплексы (МКК).
1.3.1 Генезис и стадии эволюции МКК.
1.3.2 МКК как объект сверхкраткосрочного прогноза.
1.4 Мезомасштабные линии шквалов (МЛШ).
1 1.4.1 Эволюция МЛШ и её морфоструктуры.
1.5 О целях предлагаемой работы.
ГЛАВА 2. РЕГИОН ИССЛЕДОВАНИЯ, ДАННЫЕ И МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЯ МЕЗОМАСШТАБНЫХ СИСТЕМ ОСАДКОВ с
2.1. Краткая характеристика региона исследования.
2.2. Радиолокационные данные и методы первичной обработки.
2.2.1 Краткая характеристика данных.
2.2.2 Определение зон конвективных осадков и осадков слоистообразной облачности.
2.2.3 Определение скорости переноса зон осадков.
2.2.4 Определение элементов структуры линии глубокой конвекции.
2.2.5 Оценка горизонтальных и вертикальных движений.
ГЛАВА 3. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕЗОМАСШТАБНЫХ СИСТЕМ ОСАДКОВ
3.1 Определение мезомасштабных систем осадков.
3.1.1 Репрезентативность выборки и сезонный ход параметров МСО.
3.1.2 Принципы типизации МСО.
3.2 Классификация МСО. ъ 3.2.1 Критерий интенсивности МСО.
3.2.2 Область развития МСО.
3.2.3 Структура поля отражаемости МСО.
3.3 Сравнительные характеристики МСО.
3.3.1 Характеристика классов МСО.
3.4 Практическое использование классификации МСО.
3.4.1 Универсальность классификации.
3.4.2 Использование классификации для интерпретации данных.
3.5. Краткие выводы к главе 3.
ГЛАВА 4. ЭВОЛЮЦИЯ МЕЗОМАСШТАБНЫХ ЛИНИЙ ШКВАЛОВ.
4.1 Определение трансляционной и эволюционной компонент в перемещении МЛШ.
4.2 Нормальные компоненты переноса и развития МЛШ.
4.2.1 «Быстрые» и «медленные» линии.
4.3 Вектор развития и формирование ЗОСО.
4.4 К вопросу о генезисе слоистообразного региона.
4.5 Эволюционная классификация МЛШ.
4.5.1 Классификации, основанные на скорости смещения МЛШ.
4.5.2 Морфологические классификации МЛШ.
4.6 Структура движений квазидвумерных МЛШ с ЗОСО.
4.6.1 «Быстрая» МЛШ.
4.6.2 «Медленная» МЛШ.
4.7 Краткие выводы к главе 4.
ГЛАВА 5. ИЗМЕНЕНИЕ МЕТЕОПАРАМЕТРОВ У ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ, СВЯЗАННОЕ С МЕЗОМАСШТАБНЫМИ ЛИНИЯМИ ШКВАЛОВ.
5.1 Кучево-дождевая облачность и возникновение шквалов в регионе.
5.1.1 Определение и повторяемость шквалов в регионе.
5.1.2 Роль конвективных осадков в генерации шквалов.
5.2 Изменение метеопараметров при прохождении МЛШ.
5.2.1 Давление, температура и ветер у поверхности земли при прохождении линий шквалов.
5.2.2. Сопоставление радиолокационной и наземной информации.
5.3 Линия шквалов как плотностной поток.
5.3.1 Зона формирования оттока.
5.3.2 Прогноз скорости ветра у земли.
5.4 Шквалы локальных штормов.
5.5 Реконструкция типа МЛШ по особенностям изменения приземного давления.
5.5.1 Основная идея метода типизации барограмм.
5.5.2 Классификация типа мезомасштабных систем по барограммам.
5.6 Выводы к главе 5.
ГЛАВА 6. АНАЛИЗ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ МЕЗОМАСШТАБНЫХ ЦИРКУЛЯЦИЙ В СИСТЕМАХ ОСАДКОВ.
6.1 Структура циркуляций мезомасштабных конвективных систем.
6.2 Теплая несущая полоса во фронтах и циклонах.
6.3 К вопросу о системе координат.
6.3.1. Линии тока в «сверхбыстрой» МЛШ.
6.3.2. Линии тока в «сверхмедленной» МЛШ.
6.4 Примеры использования MWR в прогнозе.
6.4.1 Тыловой вток и направление движения МЛШ.
6.4.2 Шторма с индивидуальным развитием.
6.4.3 Квазистационарные фронты.
6.4.4 Особенности формирование полос осадков на фронтах и в циклонах.
6.5 Втоки в зону осадков слоистообразной облачности.
6.6 Выводы к главе 6.
Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Мезомасштабная организация и эволюция систем осадков на юге Бразилии"
Термин «мезомасштабный» впервые употребил М. Лигда
Ligda, 1951 [30]) для обозначения радиоэха штормов, наблюдаемых на экране радара, и имеющих промежуточные размеры между конвективными (~2 км) и
10000 км синоптический макро-fl
1000 км субсиноптический меэо-сй ю я и
03 s Й
100 км меэ о масштаб мезо-$ конвективный (шторма) 10 км мезо-т*
О, о
Рн субко нв ектнв н ы й 1 км микро- а микромасштаб
100 м микро-р
10 м микро-7" I D радар
Н I К
L N М J О G Е радар те о стационарньш спутник i0 мин. 1 час б часов 1 день
II
1 неделя
10 10 10 10 10 Масштаб времени (секунды)
Рис. В1 Пространственно - временные масштабы некоторых атмосферных явлений: А — пыльные вихри (dust devils); В - торнадо и смерчи; С — кучевые облака Си; D - нисходящие порывы (downburst); Е - фронт порывистости (gust front); F-мезоциклоны; G—мультиячейковый шторм; Н—бризовые, горно-долинные циркуляции, мезомасштабные зоны пониженного и повышенного давления (mesohigh, mesolow); I-скоплениязон осадков (precipitation bands); J- береговой фронт (coastalfront); К - мезомасштабные конвективные системы; L - струи нижних уровней; М-«сухая» линия (dryline); N-тропические циклоны; О - струя верхних уровней; Р — фронт у поверхности; Q - внетропический циклон и антициклоны; R —ложбины и гребни длинных волн (По работе Блустайна, 1992 [7]) синоптическими (~2000 км) явлениями. Добавочное разбиение на мезомасштабы у и a (Orlanski, 1975 [36]) в целом не изменило взгляд на эти явления как промежуточные, введя лишь определенный элемент иерархии, удобный с точки зрения динамики явлений. Равнозначна и другая t терминология. Так, с точки зрения физики облаков синоптический масштаб можно рассматривать как макромасштаб (Мазин и Хргиан, 1989, с. 13 [52]), а с точки зрения численного анализа (Bluestein,1992 [7]), явления масштаба мезо-а (200-2000 км), характеризующиеся явной квазигеострофичностью движений, следует называть субсиноптическими. На рис.В 1 показаны пространственно -временные масштабы некоторых атмосферных явлений. В такой схеме мезомасштабная конвективная система предстает как явление субсиноптического масштаба (мезо-а) с элементами мезо -(3 и -у.
В метеорологии, как и в любом другом разделе естествознания, сосуществуют интуитивный и дедуктивный методы исследования. Первый открывает законы на основе наблюдений, а второй, доказывая правильность этих законов, выводит новые. Например, внетропические циклоны сначала были увидены, затем проанализированы, а позднее численно предсказаны. Наблюдения и квазигеострофическая теория явлений масштаба более 1000 км и временем жизни более суток достигли сегодня той степени согласия, что дают основание для введения синоптико-динамической метеорологии как комплексного раздела атмосферных наук [7]. Сегодня в практике центров 1 прогноза погоды положение дел таково, что «видение синоптической ситуации» более применяется к набору численных прогностических карт1 и спутниковой анимации, нежели к составлению синоптических карт и их анализа. В области мезомасштабного (сверхкраткосрочного) прогноза систем осадков и связанных с ними явлений, говорить о подобном симбиозе практической, экспериментальной и теоретической сторон мезометеорологии к настоящему времени еще рано.
Главным образом, такая ситуация возникла из-за недооценки I практического применения мезомасштабного анализа, при значительных
1 даже климатолог зачастую изучает климат последней половины XX века по реанализу NCEP/NCAR или ECMWF успехах в физике облаков, радарной, спутниковой метеорологии, в численном моделировании. Физика облаков всё более углублялась в микрофизические свойства конкретной порции облачного объема, радарная метеорология решала технические проблемы, в области численного моделирования шёл поиск математических подходов к решению гидродинамических уравнений. Практическое внедрение, позволявшее ускоренную проверку гипотез и моделей при этом до недавнего времени запаздывало, ведя к отсутствию обратной связи между повседневным наблюдением, теорией и экспериментом.
В силу этого не
100% и UI id и
I I | II | I I | II | I I | I I | II | I I |
Total weather knowledge
Ч 1 Linear extrapolation /
2 Knowledge of meteorology 3 Mesoscale models и и i
0) производилось и обучения специалистов в мезомасштабном анализе, специфические требования к подготовке которых очевидны: актуальность сверхкраткосрочных прогнозов погоды исчисляется в лучшем случае часами, а объём необходимой информации несоизмеримо больше, чем в
Рис.В2 Схематическое представление оправдываемости различных методов других областях. Собственно
I I 1 У I J/i I I I I I I I I I I 1 I I I I I I
0123456 9 12 15 Time, hours
18
21 24 сверхкраткосрочного прогноза. 1- метод линейной экстраполяции;2 - опыт и знания метеоролога; 3 - мезомасштабные модели; 4- модели большого масштаба; 5 — климатологические данные. По оси ординат отложена оправдываемость прогноза в % (Из Браунинга, 1989 [11]) говоря, не ясно и то, что именно является объектом мезомасштабного прогноза, поскольку мезомасштабные системы осадков и облачности вызываются различными по физической природе процессами (не менее пяти по Davies, 1996 [19]) от синергического взаимодействия конвективных ячеек в шторме до классического фронтогенеза, не говоря о том, что существует спектр явлений (например, бризовая циркуляция, гравитационные волны и др.), которые сами по себе также должны быть спрогнозированы.
Тем не менее, из практики краткосрочного прогноза очевидно, что даже простая идентификация мезомасштабного явления и оценка его климатической повторяемости в значительной мере улучшает качество «nowcasting», определяемого ВМО как детальный анализ текущей погоды и её экстраполяция на 2 часа вперед (см. рис.В2, Browning, 1989 [11]). Для восполнения пробела в области использования технических средств и интерпретации мезомасштабных явлений ВМО и национальные гидрометслужбы к 90-м годам выпустили ряд индивидуальных и коллективных учебно-методических пособий (Clift 1985 [16], Вельтищев 1988 [50], Browning and Collier 1989 [10], Browning 1989 [11], Mesoscale forecasting .1989 [35], Васильев, 1999 и др. [49]).
Научный интерес к организации и эволюции мезомасштабных конвективных систем (МКС), по-видимому, достиг своего апогея к середине 90-х годов. В этот период по свидетельству В. Смалла (Smull, 1995 [41]) только в реферируемых журналах США по теме, связанной с системами осадков конвективной природы (convectively induced), печаталось более 100 работ в год. Следует пояснить, что, несмотря на широкое использование термина МКС, смысл, вкладываемый в данное понятие, сильно различается. Приведем лишь некоторые определения МКС, данные в известных монографиях последнего десятилетия. Обобщая аспекты МКС, Р. Хауз (Houze, 1993, с.334 [23]), дает следующее определение: «МКС — это облачная система, чье возникновение связано с ансамблем штормов и которая производит область непрерывных осадков горизонтального масштаба ~100 км или более, по крайней мере, в одном направлении». Согласно Г. Блустайну (Bluestain, 1993, с.521 [8]), МКС — это организованная группа основных «конструктивных» конвективных блоков (set of basic convective building blocks), подразумевая под блоками многоячейковые и суперячейковые шторма (см. G на рис.В1)
Есть и другие менее формализованные определения МКС. Например, У. Коттон и Р. Этнес (Cotton и Athnes, 1989, с.593 [17]) под МКС понимают и
Рис. ВЗ Определение термина «мезомасштабные конвективные системы» а) схема, составленная по представлению Н.Вельтищева, 1988 [50]; б) схематическое разделение различных форм конвекции по П.Рэю, 1990 [37 ] систему глубокой конвекции, по размерам большую, чем индивидуальный шторм, которая часто характеризуется обширным слоистообразным облаком-наковальней (stratiform-anvil cloud) в средней и верхней тропосфере протяженностью несколько сотен километров. Типичное время жизни такой облачной системы от 6 до 12 часов, хотя в некоторых случаях stratiform-anvil может сохраняться несколько дней.
Несмотря на сходство определений в той части, что МКС - это система (группа, ансамбль) облачности и осадков большая, по масштабу, чем шторм, далеко не ясно, каковы пространственные и временные рамки МКС как атмосферного объекта. Например, определение Г. Блустайна, фиксируя построение ячеек СЬ в мезомасштабные полосовые или не полосовые структуры, позволяет отнести к МКС линии конвективных осадков длиной несколько десятков километров (см.1 на рис.В1). Р.Хауз, напротив, рассматривает такие линии штормов как отдельный объект (глава 8, с.329 [23]), а МКС представляет как комплекс индивидуальных штормов или линий штормов с масштабами зон осадков, большими 100 км. В определении Коттона и Этнеса (как и у Хауза) минимальный горизонтальный масштаб МКС (более «шторма») явно не задан, но указывается нижний предел времени жизни системы - несколько часов. Поскольку верхний предел линейных масштабов не задан ни в одной из выше описанных формулировок МКС, можно лишь предположить, что само прилагательное «мезомасштабный», следуя И. Орлански, ограничивает размеры системы несколькими сотнями километров (рис.В1). Согласно приведенным формулировкам, МКС, очевидно, наиболее крупный и долгоживущий объект из семейства конвективных облаков (рис.В2, рис.ВЗ), включая в себя линии шквалов, мезомасштабные конвективные комплексы и группы конвективных штормов.
С другой стороны Н. Вельтищев (с.29 [50]) расширяет термин «мезомасштабная конвективная система» на все морфогенетические структуры глубокой конвекции (см. рис.ВЗ а), как это было в более раннем определении МКС, и определяет ее как систему осадков с горизонтальным масштабом 10500 км и со значительными конвективными явлениями в течение некоторой части жизни. До определенной степени выделение симметричных мезо-Р структур поля глубокой конвекции основано на наблюдениях (Желнин, Старостин, 1987 [51]). Так, А.Старостин (Starostin, 1995 [42]) показал, что в 60 % случаев внефронтальных ситуаций или медленно движущихся фронтов в Молдавии радиоэхо конвективных облаков, аккумулированное в лагранжевой движущейся со скоростью ячеек СЬ системе координат, напоминает мезомасштабные открытые ячейки мелкой конвекции диаметром около 30 км, наблюдавшиеся со спутников. Подразделение на симметричные и линейные типы глубокой конвекции масштаба мезо-а по всей видимости неприемлемо в частности из-за того, что значительная часть мезомасштабных конвективных комплексов в своей структуре является линиями шквалов, или другими линейно-подобными формами.
П. Рей (Ray, 1990 [37]) справедливо считает, что среди различных форм глубокой конвекции более или менее четко можно выделить только изолированные одиночные СЬ и суперячейковые облака, имеющие различную динамику, тогда как полностью разделить термины «мультиячейковые облака», «линии шквалов», «полосы осадков» (rainbands) и мезомасштабные конвективные комплексы (МКК) невозможно (см. рис.ВЗ б). П. Рей дает следующие критерии облачной системы, которая могла бы быть названа МКС: 1) время жизни системы должно быть большим, чем время циркуляции воздуха через систему; 2) конвективная
Интенсивность Ы. кластера и его
МКС) доминирующих элементов
N система г. К должна включать различные элементы;
3) и
0 1 2 3 4 5 6
Время от начала эволюции, часы и
О 30 60 90 120 г
Условное расстояние между элементами б) кластера (МКС) в километрах
Рис.В4 Концептуальная модель мезо-а кластера а) во времени, б) по пространству воздушной массы. с„ - ячейки осадков мезо-у; т[1п - малые скопления мезо-Р масштаба; Mfijj - большие мезо-Р скопления.
Н - высота облачности, Z-p/л отражаемость, R -горизонтальная протяженность (Из Abdoulaev, 1995 [1]) g конвективные элементы g должны взаимодействовать, как между собой, так и с окружением, так что морфологически каждый из элементов неявно меняется при взаимодействии. Очевидно, что ни тип организации конвекции, ни наличие слоистообразной облачности, ни геометрические ограничения, не встречаются в данном критерии.
Придерживаясь по сути сходных к последнему взглядов на МКС, С. Абдуллаев (Abdoulaev, 1995 [1]) на основе анализа радарных данных показал, что неявное взаимодействие элементов
МКС выражается в последовательном доминировании элементов мезо-а-кластера (рис.В4 а-б). Наиболее интенсивные на данный момент времени конвективные элементы (у-ячейки) последовательно возникают в доминантных малых мезо-Р скоплениях (или доминантных мульти- или суперячейковых штормах), которые в свою очередь образуют большие мезо-Р скопления, определяя пульсирующий характер интенсивности кластера. Важно отметить, что в модели эволюции типичного кластера пространственные и временные масштабы конвективных явлений ограничиваются областью развития, имеющей горизонтальные размеры около 300 км и период активной конвекции около 7 часов.
Таким образом, в литературе встречаются различные взгляды на МКС, как требующие взаимодействия между конвективными элементами, так и основанные на условии определенной организации в них конвективной и слоистообразной облачности. С точки зрения прогноза важно, что многие опасные явления погоды с периодами жизни менее часа: град, шквалистые усиления ветра, смерчи — обусловлены элементами МКС. Поэтому если между элементами МКС происходит взаимодействие, то очевидно, что есть возможность выделить это влияние во времени, т.е. предсказать дальнейшую эволюцию элементов и их интенсивность. С другой стороны требование определенной организации, введение морфометрических характеристик также имеет прогностическое значение, поскольку: а) отражает определенный этап эволюции системы, что по крайней мере может использоваться в сверхкраткосрочном прогнозе погоды; б) несомненно, что геометрическая организация (например, линии шквалов) и наличие слоистообразного региона важны в прогнозе ветра и обильных осадков.
Данная работа посвящена исследованию прогностических возможностей, заложенных в наблюдаемой морфологии и эволюции МКС, следуя последнему из изложенных выше определений, т. е. попытке рассмотрения совокупности всех конвективных и слоистообразных элементов в их непосредственном взаимодействии. Последнее условие накладывает серьёзное ограничение на выбор средств наблюдения и способы анализа, поскольку необходимо адекватно отобразить как наименьшие элементы (т.е. ячейки осадков), так и всю систему в целом. Наиболее универсальный инструмент в этом случае - это метеорологический радиолокатор (MPJ1). Доплеровские MPJ1 позволяют кроме радиолокационной отражаемости также оценить горизонтальную и вертикальную скорость облачных частиц и капель осадков, т.е. обнаружить структуру циркуляции внутри облака. В этой работе будут использованы наблюдения с помощью доплеровского радара DWSR-88S, проведенные в течении ряда лет в Центре метеорологических исследований Федерального университета г.Пелотас (штат Рио Гранде до Сул, Бразилия) в сочетании с другими типами данных.
В шести главах данной работы сделана попытка показать, что на основе радиолокационных наблюдений можно построить объектно-ориентированную классификацию мезомасштабных систем осадков, а затем выделить ряд признаков объектов и явлений, эволюцию которых в значительной мере можно предсказать. Глава 1 представляет краткий обзор структуры и организации некоторых мезомасштабных систем осадков (МСО), таких как мезомасштабные комплексы, мультиячейковые штормы и линии шквалов. Здесь под линиями шквалов (от американского термина «squall line») подразумеваются мезомасштабные циркуляционные системы глубокой конвекции, в которых конвективные элементы организуются в узкие полосы протяженностью порядка 200 км в течение времени от нескольких часов до полусуток и помимо других опасных явлений производят шквалистые усиления ветра. Демонстрируются очевидные достоинства отдельных классификаций МСО, оценивается возможность практического применения их в прогнозе, в т.ч. возможный масштаб и заблаговременность прогноза по радарным и спутниковым данным.
В главе 2 описывается регион исследования, доступные данные и главные черты используемых методов (детали методов для удобства описываются в последующих главах). Рассмотрены региональные особенности процессов возникновения глубокой конвекции. Показывается, что многообразие погодных условий крайнего юга Бразилии ведет к возникновению спектра внетропических и тропических систем осадков на протяжении всего года, что делает регион идеальной природной лабораторией для радарных исследований.
Далее, в главе 3 приводится аргументы в пользу того, что морфологические особенности МСО следует описывать лишь в контексте понятия о стадии эволюции системы, тесно связанной с пространственно-временной иерархией её элементов. Эти принципы были положены в основу морфологической классификации МСО-МКС, учитывающей линейную организацию и интенсивность конвективных элементов в стадии максимального развития системы. Аргументируется, что базовая морфологическая классификация всех МСО с подразделением на 6 типов удобна для первичного анализа выборки радарных наблюдений, она отражает особенности региональных синоптических процессов, их сезонную ритмику, в т.ч. выявлена значимость вектора пассивной трансляции в организации МКС. Сделано также сравнение некоторых морфометрических характеристик МСО, определяемых по радарным данным со спутниковыми изображениями и данными грозоотметчиков в рамках концепции о потенциально возможной области осадков, переносимых с воздушной массой.
Глава 4 является основной в представляемой работе и посвящена анализу эволюции МКС с линейной организацией конвективных элементов -мезомасштабных линий шквалов (МЛШ). Доказывается, что существует два основных типа МЛШ, элементы которых ведут себя различно по отношению к вектору пассивного переноса. Определяя величину нормальной и параллельной составляющей вектора развития линии, удается предсказать многие важные характеристики МКС, такие как линейные размеры зоны осадков слоистообразной облачности, её положение относительно конвективного региона, в т.ч. асимметрию между зоной осадков слоистообразной облачности и конвективным регионом. Классификация МЛШ тропических и умеренных широт, наблюдаемых в других регионах, также подтверждает выводы. Представлены доказательства, что структура движений в линиях шквалов с положительным и отрицательным развитием по отношению к компоненте переноса существенно отличается, отражая их неодинаковую природу.
В пятой главе описывается применение предлагаемой классификации линий шквалов для интерпретации временных серий давления, ветра и других метеопараметров, регистрируемых у поверхности земли на метеостанциях. Подтверждается, что обычный некогерентный радар — это эффективный инструмент для наблюдения морфологии и эволюции мезомасштабных систем осадков, а доплеровский радар незаменим не только для изучения собственно мезомасштабных циркуляций внутри зон осадков, но и для интерпретации приземных полей давления, ветра и температуры. В частности, исследованы возможности применения некогерентного и доплеровского радара в оперативном анализе и прогнозе шквалистых усилений ветра, связанных с различными типами МКС. Обосновываются принципы климатологии мезомасштабных систем на основе стандартных барограмм, анеморумбограмм и плювиограмм.
В главе 6, органически связанной с предыдущими, предлагается способ представления относительных движений в МКС, где основой инерциальной системы отсчёта является скорость переноса. Метод, названный (mean wind relative) MWR, опробуется на анализе доплеровских скоростей, полученных одиночным доплеровским радаром для линий шквалов различного типа, облачных вихрей, систем осадков стационарных фронтов и др. Показано, что в MWR происходит своего рода «вертикализация» движений в конвективном регионе, что, по-видимому, означает, что циркуляция конвективной системы до некоторой степени переносится с ветром в средней тропосфере. Доказывается как исследовательский потенциал метода, так и его оперативная применимость для выделения зон тылового втока в систему и оценки вектора развития МЛШ.
В заключении подводятся итоги работы и кратко обсуждаются возможные направления будущих работ в исследовании мезомасштабных конвективных систем.
На защиту выносятся: 1) метод построения морфологической классификации систем осадков на основе радарных данных; 2) эволюционная классификация линий шквалов и её прогностические следствия; 3) метод интерпретации доплеровских данных - MWR.
Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Ленская, Ольга Юрьевна
6.6 Выводы к главе 6
Сравнивая потенциальные возможности использования различных систем координат для представления движений внутри МСО, можно заключить, что наиболее адекватной является система координат, связанная со скоростью среднетропосферного потока — MWR. Построение относительных движений в этой системе координат не представляет трудностей с технической точки зрения и требует лишь определения скорости и направления среднетропосферного потока Vm. Поскольку скорость потока Vm одинакова для всех элементов системы осадков, как конвективных, так и слоистообразных, то движения, возникающие внутри различных облачных скоплений: линий ► различной интенсивности, локальных штормов, развивающихся в общем случае разнонаправленно, — в MWR могут быть проанализированы одновременно. Представление в MWR моделей «сверхбыстрой» и «сверхмедленной» МЛШ объединяет модель мезомасштабной конвективной системы Р. Хауза (рис. 6.1) и «несущей конвейерной полосы» на фронтах К. Браунинга (рис. 6.2), что заметно облегчает интерпретацию типа и направления движения МСО. Отличительной особенностью представления движений в MWR является появление линии нулевых относительных движений как в конвективном, так и ь в слоистообразном регионе, подтверждая тот факт, что скорость переноса есть некоторая общая скорость мезомасштабной системы циркуляций.
При анализе систем осадков в MWR были выявлены новые возможности, которые предоставляет данная система координат. Среди явных прогностических признаков можно отметить ориентацию наклона линии нулевых скоростей и направления втоков окружающего воздуха в ЗОСО:
1) Наклон линии нулевых скоростей позволяет идентифицировать «теплые» и «холодные» участки квазистационарных фронтов и прогнозировать их смещение. В сочетании с аккумуляцией зон осадков в движущейся с переносом системе координат в MWR возможно исследование периодических возмущений на фронтах масштаба мезо-р.
2) Обобщая наблюдения интенсивности и направления втоков в зону осадков слоистообразной облачности, можно прийти к простому выводу, что ключевым для развития втока является само существование зон осадков слоистообразной облачности по крайней мере умеренной интенсивности. Наиболее развитый вток в виде значительного усиления скорости ветра в средней тропосфере (3-6 км) наблюдается в тылу ЗОСО «сверхбыстрых» мезомасштабных линий шквалов непосредственно вблизи края вторичного максимума отражаемости («яркой линии»). Развитый вток в виде ослабления компоненты среднетропосферного ветра наблюдается и в ведущей зоне слоистообразной облачности «сверхмедленных» систем осадков. Над областью значительных втоков в ЗОСО образуется навес слабого радиоэха, что может служить индикатором соответствующей области тыловой депрессии и связанных с нею шквалистых усилений ветра.
Исследовательский потенциал MWR далеко не исчерпан: регистрация очевидных циркуляций у-мезомасштаба вдоль линии нулевых скоростей (рис. 6.3) в сочетании с описанными в главе 4 наблюдениями о непосредственной связи возникновения элементов ЗОСО с конвективными элементами, предполагает, например, один из интересных экспериментов по изучению эволюции слоистообразного региона линий шквала. Обоснованно предположив, что история элемента ЗОСО начинается с конвективной ячейки, и смещая область наблюдения со скоростью переноса, можно регистрировать изменения трехмерной структуры поля радиолокационной отражаемости и относительных движений в этом объеме, прослеживая таким образом этот элемент во времени - от начальной стадии на фронтальной части мезомасштабной системы до его диссипации в тылу. Такой взгляд на природу явления существенно отличается от схемы Хауза (рис. 6.1) в SWR, где существование слоистообразного региона МЛШ по сути является следствием выноса конвекцией в верхние слои тропосферы мельчайших гидрометеоров, которые, медленно падая, переносятся в тыл системы.
По-видимому, по счастливой случайности с опубликованием первого анализа в MWR [93] на 28 радарной конференции, к аналогичному взгляду на будущий эксперимент пришли и ведущие сотрудники лабораторий в Боулдере и Норманне [125]. Стоит надеяться, что дальнейшие исследования в этой области, подкрепленные мощной экспериментальной базой ведущих центров, прольют свет на историю облачного объёма, в котором начались конвективные явления.
199
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Трехмерные поля радиолокационной отражаемости Z являются уникальным источником сведений о морфологии и эволюции мезомасштабных систем осадков (МСО). Поле радиальных скоростей Vr, получаемое на выходе когерентных радарных систем, позволяет к тому же оценить горизонтальные и вертикальные движения частиц осадков, т.е. исследовать циркуляции МСО. Несмотря на то, что радарные наблюдения используются для шторомооповещения и оценки сумм осадков на протяжении более шести десятилетий, оперативный анализ эволюции поля Z до недавнего времени ограничивался мощными локальными штормами, например, с целью воздействия на процесс градообразования. Прогноз эволюции МСО в целом оставался в сфере научных разработок, а сверхкраткосрочный прогноз (nowcasting) ограничивался экстраполяционными технологиями.
Как ни странно, но практический потенциал анализа данных радара стал очевиден лишь к середине 80-х годов с появлением в научном обиходе понятия мезомасштабная конвективная система (МКС), первоначально возникшего в спутниковой метеорологии. Не в последнюю очередь сыграл роль и тот факт, что в этот период с развитием новых информационных технологий, обычные и когерентные наземные радары были объединены в сети, позволяющие как оперативно получать информацию о цикле жизни системы, так и быстро обрабатывать её, совмещая с другими источниками данных. Именно на этом этапе развития мезомасштабной метеорологии, когда технические проблемы ассимиляции данных казалось бы были преодолены, и возникли вопросы: «Что такое МКС как объект прогноза? Каковы ее пространсвенно-временные масштабы? На какие видимые проявления в полях метеоэлементов МКС необходимо обратить внимание для того, чтобы описать ее дальнейшую эволюцию?» и т.д.
Необходимость выявления объекта прогноза, классификации, создания климатологии региональных систем осадков четко прослеживается во многих зарубежных исследованиях. Несмотря на явные успехи в этом направлении, очевидно, что известные морфологические классификации МКС имеют существенные ограничения для использования в практическом прогнозе по ряду причин, в частности они: а) отражают форму поля осадков без точной привязки к стадии эволюции МКС; б) основаны на ограниченной выборке МКС, например, только на системах, производящих какое-либо опасное явление; в) используют набор структурных признаков, не обязательно проявляющихся в других регионах; а многочисленность классов и подтипов систем сужает возможность их идентификации в реальном режиме времени и т.д.
В представленной работе сделана попытка классификации морфолого-эволюционной мезомасштабных систем осадков с целью выделения объектов возможного прогноза. В частности, выделены характерные структуры с линейной организацией конвективных элементов - линии шквалов, которым посвящена основная часть исследования.
Как показано в главе 2, субтропики юга Бразилии являются идеальной природной лабораторией для круглогодичного исследования целого спектра систем осадков, ответственных за обычные в этом регионе грозы, град, шквалы и наводнения. Летом в условиях термического циклона развиваются типично тропические конвективные системы, прерываемые прохождениями холодных фронтов, а зимой и в переходные периоды регион является зоной интенсивного циклогенеза, имеющего значение для всего континента. В диссертации представлены результаты, обобщающие 7-летний опыт наблюдений и прогноза мезомасштабных систем осадков на юге Бразилии с использованием доплеровского радара DWSR-88S, установленного в метеорологическом центре федерального университета г.Пелотас, штат Рио Гранде до Сул. Показано, что такие данные достаточны для подразделения интенсивности и типа осадков на конвективные и слоистообразные по характерной форме поля отражаемости. Во всех случаях можно определить их максимальную радиолокационную отражаемость и высоты радиоэха. Определение скорости отдельных радиолокационных ячеек или выявление отдельных фрагментов зон осадков, сохраняющих в течение определенного промежутка времени свою форму, позволяет определить скорость переноса элементов - скорость пассивной трансляции системы со среднетропосферным ветром - одно из принципиальных положений работ А.Н. Старостина и С.М. Абдуллаева, защищенных в Гидрометцентре РФ под руководством А. А. Желнина. Одним из важных применений скорости переноса является её совместимость с продуктами анализа аэрологического зондирования, данными реанализа и полями радиальных скоростей доплеровского радара. В частности, сравнение скоростей переноса и данных реанализа NCEP/NCAR позволило подтвердить репрезентативность нашей выборки для определения количественных характеристик классифицируемых МСО.
Для целей сверхкраткосрочного прогноза важно определить тип системы как можно на более раннем, но четко фиксируемым моменте её развития. В качестве основного методического принципа для классификации МСО масштаба более 100 км в главе 3 предложено, что таким моментом является время регистрации максимальных высот радиоэха и максимальной радиолокационной отражаемости. В этот промежуток жизни, названный стадией максимального развития, МСО конвективного и слоистообразного типа можно подразделить на линейные и на системы произвольной организации элементов в зависимости от наличия в них линейных структур протяженностью порядка 200 км. Установленная связь между высотами радиоэха и максимальной отражаемостью позволяет разделить системы с преобладающим конвективным элементом на классы с умеренной и глубокой конвекцией, базируясь на пороге отражаемости Z=55 dBZ.
Главным итогом предложенного метода является следующее. На стадии максимального развития по радиолокационным данным можно выделить шесть типов организации мезомасштабных систем осадков: линии глубокой конвекции; системы глубокой конвекции нелинейного типа (комплекс локальных штормов); полосы ливневых осадков; зоны ливневых осадков без линейной организации; зоны слоистообразных осадков с линейной и произвольной организацией элементов системы. Предварительное исследование морфометрии классов позволяет утверждать, что пространственный масштаб всех систем заключается в пределах ~250-300 км. Выявлена значимость вектора пассивного переноса в организации мезомасштабных конвективных систем. Например, преобладание систем линейного типа, которым посвящена основная часть работы, отмечается в диапазоне скоростей среднетропосферного потока ~ от 10 до 20 м/с. Данное наблюдение подтверждается и анализом синоптических условий возникновения - линейные МСО возникают в различных крупномасштабных условиях, но преобладают в обстановке повышенной бароклинности. Изменение величины скорости переноса по сезонам года с общей тенденцией увеличения в зимний период и уменьшения летом, очевидно, определяет и сезонное изменение повторяемости морфологических типов МСО.
Показано, что предложенная классификация мезомасштабных систем осадков может использоваться не только для интерпретации радарных данных в других географических регионах, но и позволяет сопоставлять информацию, полученную другими дистанционными средствами. В частности показано, что сеть наземной регистрации грозовых разрядов выявляет те же пространственные масштабы, что и данные радара, а грозовая активность коррелирует с типом систем осадков.
Предложенная систематизация МСО может служить базисом для детального анализа эволюции каждого из классов систем с целью выявления характерного типа эволюции. Пример такого анализа представлен в главе 4, где исследуется выделенный на основании морфологической классификации линейный тип систем глубокой конвекции — мезомасштабные линии шквалов (МЛШ).
Основная идея такого анализа заключается в вычитании вектора пассивного переноса Vm из средней скорости смещения квазидвумерных МЛШ Vl, что позволяет оперировать с той компонентой движения, которая связана в чистом виде с появлением новых конвективных элементов системы, иначе говоря, с вектором развития МЛШ Vp.
Было установлено определяющее значение вектора развития для предсказания многих важных характеристик мезомасштабной системы, таких как линейные размеры зоны осадков слоистообразной облачности, её положение относительно конвективного региона. На основе значения модуля вектора развития предложена эволюционная классификация линий шквалов, согласно которой линии с положительным вектором развития («быстрые» линии) — это те, в которых вектор развития Vpn совпадает по направлению с нормальной компонентой средней скорости переноса Vmn. «Медленные» МЛШ, или с отрицательным вектором развития, — это линии, в которых вектор развития Vpn противоположен по направлению к нормальной компоненте средней скорости переноса Vmn.
Превышение модулем нормальной компоненты вектора развития значения ~3 м/с служит индикатором появления зоны слоистообразных осадков в зрелой стадии МЛШ. Установлена линейная зависимость максимальной ширины ЗОСО от скорости развития. В частности, для появления обширного ЗОСО —100 км необходима средняя скорость развития ~7 м/с. Наблюдения таких явлений, как зоны слабой отражаемости, инкорпорированные в ЗОСО, позволяют предположить, что найденные связи являются следствием существования осадков слоистообразных облаков только в тех областях воздушной массы, переносимой со среднетропосферным ветром, которые ранее были заняты конвективными осадками. Органическая связь между появлением ЗОСО в тылу или впереди конвективной зоны МЛШ и величиной, а также направлением вектора нормального развития позволяют выделить два подкласса МЛШ: «сверхмедленные» и «сверхбыстрые». Одним из важных подтверждений целесообразности деления линий шквала на «сверхбыстрые» и «сверхмедленные» является проведенный анализ вертикальной структуры движений в квазидвумерных МЛШ, показавший различие в распределении горизонтальной завихренности в этих линиях.
Предложенная эволюционная классификация линий шквалов, основанная на величине и направлении вектора развития, удовлетворительно описывает поведение МЛШ умеренных и тропических широт обоих полушарий на различных стадиях жизни, объясняя и обобщая результаты исследований последнего десятилетия. В частности, установлено, что преобладающее поведение от стадии формирования до стадии диссипации наиболее распространенных «сверхбыстрых» МЛШ - это «обратное развитие». На основании этих и других фактов предсказано, что сверхмедленные и сверхбыстрые МЛШ в конце стадии зрелости имеют асимметричную форму, т.е. часто обсуждаемые типы «симметричных» и «несимметричных» МКС - по сути лишь разные стадии МЛШ одного и того же типа.
Очевидно, что прогноз шквалов и климатология систем осадков, их производящих, актуальны для любого региона. В главе 5 показано, как используя очевидные особенности типов линейных и нелинейных мезомасштабных систем осадков, можно последовательно типизировать шквалистые усиления ветра по стандартным данным метеостанций в тех условиях, когда радарная информация недоступна. По существу деление ► шквалов на те, которые связаны с конвективными, слоистообразными осадками, и на сухие шквалы повторяет начальное деление МСО по типу осадков и их интенсивности. Анализ радиолокационных изображений показывает, что «сухие» шквалы практически исключены в зрелых «сверхбыстрых» МЛШ. Такие шквалы в этих линиях могут наблюдаться только при особой конфигурации поля осадков и асимметричном положении ЗОСО с соответствующей тыловой депрессией давления. «Сухие» шквалы могут быть следствием развития оттоков от локальных штормов в системах типа N1 или же ( в «быстрых» и «медленных» МЛШ, не формирующих плотные сегменты отражаемости, присущие «сверхбыстрым» линиям. Характерные особенности хода приземного давления (фронтальная мезодепрессия В, область повышенного давления А и тыловая депрессия Bw) симметричных сверхбыстрых линий заложены в итоговую реконструкцию систем осадков, производящих «сухие» и «мокрые» шквалы. Показано, что наиболее интенсивные шквалы (>17 м/с) связаны со случаями МЛШ симметричной формы, что говорит о большей интенсивности шквалов в начале и середине её зрелой стадии. На основе 10-летней выборки установлено, что более 50% шквалистых усилений ветра связано со сверхбыстрыми МЛШ, имеющими ЗОСО, или с подобными им системами. В итоге «неклассифицированными» осталось 30% «сухих» шквалов. Найденная связь скорости максимального порыва и скорости МЛШ позволяет сформулировать последовательность прогноза шквалов по данным радара.
Адекватная интерпретация информации, поступающей с доплеровского радара, является залогом успешного её внедрения в повседневный прогноз. В интерпретации, как известно, важное место занимает используемая концептуальная модель явления. В дискуссионной главе 6 рассмотрены существующие концептуальные модели мезомасштабных конвективных систем и фронтальных полос осадков. Показано, что они отражают, в частности, различные взгляды на систему координат, в которой происходит ассимиляция данных и представление относительных движений. В главе 6 приводится обоснование того, что наиболее приемлемо проводить анализ радиолокационной информации в системе координат, движущейся со скоростью среднетропосферного ветра, т.н. MWR. Данная система позволяет вне зависимости от направления развития конвективной системы и пульсаций скорости ее перемещения определять положение наиболее важных потоков внутри системы для прогноза ее дальнейшей эволюции. Взаимное положение восходящих и нисходящих мезомасштабных потоков, различное для «быстрых» и «медленных» МЛШ и подобных им систем, позволяет, например, однозначно интерпретировать «теплые» и «холодные» участки фронтальных систем. В сочетании с накоплением зон осадков в системе координат, движущейся со скоростью переноса, MWR позволяет делать обоснованные прогнозы даже в случаях квазистационарных фронтов, имеющих поперечные возмущения, т.е. в условиях, когда остальные концептуальные модели принципиально не работают.
С другой стороны показано, что в MWR четко отображаются втоки и оттоки от системы - важные элементы для прогноза локализации опасных явлений, связанных с развитием штормов и линий шквалов. Например, обнаружено, что во многих случаях в ЗОСО быстрых и медленных линий шквалов появляются нисходящие втоки воздуха из средней тропосферы, проявляющие себя соответственно как усиления или ослабления относительных движений. Такие мезомасштабные явления, очевидно, вызывают не только появления «тыловых» мезомасштабных депрессий, но и ведут к появлению «теплых» порывов ветров вне зон осадков.
На защиту выносится:
1) метод морфологической классификации шести типов систем осадков;
2) эволюционная классификация линий шквалов, основанная на сопоставлении величины и направления вектора развития;
3) метод представления доплеровской информации MWR, где в качестве основы системы координат выбрана скорость пассивного переноса системы; а также соответствующие следствия этих методов. Стоит заметить, что смысловая ориентация данной работы на методы анализа и использование их в прогнозе не позволяет обсудить многие интересные факты, обнаруженные в процессе наблюдений.
Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Ленская, Ольга Юрьевна, Москва
1. К Введению и Главе 1
2. Abdoulaev, 1995: Evolufao and hierarquia das aglomerafoes de Cumulonimbus. Revista Brasileira de Meteorologia, vol.10, no.l, Sao Paulo, 1995. p. 1-9.
3. Atlas D., and T.L. Bell, 1992: The relation of radar to cloud area-time integrals and implications for rain measurements from space. Mon.Wea.Rev., v. 120, p. 1997-2008.
4. Atlas, D., ed., 1990: Radar in Meteorology. American Meteorological Society, Boston, 1990, 781 pp.
5. Augustine, J.A. and K.W. Howard, 1988: Mesoscale convective complexes over the United States during 1985. Mon. Wea. Rev., v.l 16, p.685-701
6. Bluestein H.B, M.J. Jain, and G.T. Marx, 1987: Formation of mesoscale lines of precipitation: non-severe squall lines in Oklahoma during the spring. Prepr. 3d Conf. on Mesoscale Proc., p. 198-199
7. Bluestein, H.B, M.J. Jain, 1985: Formation of mesoscale lines of precipitation: severe squall lines in Oklahoma during the spring. J. of Atm.Sci., v.42, nl6, p. 1711-1731
8. Bluestein, H.B., 1992. Synoptic-Dynamic Meteorology in Midlatitudes. Volume I. Principles of Kinematics and Dynamics. Oxford University Press., 1992,426 pp.
9. Bluestein, H.B., 1993. Synoptic-Dynamic Meteorology in Midlatitudes. Volume II. Observations and Theory of Weather Systems. Oxford University Press., 1993, 594 pp.
10. Bluestein, H.B., and S.S. Parker, 1993: Modes of isolated, severe convective storm formation along dryline. Mon.Wea.Rev., v.121, p. 1354-1372.
11. O.Browning, K.A and C.G. Collier, 1989: Nowcasting. WMO training workshop in very short-range forecasting, Bratislava, Czechoslovakia, 10-21 July, 1989, p. 1-42
12. Browning, K.A., 1989: The mesoscale data base and it using in mesoscale forecasting. Q. J. Met. Soc., v.l 15, n. 488, p.717-762
13. Browning, К.A., and F.F. Hill, 1984: Structure and evolution of mesoscale convective system near the British Isles. Quart. J.R. Met. Soc., 110, pp. 897-913
14. Byers, H.R., Braham R.R., Jr., 1948: Thunderstorm structure and circulation. J. Meteor., 1948, v.5, n.l, p.71-86
15. Calheiros, R.V. and I. Zawadski, 1987: Reflectivity-rain rate relationships for radar hydrology in Brazil. J. Clim. and Appl. Met., v 26, p. 118-132
16. Chong, M., P.Amayens, G. Scialom, and J. Testud, 1987: A tropical squall line observed during the COPT 81 experiment in west Africa. Part I: Kinematic structure inferred from dual-Doppler radar data. Mon. Wea. Rev.,115, p.670-694
17. Gift, G. A., 1985: Use of radar in meteorology. WMO №625, (Technical Note No.l81)89 pp.
18. Cotton, W.R, R. A. Athnes, 1989: Storm and Cloud Dynamics. Academic Press, London, v.44, International Geophysics Series, 883 p.
19. Cotton,W.R., Lin, M.-S., McAnnelly, R.L., and C. J. Tremback, 1989: A composite model of Mesoscale Convective Complexes, Mon. Wea. Rev., v.l 17, p.765-783
20. Davies, H.C., 1996: Mesometeorology whence came you, and whither do you go? Keynote to 7th Conf. on Mesoscale process, Reading, UK, p. 1-3
21. Doviak, R.J., D. S. Zrnic, 1984: Doppler Radar and Weather Observations. Academic Press, Orlando, 453 pp.
22. Guedes, R. A., Machado, L. A.T., Barbosa da Silveira, J.M., Alves, M. A.S., Waltz, R.C.,1994: Ciclo de vida de sistemas convectivos. Anais 8° Con. Bras, de Met., 2° Con. Latino Americano e Iberico de Met., Belo Horizonte, Outubro, 1994, v.2, p. 323-326
23. Guedes, R. L., and M.A.F. Silva Dias, 1985: The observed synoptic scale structure in presence of mesoscale convective complexes over South America. Proc. 2nd of Brazil-USA Cooperative program on role of convection in the Amazon region, Sao Paulo
24. Houze, R.A. Jr., 1993: Cloud dynamics. Academic Press, London, 557 pp.
25. Houze, R.A., B.F. Smull, and P. Dodge, 1990: Mesoscale organization of springtime rainstorms in Oklahoma. Mon.Wea.Rev., v.l 19, p. 2608-2637
26. Houze, R.A., Jr., W. Schmid, R.G. Fovell and H.H. Schiesser, 1993: Hailstorms in Switzerland: Left movers, right movers, and false hooks. Mon. Wea. Rev., v. 121, p.3345-3370
27. Joss J., A.Waldvogel, 1990: Precipitation measurement in hydrology in Radar Meteorology, p.577-608
28. Kidder S.Q., Vonder Haar, Т.Н., 1995: Satellite Meteorology: an introduction. Academic Press, London, 466 pp.
29. Laing, A.G and J. M. Fritch, 1993: Mesoscale convective complexes over Indian Monsoon Region. J. of Clim., v.6, p.911-919
30. Leary C.A., and R.A. Houze, 1979: The structure and evolution of convection in a tropical cloud cluster. J. Atmos. Sci., v. 36, p.437-457
31. Ligda, M.G.H, 1951: Radar storm observation. Compendium of Meteorology, AMS, p.1265-12823 l.Ludlam, F.H., 1980: Clouds and Storms. The Behavior and Effect of Water in the Atmosphere. The Pennsylvania State University Press, 1980, 461 pp.
32. Maddox, R.A., 1980: Mesoscale convective complexes. Bull. Am. Met. Soc.,v.61, p.1374-1387
33. McAnnelly, R.L., and Cotton, W.R., 1989: The precipitation life cycle of mesoscale Convective Complexes over Central United States. Mon. Wea. Rev., v.l 17, p.784-808
34. Menzel, W.P., 2001: Cloud tracing with satellite imagery: from pioneering work of Ted Fujita to present. Bull. Am. Met. Soc., v. 82 No. 1, p.33-47
35. Mesoscale forecasting and its applications. WMO №712, 1989, 140 p.36.0rlanski, I., 1975: A rational subdivision of scales for atmospheric processes.
36. Bull. Amer. Meteor. Soc., n 56, p.527-530
37. Ray, P., 1990: Convective dynamics, in Radar in Meteorology, ed. D. Atlas p.348-390
38. Rodgers, R.A., M.J. Magnano, and J.H. Arns, 1985: Mesoscale convective complexes over the United States during 1985. Mon. Wea. Rev., v.l 13, p.888-901
39. Shchiesser, H.H., R.A.Houze, Jr. and H.Hutrieser, 1995: The mesoscale structure of severe precipitation systems in Switzerland. Mon.Wea.Rev., v. 123, p.2071-2097
40. Silva Dias, M. A. F., 1989: Mesoscale Weather Systems-South American Phenomena, in Mesoscale forecasting and its applications, WMO No 712, p. 2148
41. Smull, B. F., 1995: Convectively induced mesoscale weather systems in tropical and warm-season midlatitude atmosphere. Reviews of Geophysics, Supplement, p. 897-906
42. Starostin, 1995: A estrutura de mesoescala e a evolu?ao do campo da nebulosidade Cb. Revista Brasileira de Meteorologia, vol.10, no.l, Sao Paulo, 1995, p.10-18.
43. Velasco, I. and J. M. Fritch, 1987: Mesoscale convective complexes in the Americas. J. Geoph. Res. v. 93, N0.D8, p. 9561-9613
44. Weisman, M.L. 2001: Bow-echo: attribute to T.T.Fujita. Bull. Am. Met. Soc., v.82 No.l, p.97-116
45. Weisman, M.L., J.B. Klemp, 1984: The structure and classification of numerically simulated convective storms in directionally varying wind shears. Mon.Wea.Rev., v.l 12, p.2479-2498
46. Абдуллаев C.M., 1992: Эволюция и иерархия скоплений кучево-дождевой облачности Диссертация к.ф.- м. н. Гидрометцентр РФ, М. 206 с.
47. Абшаев М.Т., Бурцев, И.И., Шевела Г.Ф., 1980: Руководство по применению радиолокаторов МРЛ-4, МРЛ-5 и MPJI-6 в системе градозащиты. Л. Гидрометеоиздат, 1980, 230 с.
48. Брылев Г.Б., 1989: Радиолокационные характеристики облаков. Глава 11, в спр. Облака и облачная атмосфера. Л., Гидрометеоиздат, 1989, с. 460-523
49. Васильев А.А., 1999: Рекомендации по прогнозу неблагоприятных и стихийных явлений, связанных с зонами активной конвекции. Гидрометцентр, Москва, 27 с.
50. Вельтищев Н.Ф., 1988: Мезометеорология и краткосрочное прогнозирование. ВМО № 701, сборник лекций, 136 с.
51. Желнин А.А., Старостин А.Н., 1987: Сверхкраткосрочный прогноз и проблема предсказуемости атмосферных процессов. Метеорология и гидрология, №10, с. 5-13
52. Мазин И.П., А.Х. Хргиан, ред., 1989: Облака и облачная атмосфера. Справочник. Д., Гидрометеоиздат, 1989, 632 с.
53. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. Часть I, JL, Гидрометеоиздат, 1986.1. К Главе 2
54. Abdoulaev, S. e O. Lenskaia, 1998: Uso de radar em localizafao das rajadas de • vento na superficie. Anais de X Congresso Brasilieiro de Meteorologia, VIII
55. Congresso da FLISMET, I Seminario Brasileiro de Meteorologia por Radar, Brasilia, 1998 p. 1-6
56. Abdoulaev, S., A. Starostin, O. Lenskaia, e R. G. Gomes, 1998: Sistemas de Mesoescala de Precipitates no Rio Grande do Sul. Parte 1: Classificafao dos Sistemas de Mesoescala de Precipitates. Rev. Bras. Meteorol. v.13, n.2, p.57-74
57. Amaro de Lima, R.G. Gomes, S. Abdoulaev, 1998: Estudo do regime de precipitacao na regio Sul do Rio Grande do Sul. Anais de X congresso Latinoamericano de Meteorologia, p. 1-5
58. Anjos R. J., B.L. Anjos, 1990: Fenomenos meteorologicos adversos em Porto Alegre. Anais.VI congresso Brasileiro de Meterologia, Salvador, BA, v.2, p. 494497
59. Battan L.J., 1973: Radar observation of the atmosphere. The University of Chicago Press, 1973, 324 p.
60. СЕЕЕ-Gerencia de coordenacao regional de Pelotas, 1998: Efeitos do El Ninho no abastecimento de energia eletrica na regiao sul do estado. Отчет, 22 p.
61. Chapman, D., Browning, K.A. 1998: Use of wind-shear display for Doppler radar data. Bull. Amer. Meteor. Soc., v. 79, n.12, p.2685-2691
62. Coelho, C. A., de Moraes Drumond. A. R. , Ambrizzi, T. 1999: Estudo climatologico sazonal da precipita?ao sobre о Brasil em episodios extremos da Oscilafao Sul. Rev. Bras. Meteorol. v.l4, n. 1, p.49-66
63. Defesa Civil do Estado do Rio Grande do Sul, 1996: Desastres 1992-1996, 6 p.
64. Fedorova, N., M. H. de Carvalho, 2000: Processos sinoticos em anos de La-Ninha e de El Ninho. Parte II. Rev. Bras, de Met., v. 15, n.2, p.57-72
65. Foote, G.B., and Toit, P.S. 1969: Terminal velocity of raindrops aloft. J. Appl. Meteorol., v.8, p.249-253
66. Gan, A., e Rao, V., 1990 Ciclogenese em superficie sobre a America do Sul. Anais.VI congresso Brasileiro de Meterologia, Salvador, BA, v.2, p.477-483
67. Kane, R.P., 2000: Relationship between El Nino timing and rainfall extremes in
68. NE Brazil, Sao Paulo city and South Brazil, Rev. Bras, de Met., v.l5, n.l, p.45-58
69. Khan, V and I.S. Kim, 1998: A analise de agrupamento pluviometrica nos estados do Rio Garnde do Sul e Santa Catarina. Anais de X congresso Latinoamericano de Meteorologia/ CL98032, p. 1-5
70. Kousky V. E., Casarin D. P.1986: Rainfall anomalies in southern Brazil and related atmospheric circulation features. Prepr. 2 Int. Conf. on Southern Hemisphere Met. Wellington, New. Zealand, p. 435-438,1986
71. Lin, Y.J., Т. C. Wang, and J.H. Lin, 1986: Pressure and temperature perturbationswithin squall line thunderstorm from SESAME dual-Doppler data. J. Atmos. Sci., v.43, p.2302-2327
72. Nobre, С. A., Cavalcanti, I.F.A, Gun, M.A., et all., 1986: Aspectos da climatologia dinamica do Brasil. Climanalise, Volume especial, INEMET, Brasilia, 1986,124 p.
73. Ray, P.S, C.L. Zielger, W.Baumgarner, R.J. Serafin, 1980: Single and Multiple Doppler radar observations of tornadic storms. Mon. Wea. Rev., v.l08, p. 16071625
74. Ropelewski, C.I. and Halpert, M.S. 1996: Quantifying Southern Oscillation — precipitation relationships. J. Clim., v.9, n.5, p. 1043-1049
75. Sansigolo, C.A., G.B. Diniz, R. de Lima Saldanha, 2000: Influencia dos eventos El Ninho e La Ninha no regime de precipitafao de Pelotas., Rev. Bras, de Met., v.l5, n.l, p.69-76
76. Sekhon, R.S. and Srivastava, R.C., 1971: Doppler radar observations of drop size distribution in a thunderstorm. J. Atmos. Sci., v.28, p.983-994
77. Yuter, S.E., R.A.Houze Jr., 1995: Three-dimensional kinematic and microphysical evolution of Florida cumulonimbus. Part 1: Spatial distribution of updrafts, downdrafts and precipitation. Mon. Wea. Rev. v.123, p.1922-1939
78. Ленская О.Ю. и С.М.Абдуллаев, 2005: Использование доплеровского радара и данных наземных наблюдений для изучения и прогноза шквалов/ В сб.: Вестник Челябинского университета, Серия 12 «Экология и природопользование», № 1 Изд.ЧелГУ, с. 131 -143
79. Хан В. М., 1999: Статистическое прогнозирование на юге Бразилии. Автореферат канд. дисс. Москва, МГУ, 23 с.1. К Главе 3
80. Abdoulaev S., Lenskaia, О., 1998: Mesoscale precipitation systems in Rio Grande do Sul. Part 1: Classification of mesoscale systems. Brazilian Journal of Meteorology, vol.13, N2, San Paulo, p.57-74
81. Abdoulaev, S., A. Starostin, O. Lenskaia, 2001: Mesoscale precipitation systems in Rio Grande do Sul. Part 2: Thunderstorms in non-line mesoconvective systems. Brazilian Journal of Meteorology, vol.16, N1, San Paulo, p.101-114
82. Abdoulaev, S., A. Starostin, O. Lenskaia, 2001: Mesoscale precipitation systems in Rio Grande do Sul. Part 3: Structure and evolution of non-line mesoconvective systems. Brazilian Journal of Meteorology, vol.16, N2, San Paulo, p.87-102
83. Abdoulaev, S., V. S.Marques, M. A. Pinheiro, E. F. Martinez, O. Lenskaia, 2001: Analysis of mesoscale system using Cloud-to-Ground flash data. Brazilian Journalof Meteorology, vol.17, N1, San Paulo, 2002. p. 53-68
84. Geerts, В., 1997. -A radar-based survey of the characteristics of mesoscale convective systems in the Southeastern USA. Prepr. of 28th Conference on Radar Meteorology, Austin, 7-12 September 1997, p. 485-486
85. Hashem, M. A., M. I. Biggerstaff, 1997: Organization of convection in mesoscale systems. Preprints, 28th Conf. on Radar Meteorology, Austin, Texas, p.483-484
86. Lenskaia, O., Marques, J., Abdoulaev S., 1997: Mesoscale precipitation systems in Rio Grande do Sul. Part 2: Synoptic and satellite overview. Prepr. of 28th
87. Conference on Radar Meteorology, Austin, 7-12 September 1997, p. 489-490
88. Nogues-Paegle, J., Mo, K.C., 1997: Alternating wet and dry conditions over South America during summer. Mon .Wea. Rev., v. 125, p. 279-291
89. Abdoulaev, S. and O.Lenskaia, 1996: Linear mesoscale convective system in Southern Brazil. Prepr.of 7th Conference on Mesoscale Processes, Reading, United Kingdom, 9-13 September 1996, p.479-481
90. Abdoulaev, S., E O. Lenskaia, 1998: Evolu?ao das linhas de convec?ao severa. Parte 1. Classifica?ao. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 13, n.2, p. 15-36
91. Abdoulaev, S., O.Lenskaia, 1997: South Brazilian squall lines: variations of propagation. Prepr. of 28th Conference on Radar Meteorology, Austin, USA, 7-12 September 1997, p. 592-593
92. Abdoulaev, S., O.Lenskaia, 1996: Linhas de convec?ao severa. Parte 1: Classifica?ao. Anais IX Congresso Brasileiro de Meteorologia, Campos de Jordao, 6 a 13 Novembro de 1996, v.2, p. 1271-1275
93. Abdoulaev, S., O.Lenskaia, 1996: Linhas de convec?ao severa. Parte 2: Causas e consequencias das variafoes da velocidade. Anais IX Congresso Brasileiro de Meteorologia, Campos de Jordao, 6 a 13 Novembro de 1996, v.2, p.871-874
94. Abdoulaev, S., O.Lenskaia, 1996: Linhas de convec?ao severa. Parte 3: Estrutura cinematica. Anais IX Congresso Brasileiro de Meteorologia, Campos de Jordao, 6 a 13 Novembro de 1996, v.2, p.875-877
95. Barnes, G. M., and K. Sieckman, 1984: The environment of fast- and slow-moving tropical mesoscale convective cloud lines. Mon. Wea. Rev., v. 112, p. 1782-1794
96. Braun, S.A., and R. A. Houze Jr., 1994: The transition zone and secondary maximum of radar reflectivity behind a midlatitude squall line: results retrieved from Doppler radar data. J. Atmos. Sci., v.51, p.2733-2755
97. Hildendorf, E.R., and R.H. Johnson, 1998: A study of the evolution of mesoscale convective systems using WSR-88D data. Wea. Forecasting, v. 13, n.2, p. 437-452
98. LeMone, M. A., 1983: Momentum transport by a line of cumulonimbus. J. Atmos. Sci., v.40, p.1815-1834
99. LeMone, M. A., and M. W. Moncrieff, 1994: Momentum and mass transport by convective bands: comparisons of highly idealized dynamical models to observations. J. Atmos. Sci., v.51, p.281-305.
100. LeMone, M. A., G. M. Barnes, E. J. Szoke and E.J. Zipser, 1984: The tilt with height of the leading edge of a tropical mesoscale convective line. Mon. Wea. Rev., v.112, p.510-519
101. Lenskaia O., S. Abdoulaev, 1996: Linhas de convec9ao severa. Parte 4: Influencia a superficie. Anais IX Congresso Brasileiro de Meteorologia, Campos de Jordao, 6 a 13 Novembro de 1996, v.2, p.878-882
102. Rassmussen, E.N., and S.A.Rutledge, 1993: Evolution of quasi-two-dimensional squall lines. Part I. Kinematic and reflectivity structure. J. Atmos.Sci., v.50, p.2585-2606
103. Scamarock, W. C., Weisman, M. L., Klemp, J. В., 1994: Three dimensional evolution of simulated long-lived squall lines. J. Atmos. Sci., v.51, n.17, p.2563-2584
104. Silva Dias, M. A. F., 1989: Mesoscale weather systems South American phenomena. Meso. Forec. and its Appl. ,WMO, No 712, p.21-48
105. Vianello, R.L., A. R. Alves, 1991:Meteorologia basica e aplica?6es. Vi90sa, Minas Gerais, Brasil UFV, Impr. Univ., 449 p.
106. Абдуллаев С.М., О.Ю.Ленская, 1998: Эволюционная классификация мезомасштабных линий шквала. Метеорология и гидрология, 1998, п.З, с.24-321. К Главе 5
107. Kalnay Е. et all. 1996 The NCEP/NCAR 40-year reanalyses project. Bull.Atm.Soc., v.77, N3, p.437-471
108. Loehrer, S. M. and R. H. Johnson, 1993: The surface pressure features and precipitation structure of PRE-STORM mesoscale convective system. Prepr. of 17th Conf. on Severe Local Storms, St. Luis, Missouri, October 4-8, 1993, p. 481485
109. Mahoney III,W. P., 1988: Gust front characteristics and kinematics associated with interacting thunderstorm outflows. Mon. Wea. Rev., v.l 16, n.6, p. 1474-1491
110. Seitter, K. L., 1987: A numerical study of atmospheric density motion including effect of condensation. J. Atmos. Sci., v. 43, p.3068-3076
111. Алексеева A.A., 2000: Распознавание конвективных стихийных явлений погоды на основе цифровой информации с ИСЗ с целью их сверхкраткосрочного прогноза. В сб.: Труды ГМЦ, вып.335, с. 59-73
112. Алексеева А.А., Глушкова Н.И., 2000: Особенности развития » конвективных стихийных гидрометеорологических явлений и их прогноз. Всб.: Труды ГМЦ, вып.ЗЗО, с.90-97
113. Песков Б.Е., Ватьян М.Р., Хохлов Г.В., 1988: К разработке синоптико -радиолокационного метода диагноза сильного шквала. Метеорология и гидрология, № 4, с. 36-40
114. Песков Б.Е., Хохлов Г.В., 1990: Сильные шквалы и возможности их сверхкраткосрочного прогноза. Метеорология и гидрология, № 5, с. 33-40
115. Руководство по диагнозу и прогнозу опасных и особо опасных осадков, града и шквалов по данным MPJI и ИСЗ /Н.И.Глушкова, В.Ф.Лапчева/ .- М.: Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 19961. К Главе 6
116. Abdoulaev, S., Lenskaia O., Marques V. S., Pinheiro F.M.A., 2000: Relative motions in squall lines accompanied by stratiform region. Brazilian Journal of Meteorology, v. 15, N2, San Paulo, 2000.p. 87-102.
117. Abdoulaev, S., Lenskaia O., Marques V. S.,Pinheiro F.M.A., 2002: Doppler radar study of quasi-stationary mesoscale frontal systems, Part 1: Periodical structures. Brazilian Journal of Meteorology, v.l 7, N1, San Paulo, 2002. p. 53-68
118. Abdoulaev, S., O. Lenskaia, and A. Zhelnin, 1999: Mean wind relative motions and typical evolution of mesoscale convective systems having complexorganization. Prep. 8th Conf. On Mesoscale Proc. , Boulder, Colorado, PI.5, p.115-116
119. Bartels D. L., Matejka, Т., A. Rhykov, D. Zrnic, 1997: Dual-doppler analysis of 9 June 1993 squall line over Oklahoma. Prepr. of 28th Conference on Radar Meteorology, Austin, 7-12 September 1997, p.594-595
120. Brandes, E.W., 1990: Evolution and structure of the 6-7 May 1985 mesoscale convective system and associated vortex. Mon.Wea.Rev., v.l 18, p. 109-126
121. Browning, K.A., 1990: Organization and internal structure of synoptic and mesoscale precipitation systems in midlatitudes. Radar in Met., p.433-460
122. Browning, K.A., and G.A. Monk, 1982: A simple model for the synoptic analysis of cold fronts. Quart. J.R.Met.Soc, v. 108, p.435-452
123. Fujita and McCarthy, 1990: The application of weather radar to aviation meteorology. Radar in Meteorology, D. Atlas, Ed., Amer. Meteor. Soc., 657-681
124. Houze, R.A., Jr. and P.V. Hobbs, 1982: Organization and structure of precipitating cloud systems, in Advances in Geophysics, ed. B.Saltsman, v.24, p.225-315
125. Houze, R.A., S.A. Rutledge, M. I. Biggerstaff and B. F. Smull, 1989: Interpretation of Doppler Weather Radar Displays of midlatitude convective systems. Bull. Am. Met. Soc., v.70, n.6, p.609-618
126. Hoxit, L.R., C.F. Chappell, and J.M. Fritsch, 1976: Formation of mesolows orpressure troughs in advance of cumulonimbus. Mon.Wea.Rev., v.104, p. 14191428
127. Johnson, R.H, 1996: Mesoscale properties of midalatitude mesoscale convective systems deduced from operational data. 7th Conf. on Mesoscale process, Reading, UK, 473-475
128. Johnson, R.H., 2001: Surface mesohighs and mesolows. Bull.Am. Met. Soc., v.82 n.l, p.13-31
129. Johnson, R.H., P.J.Hamilton, 1988: The relationship of surface pressurefeatures to the precipitation and airflow structure of an intense midalatide squall line. Mon.Wea.Rev., v.l 18, p.1445-1470
130. Rutledge, S.A, R.A.Houze, Jr., M. I. Biggerstaff, and T. Matejka, 1988: The Oklahoma-Kansas mesoscale convective system of 10-11 June 1985: Precipitation structure and single-Doppler radar analysis. Mon.Wea.Rev., v. 116, 1409-1430.
131. Schmidt, J. M., and Cotton, W.R., 1989: A High Plains Squall associated with severe surface winds. J. Atmos. Sci., v.46, p. 281-301
132. Smull, B.F. and R.A. Houze, Jr., 1985: A midlatitude squall line with a trailing region of stratiform rain: radar and satellite observation. Mon.Wea.Rev., v. 113, p. 117-133
133. Stumpf G.J., R.H.Johnson and B.F. Smull, 1991: The wake low in a midlatitude convective system having complex convective organization. Mon.Wea.Rev., 119, p.134-158
134. Шакина, Н.П., 1985: Динамика атмосферных фронтов. JI. Гидрометеоиздат, 263 с.
-
Ленская, Ольга Юрьевна
-
кандидата географических наук
-
Москва, 2006
-
ВАК 25.00.30
- Жизненный цикл мезомасштабных конвективных систем
- Исследование мезоструктуры полей облачности и осадков летнего периода в Среднем Поволжье
- Мезомасштабная структура и эволюция атмосферных фронтов над территорией Беларуси
- Гидродинамическая модель регионального климата для европейской территории России
- Ежедневная оценка локальных значений и объективный анализ характеристик снежного покрова в рамках системы численного прогноза погоды COSMO-Ru
