Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Типы синоптического положения над акваторией Атлантики в регионе островов Зеленого Мыса и их влияние на вертикальное распределение и перенос водяного пара в атмосфере

ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Драганова-Кардозо, Павлина Адрианова

Введение.

1 Область пассатной зоны островов Зеленого Мыса как специфический объект географического изучения.

1.1 Краткая физико-географическая характеристика.

1.2 Характеристика климата островов Зеленого Мыса.

1.3 Особенности атмосферной циркуляции.

2 Типы атмосферных процессов и связанных с ними условий погоды.

2.1 Типы синоптических процессов над тропической Атлантикой.

2.2 Главные особенности погоды при различных синоптических ситуациях.

2.3 Статистические характеристики типов синоптических процессов.

3 Закономерности вертикального распределения температуры и влажности воздуха в пассатной зоне.

3.1 Особенности исходного материала исследований.

3.2 Параметрическое описание вертикального распределения температуры и влажности воздуха.

3.3 Особенности вертикального распределения температуры и влажности воздуха в северо-восточной части тропической Атлантики.

4 Методы оценки потоков водяного пара по наземным данным.

4.1 Уравнение баланса водяного пара в атмосфере и его замыкание.

4.2 Методика определения уровней эффективного переноса водяного пара в атмосфере.

4.3 Факторы, влияющие на высоту эффективного переноса водяного пара.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Типы синоптического положения над акваторией Атлантики в регионе островов Зеленого Мыса и их влияние на вертикальное распределение и перенос водяного пара в атмосфере"

Тропическая часть пассатной зоны Северной Атлантики значительно различается по климатическим и погодным условиям, если сравнивать ее западную и восточную части. Восточная часть по площади превышающая Западную Европу, включает только четыре архипелага - Азорский, Канарский, Мадейра и Зеленого Мыса и имеет минимальную плотность сети наземных метеорологических и аэрологических станций. Республика Кабо-Верде, расположенная на островах Зеленого Мыса, экономически тесно связана с эксплуатацией этой акватории. При этом условия для метеорологического прогноза даже на короткие сроки сильно осложнены.

Выбор темы диссертации определяется тем, что до сих пор отсутствует технология синоптической интерпретации численных прогнозов над регионами, крайне недостаточно освещенными наземными и аэрологическими данными. Разработка такой технологии прогноза в этих условиях, которая необходима для достижения приемлемого уровня качества краткосрочных и среднесрочных прогнозов погоды, требует глубокого изучения взаимосвязей переноса тепла и водяного пара в атмосфере с характером барических полей. Кроме того, рассматриваемый регион интересен и с точки зрения метеорологической науки, так как атмосферные процессы над ним определяются пограничными эффектами между поясом высокого давления и экваториальной ложбиной.

Работа была ориентирована на то, чтобы изучить условия формирования вертикального распределения температуры и водяного пара в этом малоисследованном регионе, а затем на основе анализа выявленных закономерностей установить количественные связи характеристик влагопереноса с барическим полем над регионом. Эти цели необходимо было достичь, используя только общедоступные программно-аппаратные средства и минимальный комплект данных, который будет доступен в оперативной синоптической работе.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Создать базу общегеографических и метеорологических данных по территории республики Кабо-Верде и на основе полученных материалов изучить характер, частоту и особенности территориального распределения опасных явлений погоды.

2. Изучить современные методы типизации метеорологических полей и выявить наиболее часто встречающиеся варианты локальных полей давления и барической топографии с учетом специфики района и информационной освещенности.

3. Провести анализ аэрологических данных и выявить минимальный набор параметров для описания стратификации атмосферы по ежедневным данным и при прогнозе над исследуемым районом по прогностическим барическим полям.

4. Изучить условия переноса водяного пара над рассматриваемой акваторией и разработать научное обоснование для их диагноза и прогноза при различных типах локальных барических полей.

Методика исследования состояла в изучении научной литературы по вопросам организации компьютерных банков и распределенных баз метеорологических данных, методам математического описания процедур распознавания и установления сходства метеорологических полей. Основным методом установления общности было принято визуальное сходство, ввиду недостаточности и невысокой точности данных для построения компьютерных карт в приэкваториальной и тропической зоне. Затем были составлены запросы на данные, произведена фильтрация и компоновка полученных данных. Собранный материал охватывал семилетний период ежедневными данными. Он был сначала визуально проконтролирован и обобщен синоптическим методом, а затем обработан с использованием программных средств, работающих под управлением Windows-98. Необходимые программные модули были написаны в виде приложений к EXCEL-2000 на языке VB6. Обработка данных в основном проводилась в среде EXCEL на языке VBA. Только на отдельных стадиях работы были применены пакеты статистического анализа (Statistica, Surfer32). Это обеспечивает переносимость разработанных программных средств в производственные условия.

Научная обоснованность выводов определяется тем, что они были корректно получены с помощью современных методов количественного компьютерного анализа на базе тщательно отобранных и адекватных объекту исследования методов описания исследуемых метеорологических явлений. Достоверность результатов подтверждается высокими оценками качества полученных зависимостей на большом объеме независимых данных.

Научное значение работы состоит в том, что в ней доказана возможность применить простые модели стратификации тропосферы по температуре и влажности для описания реальных метеорологических условий в зоне пассатной инверсии. Результаты исследований являются новыми как с точки зрения экспериментальной метеорологии субтропического, тропического региона, так и для теории влагооборота в атмосфере. В целом, результаты работы создают предпосылки как для создания нового метода оценки распределения осадков по территории на основе данных численных прогнозов, включая территории слабо освещенные наземными и аэрологическими данными, так и для получения нового метода параметризации процесса выпадения осадков над районом.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Драганова-Кардозо, Павлина Адрианова

Представляется возможным утверждать, что все необходимые задачи были решены, а поставленные цели - достигнуты. По проделанной работе можно сформулировать основные результаты исследования и главные выводы:

1. разработана локальная типизация барических полей над рассматриваемой акваторией, ориентированная на совершенствование интерпретации синоптиком результатов численных прогнозов барических полей;

2. применительно к полученным основным типам барического поля, выявлены виды вертикального распределения температуры и массовой доли водяного пара и разработаны их малопараметрические модели с учетом влияния пассатной инверсии;

3. впервые экспериментально доказано различие уровней эффективного переноса водяного пара для зональной и меридиональной компонент вектора потока водяного пара в атмосфере, что позволяет в явном виде учесть в уравнении баланса водяного пара эффект локальных вертикальных токов и позволяет точнее объяснить происхождение атмосферных осадков над регионом;

4. методом численного моделирования установлены основные факторы, влияющие на величину и знак этого эффекта, получена зависимость основного параметра эффекта (разности высот эффективного переноса пара для зональной и меридиональной компонент ветра) от типа барического поля, направления ветра у земли и его сдвига по направлению.Практическая значимость работы состоит в том, что она открывает возможность для получения прогностических оценок вертикального распределения влажности и характера адвекции тепла и влаги на основании результатов численного прогноза барических полей, получаемых их РМЦ, а также на основе прогноза приземных значений температуры и влажности.Полученные методы могут быть использованы также в целях уточнения характеристик приходной части водного баланса рассматриваемой акватории.Важно, что в работе создана методика компьютерной интерпретации метеорологических данных с помощью универсальных и общедоступных пакетов программных средств.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Драганова-Кардозо, Павлина Адрианова, Санкт-Петербург

1. Большой энциклопедический словарь: В 2-х т. / Гл. ред. А. М. Прохоров.М.: Сов. энциклопедия, 1991. Т. 1. - 1991. - 863 с.

2. Григорович А. А , Грибанов В. В. Кабо-Верде. - М.: Мысль, 1988. - 108 с.

3. Атлантический океан. География Мирового океана. - Л.: Наука, 1984.589 с.

4. Атлантический океан. - М . : Наука, 1977. - 296 с.

5. Faria F. X . Os solos da ilha de Santiago (Arquipélago de Cabo Verde) // Juntade investiga96es do ultramar. Estudos, ensaios e documentos № 124. - Lisboa, 1970.- 157 p.

6. Faria F. X . Os solos da ilha do Fogo (Arquipélago de Cabo Verde) // Junta deinvestiga96es científicas do ultramar. Estudos, ensaios e documentos № 129. Lisboa, 1974.-146 p.

7. Ribeiro O. A ilha do Fogo e as suas erup96es // Junta de investiga96es doultramar. Memorias. Ser. geográfica №1:2^ ed. - Lisboa, 1960. - 319 p.

8. Machado F. Vulcanismo das ilhas de Cabo Verde e das outras ilhas Atlántidas //Junta de investíga96es do ultramar. Estudos, ensaios e documentos № 117. Lisboa, 1965.-83 p.

9. Nunes M . Os solos da ilha de Sao Nicolau (Arquipélago de Cabo Verde) // Juntade investiga96es do ultramar. Estudos, ensaios e documentos 94. - Lisboa, 1962.- 108 p.

10. Faria F. X . Os solos da ilha do Maio (República de Cabo Verde) // Instituto deinvestiga9áo tropical. Estudos, ensaios e documentos 147. - Lisboa, 1987. 88 p.

11. Teixeira A . J. S., Barbosa L . A. G A agricultura do arquipélago de Cabo Verde.Cartas agríenlas. Problemas agrarios // Memorias da junta de investiga9oes do ultramar (Ser. 2). - Lisboa, 1958. - 178 p.

12. Атлас океанов: Атлантический и Индийский океаны / Под ред. В. И.Фалеева. - М.: Изд. МО СССР, ВМФ, 1977. - 306 с.

13. Макеров Ю. В. Крупномасштабная структура гидрологических полейтропической зоны Атлантического океана // Тр. ГОИН. - 1977. - Вып. 135. - С . 60-68 .

14. Добробаба М. К. Динамика вод зоны Канарского течения // Тр. ГОИН.1983.-Вып. 1 7 0 . - С . 67-76.

15. Ханайченко Н. К. Система экваториальных противотечений в океане. - Л.:Гидрометеоиздат, 1974. - 158 с.

16. Соколов В. А. Циркуляция вод тропической Атлантики // Тр. ГОИН.1977.-Вып. 1 3 5 . - С . 79-87.

17. Баев А., Полонский А. Б. Сезонная изменчивость Межпассатногопротивотечения и Северного Пассатного течения в центральной части тропической Атлантики // Океанология. - 1991. - Т. 31, Вып. 2. - 217 222.

18. Мартинович И. М., Арнаут Н. А. Сезонная изменчивость зональныхрасходов вод экваториальных и тропических течений Атлантического океана // Тр. ГОИН. - 1979. - Вып. 150. - 3 - 11.

19. Белевич Р. Р., Булгаков Н. П., Полонский А. Б., Попов Ю. И. Изменчивостьгидрофизических полей в экваториально-тропической Атлантике // Тр. ГОИН. - 1985. - Вып. 173. - 66 - 79.

20. Белевич Р. Р. Особенности структуры и изменчивости теченийэкваториальной Атлантики // Тр. ГОИН. - 1984. - Вып. 175. - 66 - 79.

21. Хлыстов Н. Э. Структура и динамика вод тропической Атлантики. - Киев:Наукова думка, 1976. - 164 с.

22. О clima de Portugal. Fascículo XIV. Normas climatológicas dos territorios doultra mar, correspondentes a 1931 - 1960. - Lisboa, 1965. - 351 p.

23. Краткий климатический справочник по странам мира. - Л.:Гидрометеоиздат, 1984. -240 с.

24. Лебедев А. П. Климат Республики Судан // Тр. ГГО. - 1962. - Вып. 030.104 с . 174 - 249.

25. Климаты Африки / Под ред. А. Н. Лебедева - Л.: Гидрометеоиздат, 1967.487 с.

26. Средняя многолетняя температура воздуха по зарубежной территории иакватории северного полушария. - Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 147 с.

27. Средние многолетние месячные и годовые суммы атмосферных осадков позарубежной территории северного полушария / Под ред. О. А. ДроздоваЛ.: Гидрометеоиздат, 1972. - 9 2 с.

28. Самойленко В. С , Кооль Л. В., Козлович В. И. О взаимных связяхсиноптических процессов тропических и внетропических широт // Метеорологические исследования по программе Международного тропического эксперимента. - М.: Наука, - 1977. - 99-121.

29. Пальмен Э., Ньютон Ч. Циркуляционные системы атмосферы. - Л.:Гидрометеоиздат, 1973. - 615 с. - (Пер. с англ.)

30. Мартынова Т. В. О колебании положения и интенсивности центровдействия атмосферы // Метеорология и гидрология. - 1990. - № 4. - 50 56.

31. Риль Г. Климат и погода в тропиках / Под ред. М. А. Петросянца - Л.:Гидрометеоиздат, 1984. - 605 с. - (Пер. с англ.)

32. Васильев В. П. и др. О задерживающих слоях в тропосфере пассатной зоныАтлантического океана // Труды Межведомственной экспедиции ТРОПЭКС-72. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 185 - 193.

33. Руднева Л. Г. Климат и циркуляция свободной атмосферы тропическойзоны Атлантического океана // Тр. ВНИИГМИ-МЦД. - 1976. - Вып. 26. 3 8 - 59.

34. Абрамов Р. В. О субтропических максимумах над Атлантическим океаномв системе общей циркуляции атмосферы // Тр. ЛГМИ. - 1970. - Вып. 41. 3 - 18.

35. Челпанова О. М. Годовой ход и межгодовая изменчивость давлениявоздуха над океанами // Тр. ГГО. - 1975. - Вып. 360. - 3 - 108.

36. Апасова Е. Г. О характеристиках местоположения центров действияатмосферы // Тр. ВНИИГМИ-МЦД, - 1979. - Вып. 58. - 89 - 97.

37. Соркина А. И. Уточненные данные об интенсивности и положенийцентров действия атмосферы в северном полушарии // Тр. ГОИН. - 1972. Вып. 1 1 4 . - С . 71-79.

38. Романов Ю. А. Особенности атмосферной циркуляции в тропической зонеокеанов. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1994. - 288 с.

39. Годвод В. Э. и др. Крупномасштабные особенности циркуляциитропической атмосферы в период экспедиции ТРОПЭКС-72 // Труды Межведомственной экспедиции ТРОПЭКС-72. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974 . -С . 57-70.

42. Руководство по месячным прогнозам погоды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972.-365 с.

43. Гире А. А. Основы долгосрочных прогнозов погоды. - Л.:Гидрометеоиздат, 1960. - 560 с.

44. Гире А. А., Кондратович К. В. Методы долгосрочных прогнозов погоды.Л.: Гидрометеоиздат, 1978. - 343 с.

45. Соркина А. И. Типы атмосферной циркуляции и ветровых полей надсеверной частью Атлантического океана// Тр. ГОИН. - 1965. - Т. 84. - 5 -131.

46. Тиджани Б. Исследование циркуляционного режима Западной Африкиприменительно к задачам метеорологических прогнозов: Автореферат дис. .. канд. геогр. наук: 11.00.09. - Л., 1980.-20 с.

47. Гире А. А. К вопросу о формах атмосферной циркуляции и ихпрогностическом использовании // Тр. ААНИИ. - 1981. - Т. 373. - 4 13.

48. Общая оценка режима планетарной циркуляции в 1986 - 1990 гг. // Тр.ГМЦ. - 1992. - Вып. 322. - 76 - 82.

49. Никонов В. И. Аэрологическая структура воздушных масс вовнутритропической зоне конвергенции // Труды Межведомственной экспедиции ТРОПЭКС-72. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 114 - 173.

50. Зайчиков Б. П., Романов Ю. А. Особенности режима ветра, температуры ивлажности воздуха экваториального района Центральной Атлантики // Труды Межведомственной экспедиции ТРОПЭКС-74. Т. 1. Атмосфера. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 338 - 350.

51. Комаров В. Статистическая структура поля влажности в свободнойатмосфере // Труды НИИАК. - 1969. - Вып. 79. - 76 - 91.

52. Воробьев В. И. Синоптическая метеорология. — Л.: Гидрометеоиздат,1991.-616 с.

53. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. Ч. 1. — Л.:Гидрометеоиздат, 1986. - 702 с.

54. Первый глобальный эксперимент ПИГАП. Т.7. Динамика атмосферы,облачность и теплообмен в тропиках. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 264 с.

55. Завельская Н. А., Лебедева Н. В. Конвекция, конвективные облака иосадки над океаном в тропиках // Атмосферная циркуляция и ее взаимодействие с океаном в тропических и нетропических широтах Атлантики. - М.: Наука, 1981. - 174 - 206.

56. Лебедева Н. В., Завельская Н. А. Условия конвекции вовнутритропической зоне конвергенции над Восточной Атлантики // Метеорология и гидрология. - 1974. - № 5. - 24 - 33.

57. Тверская Н. П., Соколова Г. П. Статистические характеристикивертикальных профилей температуры и влажности в атмосфере в дни с конвективной облачностью // Труды ГГО. - 1975. - Вып. 356. - 45—^57.

58. Русин И. Н. Синоптическая интерпретация атмосферных процессов вгорах: Дис. .. докт. геогр. наук: 11.00.09. - Защипдена 08.06.2000. - СПб., 2000.-202 с.

59. Таварткиладзе К. А. Некоторые особенности влагосодержания атмосферыв условиях Главного Кавказского хребта // Тр. ЗакНИИ. - 1966. - Вып. 22. - 46 - 52.

60. Хргиан А. X . О распределении влажности в атмосфере над горной страной// Изв. АН СССР. Сер. ФАО. - 1965. - Т. 1, № 4.- 395-401.

61. Орози Г. Методика диагноза и прогноза тропических ливней поминимальному комплексу данных (на примере Республики Чад): Автореферат дис. .. канд. физ.-мат. наук: 11.00.09. - СПб., 2000.- 17 с.

62. Матвеев Л. Т. Физика атмосферы. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2000.- 778 с.

64. Петрова Л. И., Иванов В. Н., Осадчий М. А., Петросянц М. А. О временнойизменчивости задерживающих слоев в пассатной зоне Северной Атлантики // Труды Межведомственной экспедиции ТРОПЭКС-74. Т. 1. Атмосфера. - Л.; Гидрометеоиздат, 1976. - 288 - 297.

65. Романов Ю. А. Синоптические изменения атмосферного давления во времятропического эксперимента // Метеорологические исследования по программе Международного тропического эксперимента. - М.: Наука, 1977 . -С . 134- 139.

66. Будыко М.И. и др. Изменения климата в связи с планом преобразованияприроды засушливых районов СССР. — Л.: Гидрометеоиздат, 1952.

67. Дроздов О. А., Григорьева А. Влагооборот в атмосфере. — Л.:Гидрометеоиздат, 1963. — 315 с.

68. Методы климатологической обработки метеорологических наблюдений /Под ред. О. А. Дроздова. — Л.: Гидрометеоиздат, 1957. — 492 с.

69. Малинин В. Н. О некоторых проблемах глобального водного баланса // ТрГГИ. - 1990. - Вып. 338. - 141 - 163.

70. Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли. — Л.: Гидрометеоиздат,1974.— 637 с.

71. Смирнов Н. П., Малинин В. Н. Водный баланс атмосферы какгидрологическая задача, — Л.: изд. ЛГУ, 1988. — 201 с.

72. Малинин В. Н. Влагообмен в системе океан-атмосфера. - СПб.:Гидрометеоиздат, 1994. — 197 с.

73. Кашин К. И., Погосян X . П. О влагообороте в атмосфере // Вопросыгидрометеорологической эффективности полезащитного лесоразведения. Л.: Гидрометеоиздат, 1950. - 14 - 23.

74. Будыко М. П., Дроздов О. А. О влагообороте на ограниченной территориисуши // Вопросы гидрометеорологической эффективности полезащитного лесоразведения. - Л.: Гидрометеоиздат, 1950. - 5 - 13.

75. Александрян Г. А. Влагооборот в атмосфере Армянской ССР // Сб. раб.ГМЦ АрмУГКС. - 1986. - Вып. 2. - 3 - 52.

76. Безмельницьш А. В., Малинин В. Н. Крупномасштабная модельформирования влагообмена системы океан - атмосфера // Тр. ЛГМИ. 1986.-Вып. 9 3 . - С . 20-34.

77. Бурова Л. П. Влагооборот в атмосфере Арктики. - Л.: Гидрометеоиздат,1983.- 128 с.

78. Кузнецова Л П. Атмосферный влагообмен над территорией СССР. - М.:Наука, 1983.- 172 с.

79. Динамическая метеорология / Под ред. Д. Л. Лайхтмана. — Л.:Гидрометеоиздат, 1976. — 607 с.

80. Русин И. П., Тараканов Г. Г. Сверхкраткосрочные прогнозы погоды:Учебное пособие - СПб.: изд. РГГМИ, 1996. - 308 с.

81. Романов Ю. А., Романова Н. А. Соотношение между силами инерции ибарического градиента в приэкваториальных широтах // Океанологические исследования. - 1974. - № 24. - 20 - 27.