Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Условия формирования и краткосрочный прогноз сильных ливней и града на ЕТ СНГ

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Условия формирования и краткосрочный прогноз сильных ливней и града на ЕТ СНГ"

РГ6 од

1 о МАЯ 1С93

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЮЗА ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩИЙ СРЕДЫ

Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации

На правах рукописи УДК 551,509.324.2

Алексеева Ангонида Александровна

УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И КРАТКОСРОЧНЫЙ ПРОГНОЗ СИЛЬНЫХ ЛИВНЕЙ И ГРАДА НА ЕТ СНГ

Специальность 11.00,09 - метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1393

Работа выполнена в Гидрометеорологическом научно-иссяедователь-оком центре Российской Федерации.

Научный руководитель : Н.И. Глуикова - кандидат физико-математических наук.

Официальные оппоненты : доктор географических наук З.М. А!аховер,

кандидат географических наук Д.В.Финогеев.

Ведущая организация : Институт физики атмосферы Российской Академии наук.

Защита диссертации состоится "31 " мая 1993г. в 14 часов на заседании специализированного совета К 024.05.02 в Гидрометеорологическом научно-исследовательском центре Российской Федерации.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу ;

123242 Москва, Б.Лредтеченский пер., д. 9-13,Росгидромет-центр.

Автореферат разослан апреля 1993г.

Ученый секретарь

специализированного

Актуальность темы. Изучение условий возникновения « разработка методов прогноза опасных и особо опасных конвективных явлений, таких как ливневые осадки ( 50 цн/12ч.) и град, приносящих существенный ущерб народному хозяйству, в настоящее время является актуальной задачей метеорологии. Ежегодно этими явлени-яии наносится большой ущерб .Б результата катастрофических ливней наблюдаются высокие певодки на реках, сели и оползни, парализующие движение железнодорожного и автомобильного транспорта, повреждаются коммуникации. Интенсивные ливни наносят вред сельскому хозяйству. Они вымывают ценные для растительности частицы почвы, нарушают ее структуру, образуют глубокие промоины грунта. Особо опасные ливни заносят песком реки, портят берега. Градом повреждаются постройки, нередко отмечаются случаи гибели скета и домашней птицы, повреждаются сады и посевы. Таким образом, изучение этих явлений имеет не только научный интерес. Предупреждение об особо опасных ливнях и граде, хотя бы с небольшой заблаговременностью, ишет большое значение для народного хозяйства.

Изучению условий формирования летних конвективных явлений посвящено много работ как у нас в стране, так и за рубежом. Но очень мало работ, посвященных изучению условий возникновения ливней в градаций особо опасных, и до настоящего времени нет достаточно надежного объективного метода их прогноза.Существующие расчетные методы прогноза града основаны на прогнозе параметров конвекции по данным радиозондироваг ш атмосферу и не всегда дают удовлетворительный результат. Поэтому для усовершенствования метода прогноза града были"использованы радиолокационные данные, который-позволяют вместо рассчитанных параметров конвекции, использовать измеренные.

Цель работы.

1. Выявление общих закономерностей, определяющих возникновение ливней в градации 50 мм за 12ч. и менее и града.

2. Разработка методики составления карга возможного развития зон активной конвекции (ЗАК) с интенсивными конвективными явлениями на текущий день с помощью ЭВМ.

3. Разработка автоматизированного метода прогноза ливней в градации >у 50 мм за 12ч. и менее на текущий день по ЕТ СНГ.

4. Усовершенствование метода прогноза града на текущий день с использованием данных радиолокационных наблюдений.

Иеюды исследования и исходный материал^

Использован физико-статистический метод исследования. Поставленные задачи решались ка основе изучения пространственного распределения рассматриваемых явлений, механизма их образования, роли термических факторов, режима влак'ости, крупномасштабных особенностей в их возникновении, анализа данных метеорологических радиолокаторов.

При вычислении статистических характеристик использовался корреляционный и регрессионный анализ.

Отбор предикторов, влияющих на процесс формирования ливневых осадков в градации » 50 ыы за 12ч. и менее, произведен на основе общих физических представлений о механизме образования ливаей и анализа условий, обусловливающих их. Выбор наиболее ин формативных парамегров-предгкхоров подтвержден с поморю коэффи циента точечно-бисериальной корреляции.

Прогностические зависимости устанавливались с применением линейного дискримннантного анализа.

Все расчеты и численные эксперименты производились на ЭВМ £УВЕК-172, ЕС-ЮбО и персональном компьютере РС/АТ-286.

-5В качестве исходного материала использовались :

1. Синоптические приземные карты погоды и карты барической топографии АТ-850,АТ-700,АТ-500,АГ-300,АГ-200 гПа за 00 и 12ч. по Гринвичу.

2. Данные радиозондирования атмосферы по Европейской территории бывшего Союза и Кавказу из банка данных на ЭВМ

172 и ЕС-1060 за 00ч.(1'МТ) : проконтролированные макеты и данные объективного анализа.

3. Комплексные карты сети метеорологических радиолокаторов. (МРЛ) и карты МРЛ Г!.Щ Москва.

4. Карты диагноза вертикальных упорядоченных движений.

5. Данные диагноза вертикальных упорядоченных движений из банка данных на ЭВМ ЕС-1060 Росгидроиетценгра.

6. Дан- ые наблюдений и полусуточных суммах осадков с карт максимальны:: осадков и подтвержденного ветра, банка данных на ЭВМ.

7. Данные об опасных и особо опасных явлениях погоды из журнала донесений об ОЯ и 00Я и отчетов региональных ГОД.

8. Журналы суточных осадков.

Архивы данных включали месяцы с' шя по сентябрь за пзриод 1988-1990гг., данных Ш за период 19?б-19Пгг. ,1984г. »оперативные данные за период 1987-1992гг.

Научная новизна.

Впервые разработан .автоматизированный метод прогноза ливней .в .градации ^ 50 мм за,Д2ч. и менее и карта ЗАК с интенсивными конвективными явлениями по ЕТ СНГ на текущий дань.

Ка основании методов математической статистики получены статистические характеристики, такие как среднее, медиана, математическое ожидание, дисперсия, среднеквадратическое откло-

некие и экстремумы, параметров, обусловливающих образование ливневых осадков в градации >/50 ш за 12ч. и менее для определенных синоптических ситуаций.

Практическая ценность.

Карты прогноза ЗАК с интенсивными конвективныш явлениями иогут быть использованы при составлении штормовых предупреждений для разных отраслей народного хозяйства, маршрутных авиационных прогнозов, служить фоновый прогнозом для составления прогноза опасных конвективных явлений.

Разработанный метод прогноза ливневых осадков в градации ^ 50 мы за 12ч. и менее предназначен для практического использования в работе синоптиков на ЕТ СНГ. Кроме этого предлагаемый шегод монет быть использован при прогнозировании паводков на реках, при метеорологическом обеспечении сельского хозяйства, энергетики и авиации.

Усовершенствованный метод прогноза града с использованием данных МРЛ предназначен для тех же целей. Он проходит испытание в региональных гидрометцентрах.

Положения, выносимые на защиту.

^Автоматизированный расчет карты ЗАК с интенсивными конвективными явлениям на текущий, день по ЕТ СНГ.

2.Автоматизированный ыетод прогноза ливневых осадков в градации 50 им за 12ч. и менее на текущий день по ЕТ СНГ.

3.Усовершенствованный метод прогноза града с использованием данных МРЛ на текущий день.

Апробация работы.

Отдельные части работы докладывались на научных семинарах по синоптическим краткосрочным и среднесрочным прогнозам погода Росгидромзтцентра (октябрь 1989-91гг.), на конференции поло-

дых ученых (апрель 1990г.)» на Всесоюзных конференциях по авиационной метеорологии (1986,1990гг.), на Всесоюзном семинаре по физике образования градовых процессов и активным воздействиям на них (г.Нальчик 1985г.). В целой работе рассмотрена и одобрена . на научном семинаре по синоптическим краткосрочным и среднесрочным прогнозам погоды Росгидрометцантра (октябрь 1992г.).

Публикации♦ По материалам диссертации опубликовано 7 статей и I стати сдана в печать.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем работы составляет 187 страниц машинописного текста, включая 14 рисунков, 43 таблицы и список литературы, включающий 2X3 наименований, в том числе 36 зарубежных авторов.

Исследования проводились а рамках плановой тематика лаборатории синоптических исследований Росгидромегцентра. Частично результаты включены в отчеты по темам 1.026.1 и 1.26.1, утверж--данным Государственным комитатом по науке и технике.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы» опрэделяют-:я основные задачи и цель исследования. Обсуждаются научная но-»изна и практическое значение работы. Кратко излагается отрукху->а диссертации и методы решения поставленных задач.

В первой главе рассматриваются условия развития коивектив-!ых облаков и способы расчета параметров конвекции, обосновывался выбор модели конвекции для прогноза ЗАК с интенсивными кон-¡ективныыи явлениями и ливней в градации >> 50 мм за 12ч. и ивг-гее, выясняется ее достоверность на практике.

Для расчета параметров конвекции выбрана одномерная стационарная модель кснвэкции по методу "слоя", усовершенствованная в результате исследований, проведенных в ВГИ.Согласно выбранной модели, конвективные процессы в атмосфере связаны не со всей энергией неустойчивости, а лишь той ее частью, которая заключена в слое "активного облакообразования", границы которого определяются давлением воздуха на уровнях конденсации и максимальной конвективной скорости, т.е. определяются величиной максимальной конвективной скорости восходящего потока (Ц,).

Расчет параметров конвекции проводится на текущий день с учетом дневного прогрева.При расчете максимальной температуры на текущий день учитывается влажность воздуха в слое 850-М0гПа и вертикальные упорядоченные движения ка поверхности 850гПа ( Т з5о)» которые изменяют к середине дня температуру и дефицит точки росы. По причине недостатков их количественного рас-

<7"

чета, в основном учитывается знак •

Расчеты по выбранной модели требуют данных от поверхности земли или ЮООгПа до 700гДа через 50гПа, далее через 100гИа, поэтому составлены алгоритм и программа интерполяции исходных данных по высоте на требуемые уровни. На каждом уровне рассчитывается максимальная упругость насыщения водяного пара по формуле Магнуса (3то*)» влажноадиябатичзский градиент температуры ( расстояние между данным уровнем и вышележащим

температура поднимающегося воздуха (Гп ), разница между фактической температурой и температурой поднимающегося воздуха (лТ) Зыбранная модель конвекции включает расчет уровня конден-' сации (?к) и его высоты (Нкокд), температуры на уровне конденсЕ ц»!И, уровня максимальной конвективной скорости (Р^), величины максимальной конвективной скорости уровня конвекции (Рв]

его высоты (Нл) и высоты изотермы о"с (HQ).

В подели при относительной влажности в слое 850-500 гПа * <60^ учитывается вовлечение окружающего воздуха в облако. Максимальная конвективная скорость восходящего потока вычисляется по эмпирической формула, получанной Н.И.Глушковой и апробированной во многих способах прогноза конвективных явлений.

Ут = V^287~2(¿? PK-¿?PW)¿¿ W , и/с (I) Лля выяснения реальности используемой модели конвекции проведены сравнения максимальной конвективной скорости и высоты уровня конвекции (Нв), рассчитанных по модели на ЭВМ, соответственно с максимальной конвективной скоростью, рассчитанной по данным MPI (^ngpji) и верхней границей радиоэхо от облаков (Н^.Для расчета jjpj¡ использовалось уравнение регрессии, полученное Глуыковой Н.И. и апробированное в ряде методов прогноза конвективных явлений. Уравнение имеет вид:

W„Mpr 0.38 + 3.52 , м/с (2)

где максимальная радиолокационная отражаеиооть.

Исходными даиными для распета параметров конвенций по данной модели явились проконтролированные макеты данных фактического радиозондирования атмосферы за 00ч.(F¿r) из базы дамних "SHOT" Росгидроыетцентра по 67 пунктам, расположенным на ET бываего Союза, на основных изобарических поверхностях до ЮОгПа. Использованы температура, дефицит точки росы и геопотенциал. В тех случаях, когда данные точки росы на уровне IOOOriïa отсутствуют, используется полученное в диссертации уравнение регрессии ыеаду точкой росы на уровнях ХОООгПа и 925 rila.Уравнение регрессии шее? вид:

' Тd1000 = 5-6I + 0,823 Td 925 m

Коэффициент корреляции составляет 1 = 0.82.

Сравнение высоты уровня конвекции и величины максимальной конвективной скорости, рассчитанных на ЭВМ, проведено для случаев незначительной адвекции воздушных масс (V 850-500

А о ~7 /

> 2 С (где V - средняя скорость ветра, а - дефицит

850

точки росы), чтобы исключить ошибки за счет нерепрезентативности данных радиозондирования.

Уравнения регрессии имеют вид :

нв = Н«МРЛ + °'86» < г = р-7> (V 4^=1.35^^-4.0, (г - 0.72) (Ч)

Таким образом, в результате изложенных в первой главе результатов исследований получен вывод : одномерная стационарная модель конвекции по методу "слоя", усовершенствованная в ВГИ, с уточнением расчета максимальной температуры и точки росы у поверхности земли хорошо отображает состояние устойчивости ат-мосфоры, а параметры конвекции, рассчитанные по ней, хорошо согласуются с измеренными радиолокатором.

Во второй главе диссертации описан механизм образования ливневых осадков и града, дан обзор существующих методов их прогноза.

На основе рассмотрения результатов исследования механизма образования ливней и града в разных физико-географических условиях сделан вывод, что количество выпавшего ливня и град связаны с реализацией больших запасов энергии неустойчивости за счет приземной конвергенции воздушных масс и прогрева, т.е. определяются в основном максимальной конвективной скоростью.

Рассмотрены принципы, преимущества и недостатки современных физико-статистических, комплексных синоптико-статистических и численных методов прогноза данных явлений, а также методов ,

использущих данные МРЛ и ИСЗ. Анализ состояния решаемой проблем мы указывает на разнообразие в подходах прогноза ливней и града. Многие методы разработаны для регионов к могут использоваться только в определенных физико-герграфичееких условиях.','ало-методов, позволяющих прогнозировать количественные характеристики конвективных явлений. Прогноз опасных и особо опасных ливней остается до настоящего времени трудноразрешимой задачей.До сих пор не имеется автоматизированного метода прогноза ливневых ^садков в градации особо опасных, с количеством >/ 50 ш за 12ч. К менее для- ЕТ СНГ.

Отсюда вытекает назревшее тргбование практики - разработать объективный метод прогноза особо опасных ливней с количеством >у 50мм за 12ч. и менее, оснозанный на механизме их образования и не зависящий ох физико-географических условий района.

Использование данных наблюдений МРЛ, имеющих большое пространственно«! разрешение и возможность получить измеренные пара метры конвекции, позволяет уточнить способы прогноза конвективных явлений, что будет способствовать уменьшению ущерба от них.

В третьей главе диссертации рассмотрены повторяемость выпадения ливневых осадков в градации особо опасных но ЕТ бывшего Союза и Кавказу в легкий период года в дневное время, а также условия их формирования.

Результаты исследований позволяют сделать вывод, что ливневые осадки с количеством ^ 50 мм за 12ч. и менее имеют наибольшую повторяемость в Крыму ( до шести раз за сезон май - сентябрь), в юго-восточной Украине, в Ставропольском и Краснодарском краях, центральных областях России и Литве ( до трех раз за сезон).

• Анализ синоптических ситуаций показал, что в умеренных широтах £Т СНГ чисто термическая конвекция редко приводит к обра-

зоеэнию мощных: конвективных облаков, из которых выпадают особо опасные ливневые осадки. Для их образования необходимо наличие динамического подъема воздуха при сочетании с термическими факторами, т.е. они связаны с фронтальными разделами (79.7%). В 7.4$ случаев ливневые осадки данной градации наблюдаются на периферии циклонов, в 12.9% случаев - или в малоградиентном поле давления на периферии антициклонов, преимущественно в юго-восточной области, или в малоградиентном поле дах :ения при наличии в нем горизонтальных градиентов температуры у поверхности земли и на поверхности 850гПа 1°С/100км и высокой влажности воздуха.

Следует отметить, что выпадение ливневых осадков в градации ^ 50 мм за 12ч. и менее связано в большинстве случаев с медленно перемещающимися и квазистационарными фронтами. При быстро движущихся фронтах при такой же большой интенсивности общая сумма осадков, как правило, не достигает данной градации вследствие того, что они распространяются на значительной площади.

Чаще всего (43.5%) ливневые осадки данной градации отмечаются в случаях волновых возлущений, перемещающихся вдоль мало-подвианых холодных фронтов. По-видимому, стихийные ливни в этих ■ случаях выпадают, когда конвективная ячейка оказывается в зоне малоподвижного мезоциклонического вихря на вершине волны. Усиливающиеся в нем восходящие движения препятствуют разрушению куче-во-дождевого облака лосл^.его максимального развития.

На холодных фронтах (27,2%) и фронтах окклюзии (14.7$, чаО

ще всего вблизи точки окклюзии, при выпадении особо опасных лив-,88 наблюдаются большие контрасты температуры на поверхности 850гПа наблюдается дивергенция воздушных масс в верхних слоях тропосферы, которая способствует развитию мощных кучево-докдевых

облаков.

Очень редко (1.2$) стихийные ливни образуются на теплых фронтах. В этих случаях теплый воздух стратифицирован влпжно-явустойчиво. Кучево-доздевыв облака замаскированы слоистыми. облаками. Циклоны при этом перемещаются с юга и юго-запада, когда в их теплых секторах выносится масса влажного тропического воздуха. При этом высотные течения также являются дивер-гирующими. Выпадение ливневых осадков данной градации происходит во вторую половику дня, ближе к вечеру.

Стихийные ливни, выпадающие на периферии циклона, наблюдаются под восточной или юго-восточной периферией высотного циклона, где господствуют слабые ветры южной четверти. В нижних олоях такие циклоны превращаются в малоградиентную область со слабым ветром. В малоградиентком поле могут обнаруживаться старые слабо выраженные приземные фронты, которые иногда проявляются лииь в конвергенции приземного ветра.

Из анализа карт погоды и расчета дивергенции горизонтальной скорости ветра на поверхностях 925,850,700,500,300,200 гГГа общепринятым способом видно, что для образования о'Ьобо опасны::, ливней характерна общая сходимость потоков в нижней тропосфере и расходимость в верхней тропосфере. Конвергенция скорости ветра при этом достигает значений от -0.1-10~5 до -2.5-Т0~5с~1, дивергенция от 0.1*10""^ до 2.5«10 .

Используя методы математической статистики для нижеперечисленных параметров были рассчитаны среднее, медиана, мзтематическое ожидание, дисперсия, среднеквадратическоб отклонение и экстремумы, для случаев с ливневыми осадками ^ 50 мм за 12ч. и менее для определенных синоптических ситуаций и независимо о? них.Расскатриваемые параметры :: горизонтальный градиент темпа-

ратуры на поверхности 850ríla (^59)« лапласиан приземного давления (йР3), вертикальные упорядоченные движения на поверхности 850гИа C2-b5q)> изменение ^850 за СУТКИ» предшествующие выпадению осадков ( д'Г g5p) барическая тенденция (дР/Зч.), максимальная температура (Ттек)* максимальная конвективная скорость восходящего потока массовая доля влаги у поверхности зем-

ли (£), средний дефицит вланности в слое 850-700 rila (ä g^Q ^qq) суммарный дефицит точки росы в слое 850-500 rila ^ ^1 50Ч~ ка росы у поверхности земли (Tgí3), высота верхней границы радиоэхо (Н^), произведение радиолокационных параметров

Как показали исследования при выпадении ливневых осадков с количеством ^-50 мм за 12л. и менее :

— горизонтальный градиент температуры на поверхности 850 гПа непоказателен и в 76.7^ случаев изменяется от 0.5*до 2°С/100 км. Среднее значение T^q составляет 1°С, IDO км при среднеквадрати-ческом отклонении 0.62°С/Ю0 км;

■— стихийные ливни, связанные с прохождением атмосферных фронтов, в 86.4$ случаев выпадают при лапласиане приземного давления ¿Pa^0t а в случаях волновых возмущений на малоподвижных холодных фронтахлРд^О в 55.2% случаев. При внутримассовых процессах лапласиан приземного давления с одинаковой вероятностью может быть как положительным, та:: и отрицательным;

— упорядоченные вертикальные движения в 78.7% случаев г$ 0гПа/12ч средняя величина t 850 составляет -27.5гПа/12ч при среднеквад-ратичеоком отклонения 55.5 г!1а/12ч.В 74.4$ случаев происходит усиление восходящих упорядоченных движений за сутки или они остаются без изменений (9»2fe);

о

— в 71.9$ случаев осадки данной градации сопровождаются падением давления, причем в 35.3% случаев из них при незначительном,

порядка (-O.I-г-0.5) rfla/Зч.;

— необходим прогрев воздуха у поверхности земли до температуры выше 15°С (97.4%). Очень редко {2.6%) осадки данной градации

о

выпадают при температуре выше 30 С. По всей вероятности, это связано с тем, что при повышении температуры у поверхности земли уменьшается относительная влажность, что влечет за собой значительное повышение уровня конденсации, а следовательно уменьшение вероятности выпадения осадков на поверхности земли. Т^^составляет 21.8°С при среднеквадрагическом отклонении 4.24*0;

— максимальная верхняя граница радиоэхо от облаков К^-II км (63.3$), произведение радиолокационных параметров Hm<^4>25 (100%);

— величина максимальной конвективной скорости \Jm 20 м/с в 100% случаев, в 63.5% случаев >25 м/с;

— необходимо высокое влагосодержание атмосферы, особенно в подоблачном слое. Так массовая доля влаги у поверхности земли в 78.2% случаев более Ю°/00*Точкя Р°сы У поверхности земли в 91.1$ случаев превышает I2°U и в 86% случаев находится в интервале (12-20)°С, Средний дефицит точки росы а слое 850-700 гПа в 88.4% случаев изменяется от 0° до б°С. 3 58.7% случаев 0°С §|§^120С.

Полученные результаты были использованы при разработке метода прогноза ливневых осадков рассматриваемой градации.

В четвертой главе диссертации рассмотрены условия формирования зон активной конвекции (ЗАК) и способ автоматизированного их расчета-на^екущий день по ЕТ СНГ.Под термином ЗАК в работе приняты зоны конвекции определенной интенсивности, т.е. такие, с которыми связаны грозы, град, иквал и ливневые осадки с ¿¿^ЗО мм за 12ч. и менее.

Также изложена методика отбора наиболее информативных пара-

метров-лредикторов для построения <*изико-статистической схемы прогноза ливневых осадков в градации * 50 ш за 12ч. и менее. Получены дискриминантные функции для прогноза осадков данной градации. Дано описание автоматизированного метода прогноза ливневых осадков в градации ^0 ым за 12ч. и менее на текущий день по БТ СНГ.

Для получения карты ЗАК параметры конвекции рассчитывались на ЭВМ по территории Сот 20° в.д. и 40° с.ш. до 50° в.д. и 65° с.ш.)по данным объективного анализа за ООч.(ГМТ) в узлах сетки (23x19 узловое шагом 350 км.Затем выявлялись зоны, удовлетворяющие критериям ЗАК.При расчете карты за критерии ЗАК в диссертации приняты : величина максимальной конвективной скорости восходящего потока 20 м/с и высота уровня конвекции Нв Ь- 8 км.Далее положение этих зон переносится по прогностическим траекториям воздушных масс на текущий день.На АЦПУ выдаются координаты ЗАК пс> указанной территории.

Приведены результаты сопоставления ЗАК, рассчитанных на ЭВМ в квазиоперативном режиме за летний период 1992г. ( май-август), с фактическими данными об ОЯ и 00Я и данными , полученными с комплексных радиолокационных карт.Для лроверки успешности прогноза ЗАК выбрана территория ДЧО и Приволжского УГМС, т.е. территория, по которой имелись достоверные фактические данные об интенсивных конвективных явлениях, полученные непосредственно с мест, и данные наблюдений МРЛ.Оценены 64 прогностические карты, составлено 4894 прогноза ЗАК ( за прогноз принят прогноз ЗАК в конечной точке траектории на 12ч. узла сетки). Общая оправдываеыость прогнозов ЗАК составила 99.2%, оправды-ваемость прогнозов с ЗАК 62.9$, их предупренденность 88.9$. Параметр ( Ц+ П )а составляет 151.8%.Оправдываемость и предуп-

режденкость прогнозов без ЗАК соответственно 99.8% и 99.3%. В случаях неоправдавшихся прогнозов на комплексных картах сети MPJI наблюдалась конвекция меньшей интенсивности, чем принята в методе.Критерий надежности Багрова - 0.6, Обухова - 0.48, Пирси-Обухова - 0.88. '

Расчеты параметров конвекции с помощью ЭВМ позволяют привлечь больший объем данных: аэрологических наблюдений, учесть пространственное изменение, что в конечном счете приводит к улучиению качества прогнозов интенсивных конвективных явлений.

Для прогноза ливней с количеством ^50 мм за 12ч. и менее на текущий день на ET СНГ в качестве статистического аппарата выбран линейный дискриыинантный анализ.Для оценки качества разделения классов использовались две характеристики : I) выборочное расстояние Махаланобиса и 2) предупрежденность и оправды-ваемость каждого из классов.

Отбор предикторов, определяющих выпадение стихийного ливня, производился из условий развития и механизма образования рассматриваемого явлегмя. Главной причиной образования стихийных ливней является вертикальная неустойчивость атмосферы, мерой интенсивности которой является величина максимальной конвективной скорости (ЭДпЬ Одними из основных факторов, определяющими количество осадков, является влажность у поверхности земли и степень увлажнения в среднем слое атмосферы Определяющим фактором развития данного явления также является конвергенция воздушных масс в нижнем слое атмосферы,которая мояет быть выражена вертикальными упорядоченными движениями на уровне 850 rfla или лапласианом приземного давления.

Параллельно был проведан отбор наиболее информативных параметров, характеризующих данное явление, путем ранжирования

параметров по коэффициенту точечно-бисериалъной корреляции ( Rg.^), который наиболее удобен для выявления связи между предикторами и двумя классами явлений, исключающими друг друга, ¿роые выбранных вишэ параметров рассматривались : индекс устойчивости Джорджа (Д-), сук-яраый дефицит точки росы в слое 850-500 rila, средний дефицит точки росы в слое 850-500 гПа, суточное изменение вертикальных упорядоченных движений на поверхности 850 гПа {¿Т g5Q), максимальная граница радиоэхо от облаков (lU), индекс интегральных сумм Миллера (TT), барическая тенденция Р/3), горизонтальный градиент температуры на поверхности 850 rIJa ( Ig5Q ), давление (Р3) и максимальная температура (Тток) У поверхности земли.Наиболее информативными параметрами оказались параметры, характеризующие термодинамическую неустойчивость атмосферы : максимальная конвективная скорость Wn {Riii = 0.684) и индекс устойчивости Джорджа (Rtl = 0.29)1 параметры, характеризующие влажность ; точка росы у поверхности земт Tä _ (Ä/,= 0.434) и влажность поднимающегося

3 ' 500 , 7

воздуха г a en (fita е - 0.274), ЦТ d {f?i£s = 0.27) и a g -

{°ln а - 0.258), а также лапласиан приземного давлениям Р3 {Rén и 0.¿83).

Выбор параметров для прогноза особо опасных ливней производился путем физического анализа с учетом значения коэффициента точечно-бисериалъной коррелящи. Отобраны :

Чг,

^ 8,7' ^ 850*

При выборе дискримйкантннх функций рассмотрено девять вариантов сочетаний из выбранных наиболее информативных предикторов по три, четыре, пять в группе.Рассмотрено 294 случая наблюдений за ливневыми осадками, из них 154 случая с осадками >>50ии

за 12ч. и менее , 55 случаев с осадками в градации 30-49 мм за 12ч. и менее и 85 случаев с осадками менее 30 мм за 12ч. и менее.

Согласно приведенным требованиям получены дискрикинантные функции для двух классов'явлений : ливневых осадков с количеством >^50 мм за 12ч. и менее и без них.

Прогноз стихийных ливней осуществляется по наибольшей функции.Выборочное расстояние Махаланобиса для полученных дискриминанта функций У = 186.2, Предупреждешюсть и оправдываемость для этих классов явлений, рассчитанные на зависимом материале,

Таким образом, вероятность возникновения ливневых осадков с количеством 5-50 мм за 12ч. и менее увеличивается при увеличении максимальной конвективной скорости , т.е. конвективной неустойчивости атмосферы, точки росы у поверхности земли, достаточной увлажненности поднимающегося воздуха, при увеличении положительного значения лапласиана приземного давления,т.е. усилении циклонической кривизны изобар, а значит при увеличении конвергенции воздушных потоков в нижнем слое тропосферы.

В результате проверки метода прогноза особо опасных ливней на независимом материале общая оправдываемость прогнозов составляет 89%, оправдываемость прогнозов со стихийным ливнем 82.2%, без него 97.3%. Предупрезденность соответственно 97.4% и 81.8%. Суммарный показатель (I/ +• П ), определяющий методическую значимость метода ( >- 130%)?длл прогнозов с явлением составляет

8,7

8,7

- 12 Л

(?)

Пя= 82.5%,иЯ=?8.Э%, Пб>я>=75.7%, [/ б,я,=?9.7%.

179.6%, без явления соответственно 179.1%. Критерии надежности : Обухова Ä = 0.767, Багрова - 0.782, Пиреи-Обухова - 0.792.

Представленный метод прогноза реализован в Росгидромет-центре на ЭВМ ¿C-I06Q, Исходной информацией для прогноза являются данные объективного анализ* за 00ч.(ГМТ) в узлах сетки (23x19 узлов)с шагом 150 ка : данные температуры и геопотенциала на всех основных изобарических поверхностях от 1000 до 100 гПа, данные точки росы на уровне 1000 гПа и дефицита точки росы, включая уровень 3J0 гПа, данные приземного давления, вертикальных упорядоченных движений на поверхности 850 гПа в узлах сетки с шагон 300 км по территории от 20°в.д. и 40°с.ш. до 50°в.д. и 65°с.ш. Составлена и реализована ва ЭВМ программа билинейной интерполяции данных вертикальных упорядоченных движений в узлы сетки с шагом 150 км и программа расчета лапласиана приземного давления в узлах сетки с шагом 150 км.

Автоматизированный метод прогноза ливней с количеством осадков 50 мм за 12ч. иг менее включает выполнение следующих операций :

1) Интерполяция данных вертикальных упорядоченных движений в узлы сетки с шагом 150 км ( 23x19 узлов ), которые затем используются в расчете максимальной температуры у поверхности земли.

2) Расчет лапласиана приземного давления и среднего дефицита гочки росы в слое 850-700 гПа в узлах сетки с шагом 150 км (23x19 узлов).

3) Интерполяция данных по высоте на уровни, необходимые для расчета параметров конвекции по выбранной модели.

4) Расчет по выбранной модели параметров конвекции.

5) Оценка условий для выпадения ливня данной градации по

дискриминантным функциям ( 6,7 ) в узлах сетки с шагом 150 км (23x19 узлов).

6) Расчет траекторий перемещения на текущий день ( на 12ч.) узлов указанной сетки.

Траектории перемещения строятся вперед по направлению перемещения воздушных масс с учетом перестройки поля геопотенциала с помощью определенного правила но данным объективного анализа и прогноза полей геопотенциала по псевдоадиабатической модели из банка данных "Прогноз" Росгидрометценгра.

7) Отбор узлов, в которых состояние атмосферы приводит к выпадению ливней с количеством 50 мм за 12ч.и менее, и координат траектории их перемещения ,га 12ч.

8) На АЦПУ выдаются координаты пунктов, в которых прогнозируются на текущий день ливни данной градации.

В результате проверки метода прогноза в квазиоперативном режиме на ЭВМ ЕС-1060 было составлено 1890 прогнозов по территории^? 30°в.Д. до 52° в.д. и от 44°с.и, до 60°с.ш.).0правды-ваемость прогнозов о явлением составила ?2$, предупреяденность - 94,7%, показатель ( К + П )я равен I66.7%. Оправдываемость прогнозов без явления составила 99.9/5, предупрзжденность - 99.6%, показатель (V + П )(5<я = 199.5$.Критерии надежности : Обухова 0-= 0.631, Багрова Н = П.816, Пирси-Обухова Т = 0.944.

Результаты испытаний метода прогноза ливневых осадков с количеством ^ 50 мм за 12ч. и менее на текущий день на независимом материале и в квазиоперативном режиме о учетом погрешности их измерения и вероятности их обнаружения указывают на надежность данного метода прогноза.

В пятой главе диссертации рассмотрены повторяемость выпадения града по Европейской "территории бывшего Союза и Кавказу,

ко«ши.л-с аэросвкоптических условий, благоприятствующих его выпадению, и усовершенствованный метод прогноза града с использованием данных наблюдений одного и сети МРЛ.

Наибольшая повторяемость выпадения града ( до 4 раз за сезон ) наблюдается на территории Закавказья, Кабардино-Балкарской и Северо-Осетинской республик, в Ставропольском и Краснодарском краях и в Ростовской области. Наименьшая повторяемость града отмечается на £Т СНГ севернее 56° е.ш..

Вьпадение града, как правило, связано с фронтальными разделами ( 78.2^ ). Наибольшая повторяемость отмечается на вершине волновых возмущений, перемещающихся вдоль малоподвижных холодных фронтов ( 26.1$ ) и фронтах окклюзии ( 21.8$ ).

При выпадении крупного града (диаметром Т см) горизонтальный градиент температуры на поверхности 850 гПа >, 1°С/100км ( 82.6%).

Для образования и выпадения града необходим прогрев воздуха у поверхности земли до 20°С а выше ( 89.7$ ), массовая доля влаги у поверхности земли более Ю°/00 ( 85.2^).

На первом этапе исследования была рассмотрена зависимость образования и выпадения града на поверхность земли ог температуры воздуха на верхней границе радиоэхо от облака (¿ в ) и высоты изотермы 0°С над поверхностью земли. Эти параметры заимствованы из метода прогноза гроз и града, опубликованного в Руководстве по прогнозированию метеорологических условий для авиации Разделяющая функция, рассчитанная на основе указанных выше параметров, имеет вид :

L = " 0.064¿B - I.06I н0 - 0.0064 ( 8 )

При ¿ ь о следует ожидать выпадение града на поверхнВсть зе.млк.Общая оправдываемое«, прогнозов по данной функции на за-

висимом материале оказалась равной 65.9%, оправдываемость прогнозов с градом 62.1%, без града - 70%, предупрежденность явле-.шя - 69.5%, без явления - 62.7%. Эти результаты свидетельствуют о том, что оправдываемость прогнозов града с использованием вышеуказанных параметров не достаточно высока.

Известно, ч,то размер градфпределяется величиной максимальной конвективной скорости Учитывая также то, что град - это меэометеорологичёское явление погоды, была предпринята попытка, для его прогноза использовать величину выраженную через

радиолокационные параметры облака. Как было показано выше ( формула 2 величина максимальной конвективной скорости может быть оценена по произведению радиолокационных параметров. Учитывая это, получены разделяющие функции, основанные на зависимости факта града от двух параметров : произведения радиолокационных параметров величины нулевой изотермы Н0, а таете от трех параметров : Н0. Разделяющие функции имеют следующий вид :

¿Iе- 1-619 Н0 + 0.158 0.6 ( 9 )

Ьги 0.039 ^ в - 1,877 Н0 + 0.147 И^^Г 0Л39 При и при следует ожидать выпадение града на

поверхность земли. Общая оправдываемость прогнозов на зависимом материале по функции ( 9 ) составляет 82.5%, по функции (10) -79.4%, оправдываемость прогнозов с градом соответственно 76.8% и 74.6%, без града - 89.5% и 84.7%>, предупрежденность прогнозов с явлением 89.8% и 84.7%, без явления - 73.9% и 74.6%.Так как по обеим приведенным функция» оправдываемость и предупрежденность прогнозов близки,для принятия окончательного решения о выборе лучшей зависимости для прогноза града на текущий день проведено испытание метода на независимом материале по двум разделяющим

функциям ( 9 и 10 ). Составлено 82 прогноза. Лучшим по итогам проверки оказался метод прогноза града на текущий день по разделяющей функции ( 9 ). Общая оправдываемость прогнозов при использовании этой функции составила 79.3%, что на 4,9% выше,чем по функции (10). Оправдываемость поогнозов о явлением 78.6$, предупрежденное!ъ - 80,5%, что соответственно на 7.9% и 4.2$ выше, чем по функции (10).Оправдываемость прогнозов без явления составляет 80/5, предупрежденность - 78$, что соответственно на 1% и 5.3$ выше, чем по функции (10). Параметр (Ц+ П)я= 159.1%, ( U + П)б я= 158:с. Критерии надежности : Багрова H = 0.586, Обухова а= 0.585, Пирси-Обухсва Т = 0.585.,

Таким образом, усовершенствованный метод прогноза выпадения града на поверхность земли составляется по произведению радиолокационных параметров H^fyZ^, являющемуся функцией максимальной скорости восходящего потока в облаке, и высоте изотермы 0°С над поверхностью земли, которая определяет размер растаявшего града. Вероятность выпадения града1, как следует из ( 9 ), растет с увеличением произведения радиолокационных параметров облака и с понижением высоты изотермы 0°С над поверхностью земли, что согласуется с физикой процесса градооо'разования.

В случаях прогноза града, когда в районе перемещающейся конвективной облачности горизонтальный градиент температуры на поверхности 850 гПа :>. 1°С/100км, дается прогноз выпадения на поверхность земли града, диаметром г- I си.

Эволюция конвективной облачности по данным MPI и параметре»! радиоэхо учитывается по правилам, изложенным в Руководстве по краткосрочным прогнозам погоди.

Порядок составления прогноза града на текущий день следующий: ' ■ - .

Ы1о данный стыкованной карты сети МРЛ за 00ч (ГМТ) по длине траектории воздушных масс, рассчитываемых общепринятым способом, определяется возможность прохождения облачной системы через пункт прогноза и ее параметры : Гй50, Н0.

2.Учитывается эволюция радиолокационных параметров радиоэха.

3.Составляется прогноз града по разделяющей функции : I = - 1.619 Н0 + 0.158 0.6

При 4 ^ 0 ожидается выпадеиие града на поверхность земли. При Г850 > 1°С/Ю0км ожидается град, диаметром I см и болзе.

Сравнение результатов испытания предложенного способа прогноза града с методой прогноза из Руководства по прогнозированию метеорологических условий для авиации показало более высокую его оправдываемость :

- по общей оправдываемости на 9.8%;

- по наличию явления на 8.6$;

- по отсутствию явления на 11%.

Повышение предупрежденное^ прогнозов по наличию явления на 12.3%, по отсутствию явления на 7.3/6 соответственно.

Метод передан на испытание в региональные Гидрометцентры России,

В заключении сформулированы основные результаты работы :

1. Выбрвна и уточнена модель конвекции. Достоверность модели подтверждена результатами сравнения рассчитанных по модели параметров конвекции с измеренными радиолокатором.

2. Составлена и реализована на ЭВМ программа расчета параметров конвекции по выбранной модели.

3. Исследована повторяемость осадков в градации ъ- 50 мм за 12ч. и менее и града по территории Европейской части бывшего

Союза и Кавказа.

Выявлены условия формирования ливней в градации ^50ш за 12ч. и менее.

5. Рассчитаны среднее, математическое 'ожидание, медиана, дисперсия, сред;.еквадратичесн;ое отклонение и экстремумы параметров, обусловливающих образование ливней в градации 50 мм за 12ч. и менее для определенных синоптических ситуаций.

6. Разработана методика расчета на ЭВМ карты возможного развития зон активной конвенции, сопровождающихся интенсивными конвективными явлениями, на текущий день по Европейской территории СНГ.

7. Впервые разработан автоматизированный метод прогноза ливней а градации > 50 мы за 12ч. и менее для Европейской территории СНГ на текущий день.

8. Усовершенствован метод прогноза града на текущий день с использованием данных метеорологических радиолокаторов.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1.Прогноз опасного и особо опасного града. Тезисы докладов Всесоюзного семинара по физике образования градовых процессов и

активном воздействиям на них. г. Нальчик, 1955г.( в соавторстве с Н.И.Глушковой).

2.Метод прогноза града и его размера по радиолокационным данным наблюдений. Тезисы докладов Всесоюзной конференции по авиационной метеорологии. Москва, 1986г.( в соавторстве с Н.И. Глушковой).

3.йсследованве условий, благоприятных для развития разрушительного смерча с сильными ливнями. Груды ГМЦ СССР, вып. 299, 1989г.(в соавторстве о Н.И.Глушковой).

Прогноз града к размеров градин по радиолокационным дан-

ным наблюдений. Труды ГМЦ СССР, вып. 299, 1989г. ( в соавторстве с Н.И. Глушковой).

5. Диагноз и прогноз интенсивной конвекции по радиолокационный данным наблюдений.«Тезисы докладов III Всесоюзной конференции по авиационной метеорологи» ( 15-17 мая, Суздаль ), Москва, 1990г. ( в соавторства о Н.И. Глушковой }.

6. Диагноз и прогноз интенсивной конвенции, сопровождаю-цейся градом. Труды ГМЦ, вып. 317, С - Петербург, Гидрометео-43дат, 1992г., с. 133-140.

7. Диагноз и прогноз интенсивной конвекции и связанных с ie» опасных конвективных явлений. Труды ГМЦ, вып. 326 ( в ссав-:орстве с Н.И. Глушковой), 1993г.

Сдана в печать в Груды ГМЦ :

8. Исследование условий образования и выпадения ливней в ■радации стихийных на ET CHT.