Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Влияние орографии на фронтальную облачность на Востоке Средней Азии

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Влияние орографии на фронтальную облачность на Востоке Средней Азии"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ

ОРДЕНА ЛЕНИНА ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ НАУЧКО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСЮЙ ЦЕНТР СССР

На правах рукописи УДК 551.576

БШШЛОВА Лилия Ремэиевна

ВЛИЯНИЕ ОРОГРАФИИ НА ФРОНТАЛЬНУЮ ОБЛАЧНОСТЬ НА ВОСТОКЕ СРЕДНЕЙ АЗИИ

Специальность 11.00.09 - Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в Среднеазиатском региональном научно-исследовательском гидрометеорологическом институте им. В.А.Бугаева и в Гидрометеорологическом научно-исследовательском центре СССР,

Научный руководитель - доктор географических наук

А.А.Васильев

Официальные оппоненты - доктор географических наук

К.Г,Абрамович

доктор географических наук Е.К.Семенов

Ведущая организация - Ташкентский Государственный

Университет км. В.И.Ленина

Защита диссертации состоится " 21" января 1952 г в 14 часов на заседании Специализированного Совета К 024.05.02 Ордена Ленина Гидрометеорологического научно-исследовательского центра СССР по адресу: 123376, Москва, ул. Большевистская, д. 9 -13, Гидрометцентр СССР.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Гидрометцентра СССР.

Автореферат разослан " " Декабря 199х г#

Ученый секретарь Специализированного Совета А.И. Страшная

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Анализ п прогноз облачности занимает центральное место как в прогнозах общего пользования, так и в авиационных прогнозах. Над горными районами прогноз облачности связан с рядом трудностей из-за деформации воздушного потока и сложной структуры вертикальных движений. • Эволюция фронтальной облачности в горных районах на востоке Средней Азии мало изучена. В. то же время в этом густонаселенном районе широко используется авиация, деятельность которой предъявляет высокие требования к прогнозу нижней облачности и высоты ее нижней границы (ВНГО).

Цель и задачи исследования» Целью данного исследоаа-ния является: изучение условий формирования облачности нижнего яруса (ОНЯ) и низкой облачности (НО) на востоке Средней Азии, особенно в Ферганской долине, окруяепной со всех сторон высокими горами; выяснение роли орографии местности в процессе фор?.тарования шшюй облачности; разработка метода прогноза перемещения холодных фронтов по Ферганской долина;

Научная новизна работы. Впервые для сложного орографического района, какш является Ферганская долина: I) исследован процесс прохождения холодных фронтов; ?.) рассмотрены условия формирования ОНЯ и НО; 3) разработан метод прогноза перемещения холодных фронтов в Ферганскую долнку;;4)дшш рокоЩдации к прогнозу низкой облачности а аэропортах Фергана, Наманган, Лндияан, Ош.

На защиту выносится:......

I) типизация перемещения холодных..Фронтов в Ферганскую долину

2) разработанный метод прогноза перемещения холодных фронтов в Ферганскую долину;

3) выявленные особенности формирования ОНЯ и НО в зависимости от тина перемещения фронта и под воздействием орографии местности.

Практическая ценность работы. По результатам производственных испытаний-решением Ученого совета САНИШИ от 28.02.90 (протокол № 4/593) метод прогноза перемещения меридиональных холодных фронтов в Ферганскую долину рекомендован к внедрению в оперативную практику ГМЦ Узгидромета, АМСГ Коканд, Наманган, Ош. Результаты исследования особенностей формирования ОНЯ и НО могут оказать существенную помощь прогнозистам при анализе и прогнозе облачности на востоке Средней Азии.

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на Всесоюзном совещании по горной метеорологии (Киев, 1985), на конференциях молодых ученых САШЕМИ (Ташкент,1986, 1937) и Гидрометцентра СССР (Москва, 1987,1988,1989), на семинаре в отделе авиационной метеорологии Гидрометцентра СССР (Москва, 1987), на объединенном метеорологическом семинаре САНИГМИ и ТашГУ (Ташкент,1987,1988). В целом работа докладывалась на семинаре по краткосрочным и среднесрочным прогнозам погоды Гидрометцентра СССР 25 января 1990г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Общий объем составляет 178 с. В работе имеется 18 рисунков и 23 таблицы. Список литературы включает 106 наименований, в том числе 16 иностранных.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано б статей, пять из которых выполнены в соавторство.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируется цель и задачи исследования, обосновывается актуальность темы диссертационной работы, приводится краткое содержание работы и излагаются основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе дана краткая физико-географическая характеристика восточной части территории Средней Азии и рассматриваются некоторые общие черты влияния орографии района на воздушные потоки и фронты.

Во второй главе рассматриваются синоптические условия появления ОНЯ и НО.

В первом параграфе анализируется вероятность появления ОНЯ и НО на наветренной стороне гор на подходе к Афганской долине в районах аэропортов Ташкент и Самарканд и в Ферганской долине при различных типах синоптических процессов (СП) Средней Азии. По данным ежедневных синоптических карт и ежечасной информации о погоде в аэропортах Ташкент, Самарканд, Ленинабад, Коканд, Наманган, Фергана, Андижан, Од за холодные полугодия (октябрь-март) 1970-1975 гг. изучался каждый случай СП. При этом особое внимание уделялось анализу фронтов и фронтальной облачности, в том числе - времени прохождения фронта и появления ОНЯ и НО.

Вероятность появления ОНЯ и НО зависит не только от типа синоптического процесса, но и от орографических условий конкретно взятого района. Для преобладающнго большинства типов синоп-

тическкх процессов вероятность появления НО в Ферганской долина, окруженной со всех сторон высокими горами, значительно меньше, чем в районе аэропортов Ташкент и Самарканд, расположенных на наветренной стороне гор. Наиболее благоприятные условия для формирования НО на востоке Средней Азии создаются при волновой деятельности на фронтах. Однако и при этом СП вероятность появления НО в Ферганской долине в два раза меньше, чем в районах аэропортов Ташкент и Самарканд. Б преобладающем большинстве случаев ПО на востоке Средней Азии наблюдается в зоне холодных фронтов и практически отсутствует в зоне теплых фронтов. Б Ферганской долине НО наблюдается за холодным фронтом.

Во втором параграфе рассматриваются особенности прохождения холодных фронтов по Ферганской долине к эволюция фронтальной нижней облачности. В Ферганскую долину холодные фронты либо проходят в сильно деформированном виде, либо задерживаются в предгорьях и затем отступают. Вероятность появления НО в Ферганской долине в значительной степени определяется характером вхоадеиия холодной воздушной массы в долину. Выявлено два типа перемещения холодного фронта по долине. При типе I основная масса холодного воздуха, не задерживаясь в предгорьях, быстро входит в долину, переваливая через горы. При этом создаются неблагоприятные условия для продолжительного существования ОНЯ и появления Ю. При типе II фронты задерживаются в предгорьях,и основная масса холодного воздуха медленно понизу затекает в долину через узкий Ленинабадский проход. В этом случае создаются благоприятные условия для формирования НО.

В третьем параграфе изложен разработанный метод

прогноза перемещения холодных фронтов по Ферганской долине. Для получения прогностических зависимостей в виде дискрими-нантных функций холоднке фронты, подошедшие к предгорьям в район Ташкента, были разделены на дпе группы: меридионально и широтно ориентированные (1® и ШФ).

В свою очередь в группе меридиональных фронтов были выделены три подгруппы:

- фронты, прошедшие в Ферганскую долину по типу I,

- фронты, прошедшие в Ферганскую долину по типу II,

- фронты, не прошедшие в Ферганскую долину. В группе 11® были выделены две подгруппы:

- фронты, прошедшие в Ферганскую долину по типу II,

- фронты, не прошедшие в Ферганскую долину.

В качестве возможных предикторов при дискриминантном анализе использовались следующие характеристики атмосферы, за 12 ч до прохождения фронта в Ферганскую долину; • - величины разностей приземного давления дР между предгоьями (Самарканд) и Ферганской долиной (Коканд);

- числа соленовдов ( Л^ ) , образованных пересечением изогипс и изотерм на АТдзд в зоне фронта и за ним на том участке фронта, перемещение которого ожидается в Ферганскую долину;

- разность температуры на АТгрдд и АТ^д между северной частью * территории (Аральское море) и южной ( в пунктах Тахта-Базар, Гассан-Кули, Тегеран), как показатели распространения холодного воздуха и, косвенно, положения высотной ложбины;

- на тех же двух уровнях индексы циркуляции (зональной, меридиональной, общей) по методу А.Л.Каца. Вычисления производились по интерполированным значениям геолотенциала в узлах сетки в

- в -

36 районах, на которые была поделена рассматриваемая территория.

Отбор наиболее информативных предикторов для последующих расчетов производился путем определения наиболее значимых по величине средних и дисперсий, разности средних е классах, а также;, сравнением двух выборок по значениям параметра Стьвденга, величине показателя разделимости Фишера и по физической логике.

В результате для указанных групп фронтов били получены зависимости в виде дискьиминантных функций.

Если к предгорьям на востоке Средней Азии ( в район аэропорта Ташкент) подходит меридионально ориентирований фронт, то возможность его прохождения'без задержки далее на восток в Ферганскую долину по типу I определяет прогностическая дис-кршинантная функция

% = 0.4 + 3.4 - 7.4 , (I)

где - число соленоидов на карте АТдзд в зоне того участ-

ка холодного фронта, прохождение которого в Ферганскую долину ожидается, ^ д(31) ~ ивдекс зональной циркуляции в 31 районе ( над востоком и юго-востоком Средней Азии) на АТздд.

При Д,- > О холодный фронт пройдет по типу I, при Д2 0 фронт задержится в предгорьях или пройдет до типу II. Успешность прогнозов на обучающей и экзаменуемой выборке составила 89 и 90% соответственно, надежность по Багрову равна О.Э.

Если Дт О, то вопрос,пройдет ли этот фронт в Фер-

ганскую долину по типу II решается с помощью уравнения

Д2 = 1.54дР + 0.64 ДТ?С0 - 0.48 дТ^д - 1.3 , (2)

где д Р = Рс - Рк - разность приземного давления в Самарканде и Кокавде, д Тудд = Тд^ м - тт ~ Разнос'гт' температур между станциями Аральское море и Тегеран на карте АТ-^дд ,

А ^500 = ^Ар.м. ~ ^Т.-Б. ~ разность температур между станциями Аральское море и Тахта-Базар соответственно на карте

ЛТ500*

При Д2 холодный фронт проходит а Ферганскую долину по типу II, при Д^О холодный фронт в долину не проходит.

Если к предгорьям на востоке Средней Азии подходит широтный фронт, то вопрос, пройдет ли он в Ферганскую долину по типу II, решается с помощью уравнения

Д3 = 2.13 ^ - 2.87 ЭдО,, + 0.26 ДР + 3.87 (3)

Здесь отрицательная величина индекса меридиональной циркуляции в 28 районе по данным карты ЛТ7оо ( У ^(28)^ означает заток холода в северо-западные районы Средней Азии.

При Д3 $>0 холодный фронт проходит в Ферганскую- долину по типу II, а при Дд-^О холодный фронт в долину не проходит. Оценка оправдываемости прогностических уравнений (2) и (3) на независимой выборке составила соответственно 79 и 81%. Для ускорения расчетов по уравнениям (I) - (3) построены номограммы.

В третьей главе изложены результаты исследования особенностей формирования ОНЯ и НО в различных орографических

- ю -

районах на востоке Средней Азии»

В первом параграфе рассматриваются особенности формирования ОНЯ и НО на наветренной стороне гор при про,движении холодного фронта от равнин (Бухара) к предгорьям (Самарканд). Цо ".ере повышения поверхности земли повышается и нижняя граница облаков по отношению к уровню моря. Однако высота поверхности земли увеличивается быстрее, чем нижняя граница облаков. Это приводит к уменьшению высоты нижней границы облаков. Для Самарканда и Бухары отношение превышения средней ВНГО ( д/) ) к превышению аэродромов ( дН) составило С = = - 0.48 ,что хорошо согласуется с данными, дн

полученными Н.В.Петренко, М.Я.Рацимором, М.В.Рубинштейном для аэропортов Внуково-Быково. На наветренной стороне гор . происходит не только уменьшение ВНГО, а также увеличение количества облачности. Ото связано с дополнительным облакооб-разованием за счет орографических восходящих движений. Общее количество часов с ОНЯ в Самарканде оказалось в 1.-45 раза больше, чем в Еухаре, а количество часов с НО - в 2.8 раза. В увеличении повторяемости НО в предгорьях на востоке Средней Азии немаловажную роль играет деформация воздушных потоков при холодных вторжениях под воздействием орографии, что нередко сопровождается подтоком влажного воздуха с Каспийского моря на южные а восточные предгорние районы.

Во втором параграфе исследуется особенность формирования ОНЯ и НО у входа в Ферганскую долину ( в районе аэропорта Ленинабад). Наличие небольшой горы Моголтау/ у входа в долину вносит определенный вклад в формирование ОНЯ в этом районе, в период вторжения холодной воздушной массы Ленинабад

оказывается на подветренной стороне горы и здесь из-за сильной турбулизированности воздушного потока формируется разорванная облачность (FrnS.Frst ), После окончания вторжения холодного воздуха при слабых восточных ветрах у .земли гора Мо- .. голтау способствует задержке холодного влажного воздуха и формированию 10-балльной низкой облачности,в отдельных случаях значительной продолжительности,в районе Ленинабада. Увеличение числа часов с нижней облачностью в Ленинабаде способствует и тот факт, что при задержке холодного фронта в предгорьях фронтальные ОНЯ нередко наблвдаются в районе Ленинабада, но не проходят дальше в Ферганскую долину.

В третьем параграфе исследуются условия формирована нижней облачности на подветренной стороне Кураминского хребта в районе аэропорта Кокацц, Здесь отмечается наименьшее количество часов с СНЯ и НО. Процесс размывания ОНЯ за Кураминским хребтом во многом напоминает процесс размывания облачности за горой Могодтау, Отличаются эти процессы масштабами орографических влияний в соответствии с размерами горных препятствий. В Ферганской долине фронтальные ОНЯ не перемещаются с запада на восток вместе с холодным фронтом, а восстанавливаются после . того, как вся долина заполнится холодным воздухом. При этом в районе аэропорта Коканд часто ОНЯ существуют короткое время или совсем не восстанавливаются,

В четвертом параграфе сопоставляются условия формирования ОНЯ и НО в северной (Наманган) и шной (Фергана) частях.долины. В восстановлении фронтальных ОНЯ и появления НО большую роль играет наличие небольшой южной или северной составляющей в общем западном потоке. При наличии южной сос-

тавляющей фронтальные ОНЯ сначала восстанавливаются в северной части долины, причем здесь резко уменьшается ВНП). При наличии северной составляющей - фронтальные ОНЯ сначала восстанавливаются в -южной части долины. Небольшие колебания в направлении потокое в течение вторжения приводят к резким изменениям ВНГО.

В пятом параграфе на примере соседних аэропортов Андижан и Ощ. (расстояние между ниг/ч около 45 км), расположенных в восточной части Ферганской долины, показаны существенные различия в формировании ОЩ и НО, обусловленные орографией местности. Резкое уменьшение повторяемости ОНЯ и НО в Андижане по сравнению с аэропортом Ош обусловлено разностью высот станций над уровнем моря (Андижан - 477м, Ош - 880м). Кроме того, после переваливания холодного воздуха через Курамянский хребет происходит деформация воздушного потока - появляются волнообразные движения. Андижан значительно чаще, чем Ош ока-злвается лод воздействием нисходящих потоков.

В шестом параграф проводится сопоставление уклонов гор, вычисленных в районе метеорологических станций Ферганской долины, с распределением средних многолетних суш осадков за холодное полугодие (октябрь-март) на этих же станциях. В центральных и западных районах уклоны таковы, что при любых направлениях ветра образуются орографические нисходящие потоки, размывающие ОШ. В этих же районах выпадает минимальное количество осадков (менее 100мм) .В: южной части долины величины уклонов гор больше, чем в северной. Однако в северной части осадков выпадает больше > (250~300мм), чем в шной (100-200мм)? что связано с преобладанием над этим районом юго-западных по-

токов в нижней тропосфере, обуславливающих, нисходящие движения в шной части долины и восхоплщие движения ~ в северной. С учетом этих данных проводится качественная, оценка роли орографических вертикальных движений воз,духа в формировании 0Ш1 в различных районах Ферганской долины.

В четвертой главе даны рекомендации к анализу и прогнозу ОНЯ и НО в Ферганской долине.

В первом параграфе обсуждается вопрос об изменчивости ВКГО. главным образом по литературным источникам.Указывается, что вследствие орографических особенностей изменчивость ВНГО в Ферганской долине достаточно велика.

Во втором параграфе приводятся результаты использования метода дискркминантного анализа для прогноза ВНГО, • хотя первоначально перед автором такая задача не ставилась. Для анализа данные, в зависимости от высоты облаков, были разделены на три масса. К первому классу отнесены случаи ОШ высотой 601-2000м, ко.второму - высотой 301~6СЮм, к третьему - высотой £ 300м. В качестве возможных предикторов использовались термогигрометрические характеристики воздуха у земли в момент образования той или иной градации облаков ("£=0), за 3, 6, 9, 12ч до их появления, а также изменения всех параметров за различные интервалы времени. Информативность предикторов определялась сравнением двух рядов во величине параметра Стьюдеята и по показателю разделимости Фишера.

Дискриминантнне функции, разделяющие ОШ на классы высотой 6С1-2000м и 301-600м,для аэропортов Наманган,Фергана, Андижан, Ош показали, что общая оправдываемость прогнозов

составила лишь 70-76$. Это,по-видимому, является следствием отсутствия данных наблюдений на уровне формирования облаков. Особенно ото относится к облакам высотой 301-600м.

Несколько лучшие результаты оказались при прогнозировании НО высотой 300м. Прогноз НО с заблаговременностью 3 - 6 ч в районе аэропортов Наманган, Фергана, Андижан, Ош составляется с помощью соответствующих дискриминантных уравнений

Д4 » 1,2Щ - 0Л0Д12 + 0Л0д1%_12 + О.ЗбД^ + 3.26 (4) Д5 = 1.52%- 2.56ЛИ6_12 - 0.46ДД6_12 + 0.17Т0-2.38 (5) % = 0.67% +0.34ДТ6_Э + 0.25АР3_б+ 0.16ДТ0_д-0.95 (6) Д, = 1.75 0.21 Д_9 - 4.3 (7) (7)^

где Д0, Д_£, Д_9 , Д_12 - значения дефицита точки росы у земли соответственно в момент появления и за 6, 9 , 12 ч до появления НО; Т0 - температура воздуха в момент появления НО; дД, ДТ,

дй, дР - соответственно изменения дефицита точки росы, температуры, относительной влажности и давления за определенные промежутки времени до появления НО. '

Хотя оправдываемость прогонозов НО, составленных с помощью уравнений (4) -(7), достаточно высокая (около 90$), они;,имеют тог недостаток, что в них входят параметры атмосферы (Д^ Тд) /которые необходимо прогнозировать. В связи с этим в третьем параграфе дополнительно изложены конкретные рекомендации по использования результатов исследования условий появления СЕЧ и НО в Ферганской долине в практической работе.

В заключении сформулированы основный полученные в работе результаты и выводи.

1. Впервые рассмотрен процесс прохождения холодных фронтов и формирования фронтальной облачности в таком сложном орографическом районе как Ферганская долина и ее окружение.

2. Выявлены два тина прохождения холодных Фронтов в зависимости от характера их перемещения в Ферганскую долину. С учетом циркуляционных особенностей, списанных с поыощыо ряда дополнительных характеристик, разработан метод перемещения холодных фронтов по Ферганской долине.'

3. В формировэдик ОНЯ и НО, наряду с термогигромекричес-кш.ш характеристиками воздушных масс, большое значение имеют скорости и направления потоков па различных высотах, размеры

к ориентация горных хребтов по отношению к потокам. Небольшие колебания направления и скорости потоков приводят к резкому увеличению облачности и уменьшению ВНГО в одной части Ферганской долины и увеличению ила размыванию облачности в другой части.

4. Процесс формирования облачности за горой Моголтау в районе аэропорта Ленинабад имеет много общих черт с процессом формирования облачности за Курашнским хребтом в районе аэропорта Коканд. Отличие заключается в масштабах орографических влияний в соответствии с размерами горных хребтов.

5. Сделана попытка построения зависимостей для прогноза ВНГО. Общие оценки результатов расчетов доказали, что для успешного и|?гнозироЕания ВНГО в Ферганской долине необходима информация о направлении и скорости ветра на различных высотах

в нижнем двухкилометровом слое. Эти данные позволили бы оценить знак и величину оро!%фичеоких вертикальных движений, оказывающих большое влияние на процесс образования и размывания облачности.

В приложениях приводятся:даты прохождения холодных фронтов в Ферганскую долину по типу I , по типу II и наличие ОНЯ и НО в избранных аэропортах на востоке Средней Азии (Приложение I); параметры атмосферы для получения уравнений для прогноза перемещения холодных фронтов по Ферганской долине ( Приложение 2); уклоны гор на станциях Ферганской долины ( Приложение 3); Акт о внедрении метода прогноза перемещения меридиональных холодных фронтов в Ферганскую долину.

Основные результаты диссертации изложены в статьях

1. Особенности эволюции облачности под влиянием орографии на востоке Средней Азии./Билялов Р.Б., Билялова Л.Р., Юддаыева И.А. // Тезисы докладов Всесоюзного совещания по горной метеорологии, 19-21 ноября 1985г. - Киев, 1985. -с. 26 -27.

2. Билялов Р.Б., Билялова Л.Р., Юлдашева И.А. Синоптические условия появления низкой облачности в районе аэропортов Ташкент и Самарканд // Тр.САНЩ. - IS86. - Вып.126(207). -с, 51 - 60.

3. Билялова Л.Р., Юйдашева И.А. Влияние орографии на распределение нижней облачности в Ферганской долине // 1р. Гидрометцентра СССР. - 1989. - Вып. 305. - с. 149-156.

4. Билялова Л.Р. О двух типах прохождения холодных фронтов- по Ферганской долине // Тр. Гидрометцентра СССР. - 1990.

Вып. 308. - с. 91 - 100.

5. Билялова Л.Р. Особенности прохождения и прогноз холодных фронтов на востоке Средней Азии // Тр. Гидрометцентра СССР. - 1990. - Вып.315. - с. 21 -31.

6. Билялова Л.Р. О некоторых особенностях формирования низкой облачности в Ферганской долине // Тр. СЛНИШИ. 1990. - Вып. 110(191). - с. 31.- 40..

7. Билялова Л.Р., Юлдашева И.А. Прогноз перемещения холодных фронтов и появления низкой облачности в Ферганской долине // Тр. САНЖМИ. - I9S0. - Вып. 110(191). -

с. 25 - 30.

8. Билялов Р.Б., Билялова Л.Р., Юлдашева И.А. Синоптические условия появления низкой облачности в Ферганской долине // Тр. САНИШИ. - 1990. - Вып. 110(191). - с.18 -24.