Калинин Н.А., Толмачёва Н.И. Космические методы исследований в метеорологии

Подождите немного. Документ загружается.

от фронтальной полосы, то процесс циклогенеза локализуется и зату-

хает.

Облачность местных циклонов. Эти циклоны возникают под

непосредственным влиянием температурного режима подстилающей

поверхности над участками, нагретыми больше, чем окружающая ме-

стность. Зимой — это открытые моря, летом — перегретые участки

суши. Местные циклоны являются размытыми и неглубокими бари-

ческими образованиями, фронтальные разделы в них отсутствуют,

таких циклонах развивается конвективная облачность, иногда в виде

неболь

тилающей поверхности. Если антициклон формируется в

холодн

яд. Ко-

гда ан

ак как они развиваются внутри одной и той же воздушной массы. В

ших вихрей. Местный циклон малоподвижен, но может начать

движение, если станет термически асимметричным за счет втягива-

ния в циркуляцию более холодного или более теплого воздуха из

смежных барических систем. В последнем случае облачный покров

циклона меняется, в нем образуются облачные полосы, выбросы пе-

ристых облаков и формируется облачный вихрь. При адвекции теп-

лой в сяоздушной массы в облачном поле появляют слоистообразные

облака, а при адвекции холода активизируется конвекция.

5.5.3. Облачность антициклонов

Определяющими факторами для образования облачности яв-

ляются структура барического образования, свойства воздушной мас-

сы и вид подс

ой воздушной массе, то облачность зависит в основном от

свойств подстилающей поверхности. Зимой над континентом безоб-

лачно, над теплой поверхностью океана или теплой сушей (летом) раз-

вивается облачность в виде открытых конвективных ячеек и гр

тициклон формируется в теплой воздушной массе и различие в

температуре воздуха и подстилающей поверхности незначительно, то

погода в его области в основном малооблачная. Если же разница в

температуре воздуха и подстилающей поверхности значительна, то в

области теплого антициклона наблюдаются обширные массивы слои-

стообразных облаков, туманы или закрытые конвективные ячейки,

причем в центре антициклона эти ячейки будут иметь наименьшие раз-

меры и более правильную форму. Количество облаков увеличивается в

передней части перемещающихся антициклонов. Более развитым по

вертикали антициклонам соответствуют безоблачные участки на кос-

мических снимках. Антициклонам с относительно невысоким давле-

202

нием в центре (1020–1025 гПа) соответствуют мало облачные районы,

в отличие от антициклонов с более высоким давлением в центре.

5.5.4. Оценка эволюции и перемещения облачных образований

Основной задачей синоптического анализа космических изо-

бражений облачности является изучение причин появление облаков в

исследуемом районе и отыскание признаков в структуре облачности,

указыв

ачных систем, отражающих круп-

номас

х образовании (раз-

меры,

я образовалась внутри

воздуш

о процесса (кучевые облака, слоистые облака,

туманы

е и исследование облачности, которая не свя-

зана с

ывающие на тенденцию дальнейшего развития.

чные образования тес-

но свя ого

поля п

ция, строение облачной системы, но в це-

лом он

возникновению облачной системы. Облачность на

космич

б изменений, которые уже наметились в предше-

ствующ

ающих на тенденцию в развитии атмосферных процессов.

Анализ космического изображения облачности целесообразно

начинать с облачных образований крупного масштаба, а затем перехо-

дить к деталям облачного поля. Его следует выполнять по этапам:

– опознавание основных обл

штабные движения воздуха (облачные полосы, облачные вихри);

– изучение структуры генеральных облачны

характер поверхности, четкость границ, сплоченность);

– дешифрирование облачности, котора

ных масс и непосредственно не связана с динамикой гене-

рального синоптическог

);

– дешифрировани

основными барическими системами и не является внутримассо-

вой, это могут быть индикаторы вновь зарождающихся процессов или

признаки, указ

Оценка эволюции облачного поля. Обла

заны с барическим полем атмосферы. Изменение барическ

риводит к эволюции облачных систем. При этом изменяются

форма, размеры, конфигура

а сохраняется, пока существует барическое образование, кото-

рое способствовало

еских изображениях появляется раньше, а исчезает позже, чем

бнаруживается или исчезает на синоптических картах барическое

бразование, с которым она связана. Для распознавания признаков, ко-

орые могут быть использованы для анализа и прогноза эволюции об-

ачного поля обычно используют метод формальной экстраполяции,

.е. экстраполяцию наблюдаемого в данный момент облачного поля на

удущее, с учетом тех

ем облачном поле. Этот метод дает хорошие результаты, если

меются сведения о временной изменчивости прогнозируемого объек-

а, которая находится в тесной связи с горизонтальными размерами

блачных образований в атмосфере. Метод формальной экстраполяции

203

я случаи кажущегося не-

соответ

пла в термическом гребне;

фронтальной об-

лачно

тянутых в направлении воздуш-

ного

вание вблизи нее облачности струйного течения, которая в начальный

ожет использоваться как для прогноза всего облачного поля, так и

ля прогноза его отдельных фрагментов.

Признаки формирования, эволюции и перемещения облачной

олосы атмосферного фронта.

Встречаютс

ствия облачных полей и фронтальных разделов на космических

зображениях и на приземных и высотных картах погоды. Это обу-

ловлено следующими причинами:

– не каждый атмосферный фронт сопровождается классической

блачной системой (меняется активность фронта);

– облачность является более консервативной субстанцией, чем

ермобарическое поле, и меняется медленнее;

– облачность образуется раньше, чем фронт сформируется в

ермобарическом поле.

Известны и типичные ситуации, в которых чаще всего наблю-

дается несоответствие:

– размывающиеся южные участки холодных фронтов при ак-

ивном глубоком вторжении холодных воздушных масс в южные рай-

ны Европы;

– адвекция те

– холодные фронты небольшой вертикальной мощности;

– холодные ложбины в тылу циклонов, смещающихся по северу

Европы с запада на восток;

– южные циклоны, выходящие в умеренные широты с Балкан

или Черного моря.

В связи с этим полный ответ на вопросы формирования и эво-

люции атмосферных фронтов может быть найден только на основе

комплексного анализа последовательных снимков

сти и соответствующих аэросиноптических материалов. К тому

же прямой связи между облачностью фронта и его основными пара-

метрами — горизонтальным контрастом температуры и сдвигом вет-

ра — не установлено.

Первоначальным признаком формирования фронтальной об-

лачной системы служит появление над неплотными и не организо-

ванными в полосу кучевообразными и слоистообразными облаками

тонкой пелены перистых облаков, вы

потока. Дальнейшее уплотнение перистой облачности и появле-

ние струйного течения (на что указывает четкий, резко очерченный

край облачности со стороны холодного воздуха) подтверждают про-

цесс образования облачной полосы фронта.

Признаком активизации облачной полосы является формиро-

204

момент может наблюдаться в виде отдельных тонких полос перистой

облачности или облачной полосы с четко выраженной границей со

сторон оса также ак-

тивизируется, если с ее теплой стороны поступает влажный теплый

воздух образуя массив перистообразной облачности в виде «факела»

или «купола». В таких случаях следует считать, что фронт достиг

своей максимальной интенсивности и в последующие сутки начнет

деградировать. Если на облачной полосе теплого фронта появляется

или усиливается антициклоническое искривление в сторону холодной

воздушной массы с расширением облачной зоны, то это также явля-

ется признаком обострения фронта. Признаком обострения холодного

фронта является циклонический изгиб его облачной полосы в сторону

теплого воздуха.

Активизация холодного фронта способствует образованию в

тылу циклона вторичного облачного вихря из кучево-дождевой облач-

ности и его перемещению в сторону фронта со скоростью, превы-

шающей фронтальную. Холодный фронт размывается, если в основной

облачной массе формируются отдельные полосы облаков и просветы;

зате ия

фронта о о транс-

формация облачной си ее.

ными

блаков в виде выбросов по потоку от

основн

ы холодного воздуха. Фронтальная облачная пол

м облачная зона сужается, особенно на периферии. Эволюц

кклюзии аналогична эволюции холодного фронта, н

стемы происходит медленн

Облачные полосы перемещаются в направлении нормали, про-

веденной из центра безоблачной зоны в тылу циклона к фронтальным

облачным спиралям. Чем больше кривизна фронтальной облачной по-

лосы и лучше выражено прояснение за фронтом, тем больше скорость

перемещения фронта. Аморфные границы облачных полос соответст-

вуют малоподвижным фронтам. Холодный фронт становится мало-

подвижным, если его облачная полоса вытягивается меридионально и

приобретает квазипрямолинейность.

Признаки циклогенеза. Циклогенез сопровождается определен

вертикальными движениями воздуха и в первую очередь прояв-

ляется в появлении перистых о

ого облачного массива. Известны пять основных облачных

структур, которые являются не только предвестниками большинства

циклонов умеренных широт, но и признаками активного развития (ре-

генерации) уже существующих:

– облачная шапка фронтальной волны (рис. 5.3);

205

ХВМ

ТВМ

Центр циклона

Струйное

течение

Рис. 5.3. Облачная шапка фронтальной волны: ХВМ — холодные

воздушные массы, ТВМ — теплые воздушные массы,

Ci — перистая облачность

– шапка — «щит» перистых облаков с резко очерченным, вы-

пуклым к северу краем. Такого вида облака могут образоваться в зоне

фронта с развитой облачной системой, у точки окклюзии, в облачной

зоне ныряющих циклонов, в зоне облачного образования средиземно-

морских и южных циклонов Европы (рис. 5.4);

– шапка — «веер» перистых облаков на северном конце гряды

облаков холодного фронта (иногда имеет форму «молота»);

– массив развивающихся кучевых и кучево-дождевых облаков;

– вторичный облачный вихрь за холодным фронтом в системе

глубокого обширного циклона.

В четырех из перечисленных случаев об активности процесса

циклогенеза можно судить по интенсивности выбросов перистых об-

лаков (адвекция теплого воздуха) и по наличию в облачном массиве

прогиба в сторону теплого воздух свидетельствующего о холодной

адвекции, приводящей к увеличению температурных контрастов в зоне

цик

ю-

щегося циклон обязательных

услови

а,

логенеза.

Образование частного циклона у точки окклюзии заполня

а происходит при аличии следующих н

й:

206

СТ

ВМ

СТ

ВМ

ТВМ

СТ

Рис. 5.4. Шапка перистой облачности в различных синоптических

ситуациях: ХВМ — холодные воздушные массы, ТВМ — теплые

воздушные массы, CТ — струйное течение

– голова облачного вихря имеет серый или темно-серый тон

изображения в отличие от ярко-белых полос облачности холодного

фронта и струйного течения;

– четко выражена облачность струйного течения;

– со стороны теплого фронта вблизи точки окклюзии наблю-

даются выбросы перистой облачности;

207

– на облачной полосе холодного фронта у точки окклюзии от-

мечается заметный прогиб в сторону теплого воздуха.

, являются:

а с теплым фронтом, то это явля-

ется п

онтальных облачных полос. Закру-

чиван

нка направления перемещения циклона осуществляется по

косми

в направлении

выброс в перистых облаков, образующихся над циклоном;

й по

форме логарифмическую или гиперболическую спираль) переме-

щается

остается малоподвижным.

Эволюция и перемещение циклонических образований. Ос-

новными признаками развития циклона, когда на снимках просле-

живается облачная полоса холодного фронта

– расширение облачной полосы;

– уплотнение облачности фронтальной полосы;

– появление антициклонического изгиба облачной полосы в

сторону холодного воздуха;

– возникновение мезомасштабных облачных полос вдоль анти-

циклонически изогнутой границы основного облачного массива.

Если на космическом изображении наблюдаются две облачные

полосы, основная из которых связан

ризнаком дальнейшего углубления циклона.

Циклоны, имеющие вихри из одной облачной спирали, свя-

занной с фронтом окклюзии и холодным фронтом, заполняются. Для

таких циклонов характерны симметричность облачного вихря, появ-

ление облачных спиралей вторичных холодных фронтов, изоляция

облачного вихря от основных фр

ие облачной спирали сопровождается уменьшением количества

перистообразных облаков и изменением тона их изображения от яр-

ко-белого к серому.

Оце

ческим снимкам полей облачности, имеющих спиралевидную

структуру, с помощью следующих правил:

– над равнинной местностью и океанической поверхностью

волновое возмущение и молодой циклон перемещаются

– циклон с развитой облачной спиралью (напоминающе

вдоль вектора, соединяющего центр сравнительно безоблачной

зоны с центральной частью массива наиболее яркой облачности в пре-

делах облачной спирали,

– циклон, облачный вихрь которого имеет форму архимедовой

спирали, перемещается по потоку на уровне поверхности 500 гПа, за

исключением когда вихрь совпадает с областью пониженного геопо-

тенциала на этой поверхности и

Если при рассмотрении двух соседних по времени снимков ус-

тановлено, что кривизна облачной спирали увеличивается, то при про-

гнозе скорости движения циклона на 12 и 24 ч ее следует уменьшить.

208

Чем быстрее увеличивается кривизна, тем медленнее будет двигаться

циклон.

Ныряющие циклоны перемещаются в направлении выбросов

перистых облаков, гряд кучевообразной облачности в их тылу или в

направлении основной облачной массы вихря.

Южные циклоны выходят в умеренные широты, если в их об-

лачно стых облаков в севе-

ро-вос и, вихревое движение, облачность холодного

фронт

холод стаются малоподвижными, если

их об

ский, связанный с вторжением холода, яв-

ляется рофиля облачной полосы. Выпуклый в сторону хо-

лода к тся прямолинейным, а затем про-

гибает

цию т

ронтальное скопление

кучево-дождевой и перистой облачности без вихревого движения,

предшествуе

Одной из самых ранних форм применения спутниковой инфор-

мации

м поле четко сформированы выбросы пери

точном направлени

а, струйное течение над фронтом, кучевообразные облака в тылу

ного фронта. Южные циклоны о

лачный массив состоит из хаотического скопления кучево-

дождевых облаков, прикрытых пленкой перистых, а выбросов и

струйного течения не наблюдается.

Перестройка атмосферных процессов. Основным признаком

смены циклонического характера погоды с выносом теплых воздуш-

ных масс на антициклониче

изменение п

рай облачной полосы станови

ся в обратном направлении.

О смене адвекции холодного воздуха в тылу циклона на адвек

епла говорит появление в облачной полосе меридионально рас-

положенного холодного фронта — искривления, похожего на «сту-

пеньку».

Образование активной зоны повышенной конвекции без при-

знаков циклогенеза, которой соответствует неф

т ухудшению погодных условий.

5.6. ОБЛАЧНЫЕ СИСТЕМЫ ТРОПИЧЕСКОЙ ЗОНЫ

было наблюдение и прослеживание возмущений в тропиках. В

тропической зоне, занимающей почти половину земного шара, проте-

кают сложные атмосферные процессы. Они недостаточно изучены, так

как на огромных океанических просторах и малонаселенных областях

континентов в этой части планеты отсутствуют систематические ме-

теорологические наблюдения.

Метеорологическое обслуживание воздушных и морских трасс,

проходящих через низкие широты, а также прогнозы погоды большой

заблаговременности требуют знания процессов и в тропической зоне.

209

Эта зона представляет особый интерес из-за тропических циклонов,

возникающих и развивающихся в ней.

Анализ спутниковых снимков показал большое разнообразие

структурных форм облачности тропических циклонов. Структура их

облачн

ем конкретных условий атмосферных процессов;

тегории. Чем выше категория, тем больше размер и степень

упоряд

тропических циклонов

о-

нов.

ка с

26 по

овыми ветрами (более 17 м/с), возникший в тропических широ-

тах. П

стадий с малыми скоростями ветра (возму-

ых систем определяется, по крайней мере, пятью факторами:

– стадией развития;

– характером подстилающей поверхности;

– широтой места;

– своеобрази

– интенсивностью циркуляции.

Классический вид облачной системы зрелого тропического ци-

клона над водной поверхностью представляет собой компактный об-

лачный массив диаметром 500–700 км с рядом спиралей, видимых

сквозь покров перистых облаков, сходящихся в центре циркуляции,

где расположен глаз бури. За параметры облачной системы тропиче-

ских циклонов принимают:

– глаз бури;

– полосы перистых облаков;

– полосы кучево-дождевых облаков;

– разрывы и их ориентацию в центральном сплошном массиве.

В качестве дополнительных характеристик привлекается форма

окружности центрального облачного массива, степень неровности его

краев и др. Исходя из этих параметров тропические циклоны разделе-

ны на 4 ка

оченности облачного массива циклона.

5.6.1. Обнаружение

Наблюдения метеорологических спутников имеют большое

значение для обнаружения и прогноза эволюции тропических цикл

Известный ураган Флора, который вызвал значительные раз-

рушения на Кубе в октябре 1963 г., удалось проследить со спутни

30 сентября, а наземными наблюдениями он был обнаружен

только 30 сентября. Образование и развитие тропических циклонов

происходит часто вдалеке от островов, авиационных и морских трасс,

где редка сеть метеорологических станций.

Тропическим циклоном (ТЦ) называется атмосферный вихрь со

шторм

од эволюцией тропического циклона будем понимать прохожде-

ние атмосферным вихрем

210

щение

ключительной ста-

дии —

иковой информации сведения о тропических

цикло

м факт их существования.

Структура и эволюция этих опасных явлений представлялись лишь в

общих чертах.

етеорологические спутники, сканируя вихревую систему об-

лаков,

ми спутниками серии «Космос» впервые были

заснят

нием тропического

цикло о и

опреде й работы

исполь

ческих

золированным, круговой фор-

мы сп

о пространственная ось ТЦ квазивертикальна и

центр

тром. Эта особенность ТЦ позволяет достаточно точно опре-

делять его це

При о а ТЦ выделяют три пози-

ции:

1) разл жение центра вихря определяется

координатам

, депрессия), стадий с разрушительной скоростью ветра — соб-

ственно тропический циклон (шторм, ураган) и за

разрушения, когда скорость ветра вновь снижается до значений

менее 17 м/с.

До появления спутн

нах были неполными. Неизвестными оставались не только тра-

ектории тропических циклонов, но и са

дают возможность обнаруживать существование каждого тро-

пического циклона, находить место его возникновения, прослеживать

детально путь циклона вплоть до его разрушения. Первый тропиче-

ский циклон, который был обнаружен по спутниковым снимкам, —

это ураган Атлантического океана Эстер (в сентябре 1961 г., спутник

«Тайрос»). Советски

ы тайфуны Кора и Алиса (31 августа 1966 г).

Тропические циклоны обнаруживаются на снимках по ряду

признаков в структуре облачности. Под обнаруже

на понимается не только установление факта его наличия, н

ление координат его центра. В практике оперативно

зуется большое количество признаков для опознавания тропи-

циклонов. Отметим главный из них — структуру облачного

массива:

– возникающие тропические циклоны характеризуются изоли-

рованным сплошным облачным массивом с некоторыми слабыми ука-

заниями на вихревую структуру;

– развитые ТЦ характеризуются и

лошным облачным массивом, напоминающим диск со спираль-

ными ответвлениями по краям. В центре его часто виден глаз бури.

Местоположение центра и траектория ТЦ (которая строится не

менее 1 раза в сутки) относятся к его основным характеристикам, по-

этому очень важно точно определить координаты центра циклона.

Известно, чт

вихревой структуры его облачной системы совпадает с призем-

ным цен

нтр по фокусу облачного вихря.

пределении положения центр

ичается глаз бури. Поло

и глаза бури;

211