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

Подождите немного. Документ загружается.

только намечающийся в циклоническом искривлении облачной поло-

сы или разрушающийся). Степень организации облачного вихря опре-

деляет

ре однородные группы, связанные с циклонами в

различ

та-

ких фр

нно из слоистообразных облаков. Кучево-

ся стадией окклюдирования циклона.

Тон изображения фронта окклюзии может быть от ярко белого

(в стадии максимального развития) до серого (в стадии заполнения).

В большом многообразии облачных полос фронтов окклюзии

можно выделить четы

ной стадии окклюдирования:

1. К фронтальным облачным полосам, связанным с глубокими

окклюдирующимися циклонами, относятся облачные полосы неболь-

шой протяженности (800–1700 м) и шириной 200–450 км. Ширина

онтальных облачных полос при удалении от центра вихря меня-

ется мало. В одних случаях образование вихря на конце облачной по-

лосы лишь намечается, в других — облачные полосы заканчиваются

хорошо выраженными вихрями небольших размеров (примерно 5×5°).

Облачные вихри располагаются в тылу приземного циклона в области

холода на картах

500

1000

ОТ

2. С холодными высокими циклонами связаны облачные вихри

больших размеров (10×10°). В отличие от описанных выше облачных

полос фронтов окклюзии, углубляющихся термически асимметричных

циклонов, пересекающих изобары приземного и изогипсы высотного

барических полей под прямым углом, облачные полосы этих цикло-

нов, огибая их центральную часть, располагаются параллельно пото-

кам. Облачные полосы огибают центр циклона с восточной и северо-

восточной или, при аномальном положении теплого сектора, с северо-

западной и западной стороны.

Центр высотного циклона (АТ

500

) почти совпадает с центром

приземного.

Облачные полосы, огибающие центр циклона с восточной и се-

веро-восточной стороны, состоят главным образом из кучево-

дождевых облаков. Протяженность облачных полос, образующих

вихрь, составляет 1000–1500 км, их ширина (около 200 км) по мере

удаления от центра вихря остается неизменной. Вертикальные восхо-

дящие движения в зоне этих фронтов небольшие (45, 41, 21 гПа/ч со-

ответственно на уровнях 850, 700 и 500 гПа). В зоне этих облачных

полос наблюдаются ливни, иногда грозы.

Облачные полосы, соответствующие циклонам с аномально

расположенным теплым сектором (в северной или северо-восточной

части циклона), отличаются большей протяженностью (до 2500 км),

состоят преимуществе

262

дожде

ложении теплого сектора (115, 100 и 41 гПа/12 ч на высотах

850, 700 и 500 гПа).

«отсечения голо м, являющийся

при определенных условиях предвестником образования частного ци-

клона

ости

систем

тон изображения. В месте от-

чается значи-

тельно

щиеся большими скоростями упорядоченных восходящих движе-

ний, н

вые облака в них, как правило, прикрыты перистой облачно-

стью.

В зоне этих облачных полос наблюдаются смешанные осадки

(обложные и ливневые), скорости упорядоченных восходящих движе-

ний воздушных масс в 2–2,5 раза больше, чем при нормальном (обыч-

ном) распо

3. При описании фронтов окклюзии нельзя не отметить процесс

вы» облачного вихря струйным течение

у точки окклюзии, на периферии заполняющегося циклона.

Сама по себе облачная полоса фронта окклюзии имеет неболь-

шую протяженность (500–600 км) и ширину (200–250 км), заканчива-

ется облачным вихрем серого тона изображения, связанного с запол-

няющимся циклоном, центры которого у земли и на высотах совпада-

ют. Облачность струйного течения, являющаяся продолжением облач-

ности холодного фронта, как бы отсекает голову вихря от облачн

ы теплого и холодного фронтов. Облачности холодного фронта

и струйного течения имеют ярко-белый

сечения — плотный щит перистой облачности с ярко выраженными

выметами. На высоте поверхности 500 гПа фронт окклюзии пересекает

изогипсы почти под прямым углом, в месте «отсечения» наблюдаются

колоссальные барические градиенты.

В зоне фронта окклюзии и облачного вихря отме

меньшее ухудшение погоды, чем в районе пересечения облач-

ности фронта окклюзии с облачностью струйного течения: сильные

ветры, умеренные и значительные осадки, сопровождающиеся зимой

метелями.

Примечательно пространственное распределение скоростей

упорядоченных восходящих движений в этом случае: в области фрон-

та окклюзии и головы облачного вихря они достигают 170–190 гПа/12

ч (в среднем 128 гПа/12 ч) на уровне 850 гПа, а в месте пересечения

облачности фронтальной системы с облачностью струйного течения до

350 гПа/12 ч (в среднем 244 гПа/12 ч).

Наиболее активные процессы облакообразования, характери-

зую

аблюдаются на фронтах окклюзии в начальной стадии окклюди-

рования циклона и в случае отсечения головы облачного вихря струй-

ным течением, на теплых фронтах молодых циклонов и на холодных

фронтах второго рода.

263

О большой активности процессов в зоне перечисленных фрон-

тов говорит и внешний вид соответствующих им облачных полос:

максимальная яркость тона изображения, сочетания различных форм

облако с перистой облачв ностью, образующей заметное количество

выметов.

6.1.4. Взаимосвязь между облачным вихрем и местоположением

ных х

приземного циклонического центра

Поскольку конфигурация облачных образований и направление

облачных полос отражают характер барического поля и направление

поток в на той высоте, где наблюдается облачность, местоположения

центров облачных вихрей, вершины волновых возмущений и других

характерных особенностей облачного поля не всегда совпадает с ме-

стоположением циклонических центров в приземном слое.

При определении местоположения приземных циклонических

центров надо иметь в виду следующее:

1) центр облачного вихря заполняющегося циклона совпадает с

его приземным центром. Облачный вихрь заполняющегося циклона

имеет хвид сходящи ся к центру узких гряд кучевообразной облачности

или облачную спираль темно-серого тона изображения;

2) центр окклюдированного циклона несколько смещен от цен-

тра вихря в тыловой кромке фронта окклюзии и располагается под ты-

ловой кромкой облачной полосы фронта окклюзии в том ее месте (в

районе головы облачного вихря), куда направлена часть головы облач-

ного вихря с максимальной кривизной или как раз над этой частью

облачного вихря;

3) центр окклюдирующегося циклона совпадает с точкой, где

сходятся мысленно продолженные линии фронта окклюзи и вторич-

олодных фронтов или, если нет вторичных холодных фронтов,

под тыловой кромкой фронта окклюзии вблизи головы облачного вих-

ря;

4) центр циклона максимального развития и молодого циклона

располагается под тыловой кромкой облачной полосы холодного

фронта в месте ее наибольшей кривизны вблизи головы облачного

вихря;

264

5) центр волнового циклона располагается также под тыловой

кромкой облачной полосы холодного фронта в месте ее наибольшей

кривизны или несколько сдвинут от этой точки в сторону передней

кромки облачной полосы.

6.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ МСЗ ДЛЯ

ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОБЛАЧНОСТИ И ОСАДКОВ

Космические снимки облачности используются как для анализа

синоп

ый тезис: облачность не появляется беспричинно, она возникает

при благо Поэтому

присутствие облаков на и земной поверхности

не следует рассматривать как случайное малозначащее явление. Вто-

рой те

изнаки

проявл

лака, а

их ско

тического положения, так и для прогноза облачности и зон осад-

ков. Анализ облачности по снимкам проводится одновременно с ана-

лизом метеорологических данных на синоптических и барических кар-

тах.

В основу анализа снимков облачности положены два тезиса.

Перв

приятной для этого синоптической обстановке.

д какими-либо участкам

зис: тенденция развития синоптического процесса обнаружива-

ется в поле облачности раньше, чем ее признаки появляются в полях

метеоэлементов. Поэтому изменение облачного покрова свидетельст-

вует об эволюции полей метеоэлементов.

На снимках удается обнаружить характерную облачность теп-

лой адвекции или возникающего циклона раньше, чем их пр

яются на синоптической карте или картах барической топогра-

фии. С помощью снимков с искусственных спутников Земли опреде-

ляется ее структура, размеры и другие характеристики. Подобный ана-

лиз облачных образований в значительной степени улучшает прогноз.

Прогноз количества осадков является одной из наиболее слож-

ных задач при прогнозе погоды. Снимки облачного покрова широко

используются как дополнительная, а над районами, малоосвещеннны-

ми данными наблюдений, как основная информация для оценки си-

ноптической обстановки и возможных условий погоды.

Типы облачности, различаемые на спутниковых снимках, не

полностью соответствуют тем формам облаков, которые наблюдают

метеорологи с Земли. Различия в масштабах обзора вносят различия и

в определение облачных форм. На снимках МСЗ в силу недостаточной

разрешающей способности аппаратуры видны не отдельные об

пления, поэтому в название вида облачности по спутниковому

снимку входит более обобщенное понятие. Например, слоистая облач-

ность включает в себя все формы слоистообразных облаков.

265

Вместе с тем идентичность в определении по спутниковым

снимкам и по наблюдениям с Земли тех форм облаков, из которых вы-

падают осадки, достаточно велика и это дает основание использовать

снимки облачного покрова для анализа и прогноза зон осадков. Осадки

выпадают в тех местах, где на снимках видна облачность кучево-

дождевых и слоистых форм, а также облачность, которая представляет

собой

я возрастает по

мере у

й интерес. Дожди, когда

их кол

В большинстве случаев осадки бывают связаны с тремя основ-

ными

с-

тем, п

ргается эволюции вместе с эволюцией этой системы.

ют

дожди количеством более 10 мм за 12 ч, по внешнему виду можно

раздел

с циклонами.

сочетание кучево-дождевых облаков со слоистыми. При этом

если из облаков такого вида выпадает дождь, то обязательно присутст-

вуют перистые облака. Снег может выпадать при их отсутствии.

Вероятность выпадения осадков из облаков перечисленных ви-

дов определяется линейными размерами отдельных облаков, различи-

мых на снимке, и их количеством, т.е. степенью закрытия облаками

земной поверхности. Повторяемость выпадения дожд

величения размеров и увеличения общего количества облачно-

сти.

6.2.1. Анализ летних осадков с использованием

снимков облачности

Вопрос о возможности обнаружения зон, где выпадает большое

количество осадков, представляет практически

ичество за 12 ч превышает 10 мм, явление важное, а иногда и

опасное. Определение положения зон таких осадков — одна из основ-

ных задач синоптика. Решению этой задачи могут помочь снимки об-

лачного покрова, полученные с метеорологического спутника.

облачными системами: облачными вихрями, полосами и облач-

ными массивами, которые имеют нерегулярную форму. Для летних

осадков характерна еще одна облачная система, которая представляет

собой скопление изолированных кучевообразных облаков.

Практиче-

ски из всех облачных систем, которые имеют форму вихрей и полос,

выпадают дожди. Невелика повторяемость дождей из облачных си

редставляющих собой скопление изолированных кучевообраз-

ных облаков.

Это связано с тем, что не все ливневые дожди регистри-

руются наблюдателями, так как небольшие по площади зоны осадков

пропускаются редкой сетью метеорологических станций. Однажды

образовавшись, зона значительных осадков обычно прослеживается

несколько суток и бывает связана с одной и той же облачной системой.

Она подве

Все облачные вихри, из которых в теплое полугодие выпада

ить на четыре группы. Все эти облачные вихри бывают связаны

266

Первая группа — облачные вихри, для которых характерно

большое разнообразие неправильных форм. Вихревую структуру об-

лачной массе придают полосы кучевообразных облаков на внешней

стороне вихря и выбросы перистых облаков. В областях, занятых эти-

ми вихрями, выпадают преимущественно обложные дожди. Такие об-

лачны

осы перистых облаков на переднем выпуклом

крае. Т

нфигурации близких к

правил

и связаны ливневые дожди.

Такие

адают дожди с количеством осад-

ков бо

хрях неправильной формы.

ых облаков, вытягивающихся вдоль

облачн

е вихри соответствуют молодым циклонам.

Во второй группе — плотные вихреобразные системы, которые

представляют собой изогнутые широкие полосы, расширяющиеся к

одному концу, и по форме напоминают запятую. На вихревую струк-

туру указывают выбр

ыловой вогнутый край более или менее ровный. В области этих

вихрей преобладают обложные дожди. Таким облачным вихрям соот-

ветствуют циклоны в стадии максимального развития.

К третьей группе относятся вихри, состоящие из хорошо выра-

женных облачных и безоблачных полос, по ко

ьным формам. Одни из таких вихрей бывают сильно закручены,

другие только начинают закручиваться. Размеры их могут быть разные

– от нескольких сотен километров до 1000–2000 км. С этими вихрями

бывают связаны как обложные, так и ливневые дожди. Вихри встре-

чаются в циклонах в стадии окклюдирования.

К четвертой группе относятся облачные вихри, состоящие из

полос кучевообразных облаков и отличающиеся большой неоднород-

ностью облачного покрова. С этими вихрям

облачные вихри наблюдаются в старых заполняющихся цикло-

нах.

Время, в течение которого вып

лее 10 мм, и площадь, ими занимаемая, неодинаковы для разных

облачных вихрей. Более длительными будут значительные дожди в

облачных вихрях первой и второй группы. Наиболее благоприятные

условия для выпадения продолжительных дождей на больших площа-

дях создаются в обширных облачных ви

Облачные полосы, с которыми связаны зоны значительных до-

ждей, имеют свои особенности. Как правило, границы их резко очер-

чены, на краях видны выбросы перистых облаков. Они состоят из ку-

чевообразных и слоистообразн

ой полосы. Облачные полосы имеют разные размеры. Длина их

— от 1000 до 3000 км, ширина — от 200 до 1000 км. Все они фрон-

тальные.

По своим размерам облачные полосы делятся на три группы:

– облачные полосы шириной более 500 км, и длиной 2000–3000

267

км. С ними связаны большие площади продолжительных обложных

дождей. Они наблюдаются в зоне холодного фронта с волнами и в об-

ласти

ными фронтами, которые располагаются в ши-

ротном

лосами бывают связаны ливневые дожди на вторичных,

азмывающихся фронтах и фронтах окклюзии.

Час х облач-

ными массами без опре нерегулярные облач-

ые системы не имеют, как правило, четких границ и стройного ри-

сунка.

они

являю

облач-

ные м

– облачные массы независимо от их размера, но с характерной

структ

ди. Если размеры ее меньше 500 км, то выпадают

ливнев

молодого циклона с хорошо развитой облачной полосой холод-

ного фронта. Такие полосы чаще бывают вытянуты с юго-запада на

северо-восток;

– облачные полосы шириной около 500 км и длиной около 2000

км. Облачные полосы этой группы дают преимущественно ливневые

дожди. Такие облачные полосы бывают связаны с холодными фронта-

ми или с малоподвиж

направлении;

– облачные полосы небольших размеров. Соответственно мень-

шую площадь занимает зона значительных дождей и меньше проме-

жуток времени, в течение которого они выпадают. С небольшими об-

лачными по

то значительные дожди выпадают в районах, заняты

деленной структуры. Эти

Обычно это хаотическое нагромождение облаков различной

формы и размеров. Такие облачные массы образуются в размытых ба-

рических полях, на перифериях циклонов и антициклонов. Часто

тся результатом деформации циклонического облачного вихря,

когда затухает циклоническая циркуляция.

Облачные массы нерегулярной формы, с которыми бывают свя-

заны зоны значительных осадков, делятся на три группы, довольно

четко отличающиеся друг от друга:

– облачные массы, горизонтальные размеры которых более 500

км. Это аморфные облачные скопления, где преобладают облака куче-

вых форм. Местами кучевые облака покрыты слоем перистых облаков.

Такие облачные массы наблюдаются в области старого, заполняюще-

гося, часто многоцентрового циклона;

– облачные массы размером 300–500 км. Соответственно и раз-

меры площадей значительных осадков небольшие. Состоят эти

ассы преимущественно из кучевых форм и находятся на перифе-

риях циклонов и антициклонов;

урой. Отдельные облака имеют тенденцию вытягиваться в од-

ном направлении, и поэтому вся облачная система имеет большие го-

ризонтальные размеры (500–1000 км), с ней бывают связаны и облож-

ные и ливневые дож

ые дожди. Облачные массы этой группы образуются в циклонах

268

в стадии волны или совсем молодого циклона при наличии струи

сильных ветров в средней и верхней тропосфере.

Особое внимание обращают на себя облачные массы неболь-

шого

ое поле имеет слабый

ложби

6.2.2. Анализ зимних осадков с использованием

космических снимков

Существуют некоторые особенности в положении и эволюции

зоны значительных осадков в зависимости от формы циклонической

облачной спирали и от направления движения циклона (рис. 6.1).

Зоны зимних осадков с количеством более 3 мм за 12 ч связаны

с крупномасштабными облачными системами, различимыми на сним-

ках МСЗ в их диапазоне, облачными системами, характерными для

начальной стадии циклогенеза, облачными вихрями циклонов и об-

лачными массами, оставшимися после разрушения вихрей (облачный

след циклона). Чаще всего эти зоны возникают в начальной стадии

формирования облачного вихря. Выделяется несколько основных на-

чальных стадий облачных вихрей, перемещение которых связано с

выпадением большого количества осадков. Зоны осадков с количест-

вом более 3 мм за 12 ч возникают в начальной стадии формирования

циклонического облачного вихря одновременно или раньше, чем по-

является первая замкнутая изобара на приземной карте погоды.

При анализе снимков облачного покрова в начальной стадии

цикло

на осадк лее

расши

размера, которые располагаются между двумя облачными вих-

рями окклюдированных циклонов в зоне смены знака фронта. Из таких

облачных масс выпадают непродолжительные дожди, но интенсивные

дожди. У поверхности Земли в барическом поле обычно здесь распо-

лагается барическая седловина, или барическ

нный профиль.

Изолированные кучево-дождевые облака представляются на

снимках или в виде их скоплений разных видов и размеров, или в виде

отдельных облаков, образующих довольно однородное поле. Из такой

облачности выпадают только ливни, и интенсивность их может быть

различной.

генеза, необходимо принимать во внимание следующие положе-

ния.

При возникновении облачного вихря из фронтальной волны зо-

ов с количеством более 3 мм за 12 ч образуется в наибо

ренной части облачной полосы, а затем перемещается к вершине

волны (рис. 6.2 а).

Если циклонический облачный вихрь формируется у точки окк-

269

люзии, то зона осадков с количеством более 3 мм за 12 ч возникает под

облачн

иентов темпера-

туры

более 3 мм за 12 ч располагается в

северн

остью струйного течения и справа от нее, если смотреть по на-

правлению потока (рис.6.2 б).

В изолированных облачных шапках, которые возникают на теп-

лых фронтах в области больших горизонтальных град

при интенсивной адвекции тепла, зона осадков с количеством

более 3 мм за 12 ч появляется в центральной части облачной массы

южнее выбросов перистых облаков (рис.6.2 в).

На холодных фронтах с волнами в веерообразной облачной сис-

теме зона осадков с количеством

ой части облачной системы южнее районов с перистой облачно-

стью веера (рис. 6.2 г ). Когда западная граница веерообразной систе-

мы получает четко выраженный волнообразный изгиб, зона осадков

перемещается к этому изгибу, т.е. к вершине волны (рис. 6.2 д).

100

Рис. 6.1. Траектории циклонов, с облачными системами которых связаны

зоны осадков с количеством более 3 мм за 12 ч: 1 — северная, 2 — северо-

западная, 3 — западная, 4 — юго-западная, 5 — южная

В облачных вихрях, формирующихся в тылу развитого циклона

из облачных кучевых форм, зона осадков с количеством более 3 мм за

12 ч находится в той части вихря, которая наиболее яркая одновре-

270

менно на снимках в видимом и ИК диапазонах спектра (рис.6.2 е).

При возникновении циклона на теплом фронте зона осадков с

количеством более 3 мм за 12 ч появляется вблизи того участка облач-

ной системы, где происходит отделение новой активной облачной

шапки от старого циклонического вихря (рис. 6.2 ж).

Возникнув в самом начале формирования циклонического об-

лачного вихря, зона осадков с количеством более 3 мм за 12 ч сохраня-

ется в течение всего времени его существования и только меняет свое

местоположение относительно облачной системы в зависимости от

направления движения циклона.

Северная траектория. В ныряющих циклонах до появления

замкнутой изобары у поверхности Земли зона осадков с количеством

более 3 мм за 12 ч находится севернее перистой облачной шапки. С

образованием циклона к нему перемещается зона осадков и располага-

ется в области уплотнения облаков вблизи вершины облачной шапки

(рис. 6.3 I а). При уменьшении скорости ныряющего циклона, обычно

при выходе его на 50–60° с.ш., зона осадков двигается в область наи-

большей кривизны облачной системы (рис. 6.3 I б).

Северо-западная траектория. Во время продвижения циклони-

ческого облачного вихря к юго-востоку зона осадков с количеством

более 3 мм за 12 ч располагается с тыловой стороны вдоль всей облач-

ной спирали холодного фронта и фронта окклюзии (рис. 6.3 II а, б).

Когда циклон меняет направление движения, начиная перемещаться к

северо-востоку, зона осадков сокращается в южной части облачной

спирали и расширяется в ее северной части и голове вихря (рис. 6.3 II

в).

Западная траектория. В циклонах, перемещающихся с запада,

зона осадков с количеством более 3 мм за 12 ч располагается с тыло-

вой стороны облачной спирали холодного фронта и фронта окклюзии

в области ее наибольшей кривизны и в головной части вихря (рис. 6.3

III а).

В тех случаях, когда головная часть циклонического облачного

вихря имеет меньшие размеры по сравнению с облачной полосой хо-

лодного фронта, основная зона осадков с количеством более 3 мм за 12

ч вытягивается вдоль этой полосы с тыловой стороны (рис. 6.3 III б) и,

наоборот, при больших размерах головной части вихря именно с ней

связана основная зона осадков (рис. 6.3 III в).

При перемещении центральной или южной части облачной спи

рали западного циклона над горн районами возникают зоны до

вол ы

-ыми

ьно больших по площади орографических осадков. Эти зон

271