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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 6.2. Положение зоны осадков с количеством более 3 мм за 12 ч

(пунктир) в облачных системах, характерных

для начальной стадии циклогенеза

272

сохраняются в горах после смещения циклона в течение 1–2 суток.

IV. Юго–западная траектория. Облачные системы юго-

западных циклонов обычно возникают из массива развивающихся ку-

чевообразных облаков и реже из изолированной облачной шапки и из

веерообразной системы облаков. По мере распространения облачной

массы в северо-восточном направлении снегопады с количеством

осадков более 3 мм за 12 ч образуются в центральной и частично юж-

ной ее части (рис. 6.3 IV а). Когда в облачной массе появляется цикло-

нический прогиб, что часто соответствует появлению первой замкну-

той изобары у поверхности Земли и началу формирования циклониче-

ского облачного вихря, к этому прогибу смещается зона осадков (рис.

6.3 IV б). В стадии максимального развития циклонического облачного

вихря зона осадков занимает область наибольшей кривизны облачной

спирали с ее тыловой стороны и частично северную и головную часть

вихря (рис. 6.3 IV в).

Южная траектория. Облачные системы южных циклонов воз-

никают из массива развивающихся кучевообразных облаков или из

изолированной облачной шапки. Если южные циклоны перемещаются

по Европейской территории России и достигают ее северных районов,

то в стадии молодого циклона зона осадков с количеством более 3 мм

за 12 ч располагается южнее выбросов перистой облачности вблизи

изгиба западного края облачной массы (рис. 6.3 V а). В стадии мак-

симального развития циклона зона осадков распространяется на север-

ную и головную части облачного вихря (рис. 6.3 V б). В стадии окк-

людирования, когда перемещение циклона к северу замедляется, она

сдвигается в центральные районы вихря и занимает тыловую сторону в

области наибольшего перегиба облачной спирали (рис. 6.3 V в).

Несмотря на различие в образовании и эволюции зоны осадков с

количеством более 3 мм за 12 ч в облачной системе циклонов, пере-

мещающихся по этим траекториям, можно выделить следующие осо-

бенности. Если в направлении движения облачной системы есть се-

верная составляющая, то зона осадков расположена в северной поло-

вине циклонического облачного вихря, а если южная составляющая —

в центральной и южной части вихря. В максимальной стадии развития

циклонических облачных вихрей, перемещающихся по любым траек-

ториям, при замедлении их скорости зона осадков располагается в об-

ласти наибольшей кривизны облачной спирали.

для

всех одит

одно мся

полны на

Разрушение зон осадков с количеством более 3 мм за 12 ч

блачных вихрей, независимо от траектории циклона, происх

т еипно. При разрушении облачного вихря, сопровождающ

м исчезновен и сохранениемием вихревой структуры

273

III

Рис. 6.3. Положение зоны осадков более 3 мм за 12 ч (пунктир)

в развивающихся облачных системах, смещающихся по разным

траекториям: I – северная, II – северо-западная, III – западная,

IV – юго-западная, V – южная

274

периферии циклона только полосы фронта окклюзии (облачный след

циклона), зона осадков с количеством более 3 мм за 12 ч располагает-

ся в центральной части этой полосы (рис. 6.3 V г). Если же облачный

вихрь постепенно деградирует, но вихревая структура фронта окклю-

зии вторичных фронтов сохраняется, осадки дольше выпадают в го-

ловной части облачного вихря.

ких и барических картах. На

снимк

азывает на зарождающийся циклогенез

или н

очняет про-

гноз.

е и даже выходит за ее

предел

изе полей метеорологических элементов спутниковые

данны

6.2.3. Использование космических снимков для прогноза

количества и вероятности осадков

Космические снимки облачности используются как для анализа

синоптического положения, так и для прогноза самой облачности.

Анализ облачности по снимкам проводится одновременно с анализом

метеорологических данных на синоптичес

ах в ряде случаев удается обнаружить характерные облака теп-

лой адвекции или возникающего циклона раньше, чем их признаки

бывают отмечены на синоптической карте или картах барической то-

пографии. Кроме этого, может быть выявлена конвективная облач-

ность, которая явно не связана с основными барическими системами и

не является внутримассовой облачностью. С помощью снимков МСЗ

определяется ее структура, размеры и т.д. На такую облачность обра-

щается особое внимание, она ук

а возможную перестройку термобарического поля. Подобный

анализ облачных образований в значительной степени ут

Бывает, что облачная полоса, явно имеющая все признаки фрон-

тальной, никак не выражена на синоптической карте, т.е. не всегда

связь между облачными полосами на спутниковых снимках и фронта-

ми у поверхности Земли однозначна. Часто фронт у Земли проходит не

параллельно облачной полосе, а пересекает е

ы. Наиболее устойчивая облачная полоса связана с ложбиной

барического поля.

При анал

е об облачности используются как для интерполяции измерений

сети станций, так и для восполнения отсутствующих данных путем

выявления и использования прогностических признаков формирова-

ния, развития, эволюции и перемещения облачных структур. Общий

рисунок облачного покрова и форма отдельных облачных элементов

служат исходной информацией для выводов о распределении осадков

у поверхности Земли. Эти данные имеют диагностическое значение, а

при прогнозировании осадков на ближайший срок требуется выявить

275

связь между особенностями облачного покрова и зонами осадков. По-

вторяемость осадков возрастает по мере увеличения количества обла-

ков и ера облачных элементов. Зоны осадков часто совпадают со

струйным течением, располагаясь или вблизи оси струйного течения,

или слева от нее. При этом струйное течение имеет циклоническую

или квазипрямолинейную кривизну.

Наибольшее количество случаев выпадения осадков отмечается

при циклонической облачности, меньшее — при фронтальной, наи-

меньшее — при аморфных массивах облачности. Зона осадков занима-

ет центральную часть облачного массива, она увеличивается с увели-

чением площади облачности. Количество ее определяется не только

формой и мощностью облаков, но и продолжительностью прохожде-

ния облачной системы над интересующими районами, т.е. зависит от

ширины облачного массива более 600 км.

Наиболее плотная и мощная облачность образуется в передней

части области расходимости изогипс на уровне 500 гПа, она не рас-

пространяется восточнее оси высотного гребня и связана с циклоном

или ложбиной у поверхности Земли. Осадки, в том числе значитель-

ные, выпадают при наличии следующих характерных признаков: четко

выраженный вихрь, ярко выраженная фронтальная облачность при

скоплении кучево-дождевых облаков, ширине облачной системы более

300 км, расходимости изогипс.

При прогнозе осадков необходимо проводить совместный ана-

лиз спутниковых снимков и карт барической топографии.

Определение характеристик облачных систем для прогноза

количества осадков.

Для проведения расчетов количества и вероятно-

сти осадков необходимо иметь снимки облачности в инфракрасной

области спектра за три последних срока наблюдений, приземные карты

погоды за предыдущие сутки и 0 ч текущих суток, а также карту бари-

ческой топографии 500 гПа за текущие сутки.

Облачную систему прогнозируют путем формальной экстрапо

ляции на 12 и 36 ч к середине временного интервала, за который изме-

ряю

разм

тся осадки.

Экстраполяцию проводят по двум последовательным снимкам в

инфракрасном диапазоне спектра, на которых выделяют облачную

систему и интерполируют положение ее основных участков (рис. 6.4):

области наибольшей кривизны облачной спирали (точка 1), головы

вихря (точки 2, 3), передней (точки 4, 5) и тыловой (точка 6) кромок.

Скорость смещения основных участков облачной системы в после-

дующие 12 ч в первой и второй стадиях развития принимается равной

скорости в предыдущие 12 ч, в третьей стадии скорость предыдущего

276

смещения умножается на коэффициент 0,7, а в четвертой и пятой ста-

диях – на коэффициент 0,5.

′

″

′

″

1 6

′

″

′

Рис. 6.4. Схема экстраполяции основных участков облачных систем

Для расчета количества осад ов определяют следующие харак-

теристики емы, тип

(Ф), колич ть стадий

азвития облачных систем (С). К первой стадии относятся все облач-

ные ф

: стадию развития (С) и район (Р) облачной сист

ество (К), яркость (Я) облаков. Выделяются пя

ормы начальной стадии циклогенеза: облачная шапка фронталь-

ной волны, изолированная облачная шапка, веерообразная система

облаков и облачная шапка у точки окклюзии. В трех последующих

стадиях — облачная система облаков и облачная шапка у точки окк-

277

люзии. В трех последующих стадиях облачная система имеет форму

вихря. Вторая стадия соответствует облачному вихрю молодого ци-

клона, когда появляется вихревая структура в облачности. В третьей

стадии, стадии развитого циклона, облачность приобретает хорошо

выраж стадии три спирали, соответст-

вующи дятся в

одной

ну сильно закрученную спираль фронта окклюзии. Пя-

тая ст

Р) определяется по схеме, приведен-

ной на

енную спиралевидную форму (в

е теплому, холодному фронтам и фронтам окклюзии, схо

точке). В четвертой стадии, стадии окклюдированного циклона,

вихрь имеет од

адия – стадия заполняющегося циклона, когда разрушается об-

лачная система и исчезает вихревая структура.

Район облачной системы (

рис. 6.5, где цифры — условные номера характеристики Р. Ко-

личество облаков (К) оценивается по степени покрытия облаками зем-

ной поверхности в четырех градациях. По типу (форме) (Ф) облака

разделяются на семь групп: три группы представляют собой основные

типы облаков, а четыре группы — их сочетания. Яркость облаков (Я)

оценивается в двух градациях.

5 8

6 9

Рис. 6.5. Схемы различных частей облачных систем,

имеющих вид нерегулярной массы, вихря и полосы

Методом дисперсионного анализа установлено, что наиболее

статистически значимыми являются сочетания характеристик Р и С с

количеством (К) или типом (Ф) облаков (РСК, РСФ), а также сочета-

ние Р с яркостью облаков различных форм (ФЯ), (РФЯ). Для этих со-

278

четаний составлены таблицы, по которым определяется среднее коли-

чество осадков в квадрате 300×300 км (R), вероятность факта осадков

более 0,0 мм (q), вероятность их количества более 3 мм за 12 ч (р) и

вероят

ах облачности наблю-

даютс

. 2, 3, 4 определить R, q, р, b.

м и в окклюдированном циклонах

быстр

ность погоды без осадков (b).

Порядок составления прогноза:

– подобрать снимки облачности за три последних срока;

– выделить на снимках облачные системы и проанализировать

их эволюцию;

– построить прогностическое поле облачности на 12, 24 и 36 ч

или вычислить время натекания или отхода от района прогноза основ-

ных участков облачных систем;

– по прогностическому полю облачности путем формальной

экстраполяции вычислить время (t), в течение которого облачная сис-

тема будет находиться над районом прогноза: t определяется в долях

12-часового интервала времени, за который измеряются осадки. При

облачности, характерной для плоских волн, следует прогнозировать

небольшое количество осадков. Когда на снимк

я циклогенетические облачные системы, облачные вихри и об-

лачные системы, оставшиеся после разрушения вихря, нужно опреде-

лить характеристики облачных систем: Р, С, Ф, Я, К, t (данные зано-

сятся в таблицу);

– по таблицам прил

Ввести поправку на время, в течение которого облачная система

находится над районом прогноза: табличное значение А умножается на

временной коэффициент t.

Если р = 0 и q = b (± 10 %), то прогнозируется R = 0,0, если р=0

и q < b, то прогнозируется без осадков.

При идентификации на снимках барических гребней и антици-

клонов прогнозируется без осадков.

Скорость облачных систем на разных стадиях их развития.

Скорость перемещения основных частей облачных систем существен-

но меняется в различных стадиях их развития. Скорость передней

кромки облачной системы меньше скорости тыловой кромки во всех

стадиях развития системы. В начальной стадии скорость тыловой

кромки на 5–10 км/ч больше скорости передней кромки. В момент

формирования облачной спирали системы самая большая скорость ее

наибольшего прогиба. В развито

ее всего перемещаются северо-восточная часть спирали и голова

вихря. В стадии заполняющегося циклона, когда вихревая структура

исчезает, скорость передней и тыловой кромок выравнивается. Мак-

симальная скорость наблюдается в первых трех стадиях развития, т.е.

279

при возникновении вихря и формирования облачной спирали, отмеча-

ется в момент образования облачной спирали в области ее наибольше-

го изгиба и достигает 70–90 км/ч.

Области ускорения наблюдаются в первых двух стадиях разви-

тия систем в период формирования облачной спирали. В начальной

стадии эти области захватывают переднюю, центральную и южную

части системы, достигая максимальных значений (15–20 км/ч) с ее ты-

ловой стороны. В стадии молодого циклона абсолютные значения ус-

корени

авлении пе-

ремещения циклонической облачной системы имеется северная со-

я становятся меньше (6–9 км/ч); область, в которой они отме-

чаются, уменьшается по площади и занимает северо-восточную часть

облачного вихря. В стадии развитого циклона во всех районах цикло-

нического вихря скорость в последующие 12 ч уменьшается на

3–10 км/ч. В окклюдированном циклоне скорость всех участков облач-

ной спирали продолжает уменьшаться в среднем на 3–5 км/ч. Наиболее

быстро замедляется скорость облачной системы заполняющегося ци-

клона (13–16 км/ч). При этом скорость быстрее уменьшается с перед-

ней стороны облачной системы, чем с тыловой.

В итоге можно отметить, что скорость облачной системы тесно

связана со стадией ее развития. Область ускорения существует только

в начальной стадии развития циклонической облачной системы и в

молодом циклоне, в остальных же стадиях облачные системы переме-

щаются с замедлением.

Зависимость скорости облачных систем от их траекторий.

Анализ зависимости скорости облачной системы и ее отдельных уча-

стков от траектории всей системы показал, что самая большая ско-

рость отмечается при северо-западных траекториях циклонов. Макси-

мальное значение скорости (80–100 км/ч) наблюдается в голове облач-

ного вихря и в области наибольшей кривизны облачной спирали.

Большая скорость (60–80 км/ч) наблюдается также вдоль всей облач-

ной спирали с ее тыловой стороны. При западных траекториях цикло-

нов голова облачного вихря (фронт окклюзии) перемещается медлен-

нее (30–40 км/ч), чем другие участки спирали. Быстрее других участ-

ков (52–58 км/ч) перемещается тыловая кромка спирали, где располо-

жен холодный фронт. При юго-западных траекториях циклонов север-

ная часть облачной спирали движется быстрее южной. С передней

стороны северной части спирали и в области наибольшей кривизны

скорость составляет 50–60 км/ч.

Таким образом, скорость перемещения отдельных частей об-

лачной системы и положение области ускорения в облачной системе

зависят от траектории перемещения циклона. Если в напр

280

ставляющая (юго-западные ци с наибольшей скоростью пе-

ремещ юж-

ная составляюща тральная и юж-

ная части. В облачн с северо-запада,

област

системы с северо-запада и запада длина

вымет км/ч)

уменьш и пе-

ремещен сь. Это

связан

клоны), то

ается северная половина облачного вихря, если же имеется

я (северо-западные циклоны), то цен

ых системах, еремещающихся п

ь с ускорением расположена в южной части спирали холодного

фронта или фронта окклюзии. В западных и юго-западных циклонах

небольшое замедление (на 5–10 км/ч) происходит равномерно во всех

частях облачной системы.

Циклоны часто имеют сложную траекторию и по мере развития

циклонической облачной системы направление ее перемещения меня-

ется. Зависимость скорости облачных систем от длины выметов пе-

ристообразных облаков. Выметы перистообразных облаков являются

показателями активности процесса, указывая на адвекцию теплого

воздуха в верхней и средней тропосфере и на падение давления у по-

верхности Земли. Выметы перистых облаков имеют наибольшую дли-

ну (в среднем 1175 км) в начальной стадии формирования циклониче-

ской облачной системы. В этой стадии, а также в начале формирования

вихревой структуры происходит удлинение выметов перистообразной

облачности в среднем на 25 км/ч. Начиная со стадии молодого циклона

длина выметов уменьшается с 930 км в молодом циклоне до 575 км в

окклюдированном. Уменьшение длины выметов в облачном вихре со-

ставляет 5–15 км/ч, причем наиболее медленно их длина меняется в

развитом циклоне (5 км). При заполнении окклюдированного циклона

резко сокращается длина перистообразных облаков (на 25 км), и в ста-

дии заполняющегося циклона они полностью отсутствуют. Изменение

длины выметов при разделении направления перемещения облачной

системы за 12-часовые интервалы было более заметным, чем измене-

ние их длины во временных интервалах средней траектории циклона.

При перемещении облачной

в уменьшалась на 20–30 км/ч; наиболее сильное (на 54

е пр

ние длины происходило при юго-западных циклонах;

ии циклона с юга длина выметов почти не изменяла

о с тем, что у западных и северо-западных циклонов адвекция

тепла в передней части облачной системы более кратковременна, чем у

южных, поэтому длина выметов перистых облаков южных циклонов

уменьшается медленнее. Таким образом, скорость облачной системы

связана с длиной перистых облаков в различных стадиях развития сис-

темы. С увеличением длины перистых облаков скорость системы воз-

растает, и, наоборот, при сокращении или исчезновении перистообраз-

ных выметов облачная система перемещается медленнее.

281