2 месяца назад
Нету коментариев

Прогноз шквалов

Современные методы прогноза используют до­стижения математики, физики, техники вычислений (ЭВМ), опира­ются на слаженно и оперативно действующую систему Всемирной службы погоды, вооруженную различными радиолокационными системами, искусственными спут­никами Земли, сетью радиозонди­рования атмосферы и др. Но воз­можности этих систем не безгра­ничны; сеть радиозондирующих метеостанций негуста, они отсто­ят друг от друга на сотни кило­метров, радиозонды выпускают­ся обычно лишь через каждые 6 часов.

Тем не менее надежность про­гноза шквалов, как и гроз, на бли­жайшие несколько часов доста­точно высока, ошибки бывают редко. Однако наука еще не име­ет возможности определить участ­ки территории, на которых могут появиться смерчи и шквалы, и это обстоятельство является причиной большого материального ущерба, который наносят смерчи и шква­лы. Надежный прогноз существен­но снижает материальные потери.

На практике синоптики приме­няют расчетные методы прогноза отдельных элементов погоды и явлений, изложенные в синопти­ческих руководствах и инструк­циях. Методы основываются на учете изменения температуры и влажности воздуха вследствие го­ризонтального переноса, верти­кальных и турбулентных движе­ний, тепло- и влагообмена между атмосферой и земной поверх­ностью. Эти методы разработаны и совершенствуются на основе теоретических исследований из­менения атмосферного давления и способов его вычисления, ло­кальных изменений давления, тем­пературы и влажности, вертикаль­ных скоростей. Широкий фронт теоретических и численных иссле­дований метеорологических по­лей обеспечил регулярность и надежность составляемых в Моск­ве в Гидрометеорологическом центре СССР (ГМЦ) и передаваемых по факсимильным каналам во все уголки мира прогностических карт погоды различной заблаго­временности — на сутки, двое и т. п. На местах прогнозы уточ­няют на основе карт ГМЦ.

Для прогноза таких мезомасштабных явлений, как шквалы и смерчи, применяются методы, ко­торые позволяют рассчитать па­раметры конвекции. Это прежде всего интенсивность прогрева влажного воздуха, вертикальный градиент температуры как мера неустойчивости атмосферы, вер­тикальная мощность облаков, вла­гозапасы атмосферы, горизон­тальный градиент температуры в зоне фронта, характеристика сдви­га ветра и пр.

В каждом бюро погоды самое напряженное время — утро. Надо обдумать и составить прогноз, успеть передать его на радио, разослать штормовые предупреж­дения об ожидаемом ухудше­нии погоды. Чем крупнее бюро погоды (или гидрометеобюро, авиаметеостанция), тем больше различных оперативных материа­лов, телеграмм и карт здесь со­бирают, перерабатывают и обсуж­дают. Здесь должны знать все де­тали структуры атмосферы на больших пространствах за послед­ние двое-трое суток, и особенно за истекшую ночь. Например, в Украинское бюро погоды в Киеве ежедневно поступает более деся­ти тысяч телеграмм, по фототе­леграфу приходят десятки синоп­тических карт, вплоть до тех, ко­торые передают из США. Бюро погоды перерабатывает и распро­страняет (уже для периферии) множество своих карт, освещаю­щих условия на Украине и т. п. В любой момент в Киеве, как и в других метеорологических центрах, знают, каково состояние ат­мосферы в нижних ее слоях до высоты 10—15 км не только над Украиной, но и над всем северным полушарием Земли. Диагноз и прогноз условий, благоприятных или неблагоприятных для разви­тия конвекции, необходим для предсказания разных явлений — ливней, гроз, града, ветра.

Первым этапом прогноза шква­ла является анализ синоптического положения, вторым — термодина­мические расчеты и прогноз с по­мощью номограмм и графиков связи между параметрами атмо­сферы (при тех или иных явле­ниях погоды), а также дискриминантных функций (эти материалы разработаны на основе многолет­них наблюдений). При синопти­ческом анализе исходят из того, что большие скопления шкваловых облаков связаны с холодными фронтами, возмущениями на фронтах, перемещающихся со скоростью 30—40 км/ч и более. Иногда они развиваются в слабо выраженных барических ложбинах в теплом секторе циклона, где летним днем формируется линия шквалов в зоне большой неустой­чивости, активной конвекции. Внутримассовые шквалы возника­ют на фоне слабых ветров в об­ластях пониженного давления на юго-западной периферии обшир­ных антициклонов при дневной температуре выше 27—29° С, точ­ке росы выше 10—15° С и удель­ной влажности воздуха более 8—10 г/кг. На фронтах шквалы особенно активны при горизон­тальных градиентах температуры более 8° С на 300—400 км впере­ди движущейся грозовой зоны со сменой восходящих движений нисходящими, на границе между зонами ясной и ливневой погоды при сходимости приземных ветров и т. п.

Важно определить и такие усло­вия, которые неблагоприятны для шквалов. Это антициклоны и их развитые периферические час­ти — барические гребни; перед­няя и левая (по направлению дви­жения) стороны циклонов; теплые стороны (секторы) циклонов в случаях, когда изобары изогнуты антициклонически или прямоли­нейны; теплые атмосферные фронты и передние части фронтов окклюзии; зоны, удаленные от фронтов более чем на сотню ки­лометров; малоподвижные фрон­ты без возмущений или с возму­щениями при малооблачной и сравнительно сухой погоде и т. п. Ночью и утром шквалы наблюда­ются лишь при особо активных си­ноптических процессах впереди быстро движущихся холодных фронтов.

При прогнозе шквала синоптик прежде всего использует кольце­вые приземные карты погоды (охватывающие свой географиче­ский регион) за предыдущие сут­ки.

Важны для прогноза посту­пающие по фототелеграфу (из ГМЦ) приземные и высотные кар­ты погоды за ночной срок наблю­дений и за предыдущие сутки, прогностические карты ГМЦ (или своего республиканского центра) с прогнозом синоптических усло­вий на 12 часов вперед. Исполь­зуются карты вертикальных дви­жений над большими пространст­вами (вычисленные в ГМЦ), прог­ностические карты параметров конвекции, данные радиозондиро­вания в пункте прогноза (за пре­дыдущие сутки и в исходный мо­мент), спутниковые снимки облач­ности (за предыдущие сутки и утро), данные радиолокационных наблюдений.

По высотным картам погоды для уровней полтора, три и пять километров (850, 700 и 500 гПа со­ответственно) и данным ночного радиозонда рассчитываются ожи­даемые на день значения темпе­ратуры и точки росы у земли и на разных высотах с учетом ветра. Затем надо определить темпера­туру ожидаемого шквала. Исхо­дят из того, что воздушный поток, условно опущенный в облаке с высоты 5—7 км до земли, будет на 15—20° С холоднее окружаю­щего воздуха — это и будет тем­пература шквала. Воздух, расте­каясь под Сb, формирует шквал тем более сильный, чем больше разность температур опускаю­щегося и окружающего воздуха. Эта разность — первый предиктор («предсказатель») шквала.

Второй предиктор — разность температур воздуха у земли и на высоте поверхности, где давление 500 гПа; она характеризует сте­пень неустойчивости атмосферы. Третий предиктор — сумма раз­ностей температур воздуха и то­чек росы (то есть «недосыщение» водяного пара) на четырех уров­нях в нижней половине тропо­сферы (на высотах поверхностей 850, 700, 600 и 500 гПа); эта сум­ма характеризует влажность и энергию влагонеустойчивости ат­мосферы, условия роста облаков. Учитывается «передача» количе­ства движения от верхних потоков к нижним; вычисляется средняя скорость ветра в нижней тропо­сфере и т. п.

Для сочетаний этих предикто­ров вычислены дискриминантные функции, построены номограммы и графики, на которых очерчены зоны с различной вероятностью шквалов. Чем больше величина предикторов, тем сильнее конвек­ция, активнее вертикальные дви­жения, мощнее Сb и потому могут быть сильнее шквалы.

Б. Е. Песков и А. И. Снитковский (ГМЦ) в 1968 г. предложили способ прогноза шквалов, осно­ванный на зависимостях между максимальной скоростью ветра и мощностью облака, суммой скоростей ветра в облачном слое и толщиной последнего. Есть и другие практические приемы и методы. Они сводятся к прогнозу мощности конвекции, запасов энергии неустойчивости состояния атмосферы с учетом местных особенностей (поэтому так важно иметь упомянутые графики для каждого географиче­ского региона). С 1977 г. широко используется метод Г. Д. Решетова (ГМЦ); на местах разраба­тываются локальные методы, основывающиеся на рекоменда­циях ГМЦ, и др.

Существенную помощь оказы­вают прогнозисту данные МСЗ и МРЛ. Если на фото видно при­ближение к пункту прогноза яр­ких облачных очагов (облачных вихрей, спиралей, полос и скоп­лений Сb), приступают к описан­ным выше расчетам конвекции. Об эволюции облачных объектов судят по изменению размеров облачных систем, степени завих­ренности, уплотнения или дегра­дации их, по скорости перемеще­ния. Для этого сравнивают спут­никовые снимки за последова­тельные сроки наблюдений. Если нет оснований ожидать прибли­жения мощных Сb, шквалов не будет.

В ГМЦ установлен ряд крити­ческих параметров, достижение которых свидетельствует о возможности шквалов. Так, шкваловые порывы ветра сильнее 15 м/с всегда наступают в тех случаях, когда высота вершин по радио­эхо на МРЛ превышает 11 км и температура на этой высоте ниже —64° С, а вертикальная мощность облаков больше 4—10 км. Вероят­ность шквалов появляется уже при облаках высотой более 6 км и температуре на этой высоте ниже —30° С. Однако при темпе­ратуре, не достигшей —20° С, шквалов не будет. Что же касает­ся ураганных шквалов со ско­ростью ветра более 30 м/с, то они бывают лишь при очень высо­ких и мощных Сb (более 9—14 км) и температуре на этой высоте ниже — 40° С.

Используют и другие наборы критериев. Например, летние шквалы на равнинах развиваются под Сb, в которых уровень кон­денсации расположен ниже 2 км с температурой +10, +20° С, а вершины — выше 8 км с темпе­ратурой ниже —40° С при скоро­сти конвективного потока в обла­ке более 11 м/с. Это бывает при температуре воздуха и точке ро­сы у земли соответственно выше 28 и 15° С — в июле-августе и 22 и 5° С — в апреле, при удельной влажности выше 10 г/кг. Подобные критерии уточнены для многих местностей и аэропортов. Разуме­ется, они несколько различны для разных широт, климатических зон, времени года, зависят от близости морей, рельефа, наличия гор и т. п.

Ясно, что надежное определе­ние характеристик атмосферы, благоприятных для развития шквалов, выявление их роли и информативности, расширение арсенала исходных данных для прогноза стали возможными благодаря успехам науки и техники.

Трудности прогноза шквалов и смерчей обусловлены тем, что еще не совсем ясен механизм их возникновения, сам по себе мно­гообразный. А порождающая их конвекция по своей природе очень изменчива во времени и простран­стве. Поэтому легче предсказать возможность шкваловойситуации, чем назвать конкретный пункт, через который пройдет шквал, и тем более смерч.

Прогноз смерчей

Коль скоро смерчи возникают в мощных куче­во-дождевых облаках, то для прогноза условий, благоприятных для их возникновения, справедли­вы все те приемы, которые приме­няются при предсказании шквалов и гроз, систем Сb с градом. Учиты­вается сказанное относительно условий развития, особо мощной конвективной облачности, возни­кающей при распространении влажного воздуха на сильно про­гретую территорию.

Прогноз начинают, естественно, с диагноза и затем прогноза си­ноптических условий. Как ясно из сказанного, смерчи связаны с холодным фронтом и прилегаю­щей частью теплого сектора раз­витого и углубляющегося волно­вого циклона. Установлено, что при давлении около 995— 1010 гПа; при более высоком давлении смерчи практически не наблюдаются. В теплом секторе развитого циклона иногда скла­дываются условия для образова­ния нового циклонического вихря. Такие ситуации сочетаются с раз­витием сильного южного потока теплого и влажного воздуха, в котором и возникают материнские Сb. Этот поток особенно активен, если барическая ложбина, в кото­рой лежит фронт, располагается вдоль восточных склонов гор (например, Карпат, Волыно-Подольской возвышенности или Ска­листых гор): подветренная при­земная барическая ложбина в большой степени обусловлена эффектом горного барьера и уси­ливается (углубляется) при днев­ном прогреве. В то же время с холодной стороны фронта проис­ходит энергичное вторжение хо­лода на юг от центра циклона (который сам при этом смещается к северу).

Однако материнские облака мо­гут возникать при разнообразных внешних условиях, близких к описанным, а смерчи в одних слу­чаях возникают, в других — нет.

Условия для смерчей специфич­ны в каждом географическом районе. Суть одного из приемов прогноза смерчей заключается в следующем. Сначала прогнози­руют положение приземных центров циклонов и фронтов на следующие сутки. На приземной прогностической карте нужно найти будущее положение зоны, благоприятной для развития Сb, с давлением ниже 995—1010 гПа и точкой росы выше 12—15° С. Затем по высотным прогностиче­ским картам определяют положе­ние области холодного воздуха. Совпадение последней с призем­ным очагом образования Сb опре­делит район возможного форми­рования материнских Сb, если влажная зона с затоком холода находится не дальше 200—600 км от центра циклона. И тогда при­ступают к вычислению конвекции, подобно тому как это делают для расчета шквалов и гроз (описано выше).

Однако при высоких значениях параметров конвекции, когда можно ожидать выноса влажного и теплого воздуха на прогретую территорию впереди холодного фронта, остается еще много не­ясного. Нет гарантии, что при всех показателях возникновения смерча он действительно возник­нет: лишь в одном из ста мощ­ных Сb рождается суперячейка, приводящая к возникновению единого мощного вихря в облаке. Но и в этом случае не всегда смерч опустится до земли; смер­чи движутся волнообразно и «скачками». А опустившись, смерч не всегда произведет разрушения; путь его неопределенный и прак­тически непредсказуем. Вот по­чему большое значение имеет знание местных условий погоды. Тем не менее состояние угрозы появления смерчей можно пред­сказывать. В США, где чаще, чем в других странах, бывают опасные смерчи, в 50-х г. создана Служба предупреждения торнадо, воору­женная новейшими приборами. При возникновении угрозы Служ­ба объявляет тревогу. При необ­ходимости Служба может пре­рвать программы радио- и теле­передач и объявить об опасности, чтобы уберечь население от тор­надо: ведь самое опасное в этих случаях — неожиданность появле­ния вихря и его уничтожающая сила. Работа Службы привела к заметному сокращению ущерба от торнадо, число человеческих жертв от них уменьшилось в 6—7 раз. Разрабатываются новые методы предупреждения и прог­ноза смерчей.

comments powered by HyperComments