УДК 551.515.9

Івус Г.П., к.геогр.н.,Хоменко Г.В., к.геогр.н.

Одеський державний екологічний університет

Зубкович С.О., ст.викл.

Харківський гідрометеорологічний технікум

ВИЗНАЧЕННЯ ЗОН НЕБЕЗПЕЧНОГО ВІТРУ .

Зроблено сумісний аналіз полів фронтального параметра і небезпечного приземного вітру (≥ 10 м∙с^-1). Визначено, що між вказаними полями існує кількісний зв’язок, який дозволяє вважати фронтальний параметр одним із предикторів при прогнозі сильного вітру і шквалів.

Ключові слова: фронтальний параметр, бароклінність, небезпечний вітер.

Вступ. Характерною рисою приземного вітру є його значна просторова та часова мінливість, тому що і напрямок, і швидкість вітру великою мірою визначається особливостями місцевих умов. Це стосується перш за все порівняно невеликих (< 10 м∙с^-1) швидкостей вітру. Але, коли при певних синоптичних ситуаціях складаються умови для посилення вітру (до 10 м∙с^-1 і більше), то значні швидкості вітру, навіть штормові, можуть спостерігатися над великими територіями. Вивчення таких ситуацій має велике практичне значення, оскільки вітри швидкістю> 12 м∙с^-1 є небезпечними для авіації, судноплавства, будівництва та інших галузей економіки.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є кількісна оцінка атмосферних процесів, що відбувалися в період 14-18 грудня 2009 р., впродовж якого над східними та південно-східними районами України сформувалися поля вітру швидкістю 12 м∙с^-1 і більше, а подекуди – штормові зони.

Відповідно до мети дослідження в роботі виконані такі етапи:

- зроблено якісний аналіз синоптичних процесів у вказаний період;

- розраховані поля фронтального параметра та відносного вихору для кількісного аналізу синоптичних процесів та атмосферних фронтів;

- зроблена оцінка можливості використання фронтального параметра для визначення зон небезпечного вітру.

Матеріали і методика дослідження. Для синоптичного аналізу атмосферних процесів використані приземні карти та карти баричної топографії за 00 год14-18 грудня 2009 р.

Розрахунки фронтального параметра виконані за результатами об’єктивного аналізу полів геопотенціалу, температури та вологості у вузлах географічної сітки точок з кроком 2,5^° по широті і довготі за 00 год14,15,16,17 та 18 грудня. Область розрахунку: 10-50^° сх.д. та 30-65^°півн.ш.

Фронтальний параметр ψ, який є характеристикою бароклінності нижньої половини тропосфери і являє собою горизонтальний градієнт модуля градієнта еквівалентної товщини шару ZTE між ізобаричними поверхнями 850-500 гПа, розраховувався за формулою:

,(1)

де - одиничний вектор, спрямований в область мінімальних значень температури і вологості;

- двовимірний векторний диференціальний оператор;

. (2)

В(2)Р- тиск, - функція від еквівалентної температури

. (3)

В формулах (2), (3) індекси u та e означають верхню та нижню ізобаричні поверхні, які обмежують шар атмосфери (в нашому випадку ізобаричні поверхні 500 і 850 гПа).

Відносний вихор у геострофічному наближенні розраховано за даними об’єктивного аналізу

,

де g – прискорення сили тяжіння, l - параметр Коріоліса, H – висота ізобаричної поверхні 500гПа;

- двовимірний оператор Лапласа.

Аналіз полів вітру зроблено за даними карт небезпечних явищ погоди та штормових оповіщень спільно з полями фронтального параметра та відносного вихору.

Результати досліджень та їх аналіз. Атмосферні процеси, які розглядаються в даній роботі, характеризувалися переважанням меридіональної циркуляції в середній та верхній тропосфері, що сприяло активізації процесів циклогенезу над Середземноморським басейном. Так, 14.12.09 р. над західною частиною Середземного моря сформувався циклон, який в першу половину періоду зміщувався у східному напрямку і 16 грудня його центральна частина знаходилася над Іонічним морем (рис.1а,б,в). Впродовж наступної доби циклон рухався в північно-східному напрямку і 17 грудня він визначав погодні умови над Чорноморським басейном ( рис.1г ). Як видно із рисунків, просуванню циклону на північ і схід перешкоджала смуга підвищеного тиску над центральними і східними районами європейської Росії. Тому 18 грудня, центральна частина циклону була розташована над Балканським півостровом і погодні умови над східною Україною зумовлювалися зоною підвищених градієнтів тиску, де проходили гілки арктичного фронту.

Рис. 1 – Приземний аналіз за 14, 15, 16, 17 грудня 2009 р. (а, б, в, г – відповідно).

Таким чином, посилення швидкості вітру в східних та південно-східних районах України відбувалося за рахунок зближення південного циклону з гребенем антициклону і, як наслідок, зближення систем арктичного та полярного фронтів. В період 15-18 грудня вказані райони знаходились під впливом висотної фронтальної зони, яка найбільшої інтенсивності (до 20 ^°C/1000 км)досягала саме 16-17 грудня, коли над більшою частиною східної України переважали вітри швидкістю від 12 до 16 м∙с^-1, а на узбережжі Азовського моря та в Криму швидкість вітру в окремих пунктах досягала 20-25 м∙с^-1 (рис.2а,б).

Рис. 2 – Карти штормових повідомлень про вітер: а) за 16.12.09 р.; б) за 17.12.09 р.

В останні роки в аналізі атмосферних процесів широко використовується така кількісна характеристика бароклінності, як фронтальний параметр ψ. Так, в багатьох наукових дослідженнях [1-4] показано, що застосування цієї характеристики є досить ефективним при визначенні фронтальних розділів та пов’язаних з ними зон опадів: отримано кількісний зв’язок параметра ψ з інтенсивністю опадів. В Російському ГМЦ в рамках технології ГІС „Метео” цей параметр використовується для оперативного прогнозу шквалів [1]. В роботі [5] викладені результати чисельних експериментів з прогнозування зон шквалів для території Західної Європи та європейської частини Росії з використанням різних предикторів і, зокрема, параметра ψ.

В даній роботі зроблена спроба знайти кількісний зв’язок полів небезпечного приземного вітру і параметра ψ для території України. Значимо, що поряд з параметром ψ в наукових дослідженнях [1,2] використовується ще й параметр F, який є сумою:

F = ψ + P, (4)

де P – характеризує в основному циклонічність поля тиску в нижній тропосфері. Тобто параметр F враховує і бароклінність нижньої половини тропосфери, і циклонічність поля тиску. Але алгоритм розрахунку параметра P досить складний і тому, в даній роботі, характер баричного поля визначався за допомогою геострофічного відносного вихору, значення якого розраховані за даними об’єктивного аналізу полів геопотенціалу ізобаричної поверхні 850 гПа за відповідні дні і строки.

В якості прикладу на рис.3 представлені поля фронтального параметра ψ і вихору швидкості _g за 16 і 17 грудня, коли атмосферні процеси були найбільш активними. Як видно із рис. 3 б, г, східна частина України знаходиться в перехідній зоні між областями з додатними величинами _g і від’ємними, тобто над територією, що досліджується, значення _g коливаються коло нуля. Слід відзначити, що такі значення _g зберігалися практично протягом всього розглянутого періоду. Це дає можливість стверджувати, що в даній синоптичній ситуації внесок циклонічності поля тиску незначний і формування полів небезпечного вітру зумовлене в основному бароклінним фактором.

Отже, розглянемо спочатку поля фронтального параметра і приземного тиску. Аналіз цих полів показав, що на початку періоду (14.12.09) велика зона додатних значень ψ знаходилась поза межами території України. Вона відповідала системі полярного і арктичного фронтів, які проходили над північною частиною Середземноморського басейну та над півостровом Малої Азії.

Протягом доби фронтальна система пересувалася в північно-східному напрямку і 15 грудня тепла ділянка арктичного фронту знаходилася вже над північним узбережжям Чорного моря (рис.1б). Цій ділянці фронту відповідає досить вузька зона додатних значень ψ (від 5 до 15 од; за одиницю береться значення ψ = 10^-10 м^-1). З 15 на 16 грудня відбулося зближення арктичного і полярного фронтів завдяки виходу південного циклону на східну частину Середземного моря і розповсюдженню відрогу сибірського антициклону на райони європейської Росії. Як видно із рис. 1в, 3а, зона додатних значень ψ змістилася на територію України разом з системою фронтів. Ця зона охопила область від 32 до 40 сх.д. і від 43 до 46^° півн.ш. Саме в цій зоні спостерігались вітри швидкістю більше 12 м∙с^-1. Найбільш сильні вітри (до 20-25 м∙с^-1) відмічалися поблизу 46^° півн.ш., де фронтальний параметр досягав 20 од. (рис.2а, 3а).

Рис. 3 – Поля фронтального параметра Ψ (10^-10 м^-1) та відносного вихору Ω_p(10^-5 с^-1) відповідно: а, б – за 16.12.09 р.; в, г–за 17.12.09 р.

Аналогічна картина спостерігалась 17 грудня (рис.2б, 3в), хоча швидкість вітру в Приазов’ї та Криму зменшилася, а смуга найбільш сильних вітрів (15-20 м∙с^-1) зсунулася на північ до 48^° півн.ш.

Висновки. Таким чином, сумісний аналіз полів фронтального параметра і приземного вітру показав, що між параметром ψ і швидкістю приземного вітру існує зв’язок, який орієнтовно можна виразити кількісно.

В нашому випадку швидкості 15-20 м∙с^-1 спостерігаються в зоні, де ψ коливається близько20 од. Швидкостям вітру 10-15 м∙с^-1 відповідають додатні значення параметра (до 15 од.). Більш слабкі вітри спостерігаються на тих ділянках поля тиску, де фронтальні умови відсутні, тобто параметр ψ набуває від’ємних значень.

На закінчення значимо, що викладені результати отримані для зимового випадку, пов’язаного з виходом південного циклону і його блокуванням відрогом сибірського антициклону, коли територія східної України знаходилася в перехідній зоні зі слабо вираженою циклонічністю. Тому, висновки з виконаного аналізу можна узагальнювати на схожі ситуації. Але основний висновок полягає в тому, що фронтальний параметр ψ можна використовувати як кількісну характеристику, в якості одного із предикторів при прогнозі сильного вітру і шквалів, що узгоджується з результатами роботи [5].

Список літератури

1. Акулиничева А.А., Беркович Л.В., Соломахов А.Ю., Шмелькин Ю.Л. идр.Геоинформационная система «Метео» и состояниееёиспользования в метеослужбах России и странближнегозарубежья // Метеорология и гидрология. – 2001. - № 11. – С. 90-98.

2. Шакина Н.П., Скриптунова Е.Н., Иванова А.Р., Калугина Г.Ю.Субъективный и объективныйанализыатмосферныхфронтов. ІІ Объективноевыделение зон фронтов // Метеорология и гидрология. – 1998. - № 8. – С. 5-15.

3. Шакина Н.П., Скриптунова Е.Н., Иванова А.Р.Объективныйанализатмосферныхфронтов и оценкаегоэффективности // Метеорология и гидрология. – 2000. - № 7. – С. 5-16.

4. Шакина Н.П., Скриптунова Е.Н. Спектр повторяемостиосадков на территорииЕвропейской части бывшего СССР в зависимости от интенсивностифронтальных зон и конвективнойнеустойчивостисеточногомасштаба // Метеорология и гидрология. – 2006. - № 4. – С. 5-18.

5. Юсупов Ю.И. К вопросу об оперативномпрогнозешквалов // Тр. ГМЦ РФ. – 2008.-вып.342.- С. 55-78.

Оопределения зон опасноговетра.

Ивус Г.П., Хоменко Г.В., Зубкович С.А.

Выполненсовместныйанализполей фронтального параметра и опасного приземного ветра(≥ 10 м∙с^-1). Определено, чтомеждууказанными полями существуетколичественнаясвязь, котораяпозволяетрассматриватьфронтальный параметр как один изпредикторов при прогнозе сильного ветра и шквалов.

Ключевые слова:фронтальный параметр, бароклинность, опасныйветер.

Determinationofhazardouswindzones.

Ivus G.P., Homenko G.V., Zubcovich S.A.

Combinedanalysisoffieldsofthefrontalparameterandhazardoussurfacewind (≥ 10 м∙с^-1) isexecuted. Itisfoundthatbetweenthesefields, thereisquantativerelation, whichmakesitpossibletoconsiderthefrontalparameterasoneofpredictorsforforecastofhighwindsandsqualls.

Keywords: frontalparameterbaroclinicity, hazardouswind.