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 год                       14-18 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 год 14, 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 500 гПа;

                                  - 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. 2 а, 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. 1 б). 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 Ωp (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 близько 20 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. и др. Геоинформационная система «Метео» и состояние её использования в метеослужбах России и стран ближнего зарубежья // Метеорология и гидрология. – 2001. - № 11. –              С. 90-98.

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

3. Шакина Н.П., Скриптунова Е.Н., Иванова А.Р. Объективный анализ атмосферных фронтов и оценка его эффективности // Метеорология и гидрология. – 2000. - № 7. –                  С. 5-16.

4. Шакина Н.П., Скриптунова Е.Н. Спектр повторяемости осадков на территории Европейской части бывшего СССР в зависимости от интенсивности фронтальных зон и конвективной неустойчивости сеточного масштаба  // Метеорология и гидрология. – 2006. - № 4. – С. 5-18.

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

 

Оопределения зон опасного ветра.

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

Выполнен совместный анализ полей фронтального параметра и опасного приземного ветра (≥ 10 м∙с-1). Определено, что между указанными полями существует количественная связь, которая позволяет рассматривать фронтальный параметр как один из предикторов при прогнозе сильного ветра и шквалов.

Ключевые слова: фронтальный параметр, бароклинность, опасный ветер.

 

Determination of hazardous wind zones.

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

Combined analysis of fields of the frontal parameter and hazardous surface wind (≥ 10 м∙с-1) is executed. It is found that between these fields, there is quantative relation, which makes it possible to consider the frontal parameter as one of predictors for forecast of high winds and squalls.

Keywords: frontal parameter baroclinicity, hazardous wind.