Зависимость высоты нижней границы облачности в Западной Сибири от метеорологических условий
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Физические условия образования низкой облачности 7
1.1 Основные понятия и характеристики низких облаков 7
1.2 Условия образования низких облаков 9
1.3 ВНГО и ее зависимость от метеорологических параметров 16
1.4 Методы прогноза ВНГО на территории Западной Сибири 19
2 Описание исходного материала, физико-географических и климатических
особенностей Западной Сибири 26
2.1 Физико-географическое описание региона 26
2.2 Особенности атмосферной циркуляции и общие сведения о климате 29
2.3 Синоптические ситуации при формировании низкой облачности над
территорией Западной Сибири 35
2.4 Сведения о пунктах наблюдения 37
3 Распределение ВНГО в Западной Сибири 43
3.1 Пространственное распределение повторяемости ВНГО по сезонам 43
3.2 Повторяемость ВНГО по градациям 45
3.3 Повторяемость ВНГО при различных формах низкой облачности 48
3.4 Суточный ход ВНГО по сезонам 53
3.5 Повторяемость ВНГО в зависимости от метеорологических параметров для
аэропортов 56
3.6 ВНГО в зависимости от адвективного изменения температуры воздуха 63
3.7 Расчет ВНГО по полуэмпирическим формулам 64
3.8 Синоптические типы, при которых наблюдается понижение высоты облаков
на территории Западной Сибири 66
3.9 Климатическая изменчивость ВНГО на метеостанциях Западной Сибири .. 72
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 80
Приложение А 85
Приложение Б 92
Приложение В 112
Приложение Г 118
Приложение Д 125
Приложение Е 131
1 Физические условия образования низкой облачности 7
1.1 Основные понятия и характеристики низких облаков 7
1.2 Условия образования низких облаков 9
1.3 ВНГО и ее зависимость от метеорологических параметров 16
1.4 Методы прогноза ВНГО на территории Западной Сибири 19
2 Описание исходного материала, физико-географических и климатических
особенностей Западной Сибири 26
2.1 Физико-географическое описание региона 26
2.2 Особенности атмосферной циркуляции и общие сведения о климате 29
2.3 Синоптические ситуации при формировании низкой облачности над
территорией Западной Сибири 35
2.4 Сведения о пунктах наблюдения 37
3 Распределение ВНГО в Западной Сибири 43
3.1 Пространственное распределение повторяемости ВНГО по сезонам 43
3.2 Повторяемость ВНГО по градациям 45
3.3 Повторяемость ВНГО при различных формах низкой облачности 48
3.4 Суточный ход ВНГО по сезонам 53
3.5 Повторяемость ВНГО в зависимости от метеорологических параметров для
аэропортов 56
3.6 ВНГО в зависимости от адвективного изменения температуры воздуха 63
3.7 Расчет ВНГО по полуэмпирическим формулам 64
3.8 Синоптические типы, при которых наблюдается понижение высоты облаков
на территории Западной Сибири 66
3.9 Климатическая изменчивость ВНГО на метеостанциях Западной Сибири .. 72
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 80
Приложение А 85
Приложение Б 92
Приложение В 112
Приложение Г 118
Приложение Д 125
Приложение Е 131
Облачность является существенным погодообразующим фактором, а также принимает участие в формировании климата. Облака играют важную роль в регулировании теплового баланса на Земле, они имеют способность отражать и рассеивать приходящее солнечное излучение, а также поглощать излучаемую энергию, приходящей от земной поверхности. Процесс образования облаков является сложным и недостаточно подробно изученным, так как для их формирования задействовано множество других процессов. Поскольку облака являются источником опасных явлений погоды, они значительно оказывают влияние на различные сферы жизнедеятельности.
В Западной Сибири присутствует большое разнообразие природных ландшафтов, и в связи с этим велико и разнообразие в распределении атмосферных явлений. Исследуемая территория занимает большие пространства, и она подвержена влиянию и приходу различных воздушных масс, барических образований.
Низкая облачность является опасным явлением погоды и прежде всего ее изучение необходимо синоптикам для краткосрочных авиационных прогнозов погоды. Облака нижнего яруса часто ухудшают видимость, тем самым затрудняя работу транспорта, особенно авиации, так как нижняя граница этих облаков находится на высоте в пределах двух километров и может повлиять на важнейшие этапы полета воздушных судов - взлета и посадки. Немаловажно и то, что данные и анализ о характеристиках облачности являются необходимым звеном в описании климата и его изменения в различных регионах, в том числе и в Западной Сибири.
Таким образом, характеристика высоты нижней границы облачности является важной для обеспечения безопасности полетов воздушных судов, она требует глубокого рассмотрения условий и процессов, приводящих к наличию или понижению высоты низких облаков. И эти знания, в свою очередь, помогают при корректировках уже существующих методов или способствуют разработке новых прогнозов. В этом и заключается актуальность темы исследования.
Цель выпускной квалификационной работы заключается в изучении влияния метеорологических условий, синоптических процессов и особенностей общей циркуляции атмосферы на характеристику высоты нижней границы низких облаков на территории Западной Сибири.
И для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) проанализировать распределение повторяемости ВНГО по территории Западной Сибири;
2) проанализировать суточный ход и распределение ВНГО по градациям высоты;
3) рассмотреть зависимость ВНГО от дефицита точки росы, температуры воздуха, скорости и направления ветра, адвективных изменений температуры и при различных формах облачности;
4) проанализировать результаты расчета прогностических значений ВНГО по полуэмпирическим формулам;
5) определить типы и повторяемость синоптических ситуаций, при которых наблюдается понижение ВНГО менее 300 м;
6) исследовать климатическую изменчивость высоты нижней границы облачности.
Выпускная квалификационная работа (магистерская диссертация) включает 3 главы. В первой главе рассмотрены физические условия образования низких облаков, основные понятия и характеристики облаков, методы прогноза низкой облачности на территории Западной Сибири. Во второй главе уделяется внимание описанию территории исследования, ее физико-географические и климатические особенности. В третьей главе описаны результаты самостоятельного исследования на основании актуальных данных о погоде; проводился анализ высоты нижней границы облачности в зависимости от различных характеристик (условий) для метеостанций и аэропортов Западной Сибири; здесь представлены полученные таблицы и рисунки с повторяемостью низких облаков, также определены синоптические типы по приземным картам погоды, приводящих к образованию никой облачности; использовалась климатическая информация для изучения изменчивости высоты низких облаков в данном регионе исследования. В заключении представлены основные выводы, полученные в результате исследования.
В работе использовались архивные фактические данные за период с 2016 по 2020 гг. для аэропортов; с 2005 по 2020 гг. для выбранных метеостанций; для исследования изменчивости ВНГО данные с 1970 по 2020 гг. для трех метеостанций, а также архив кольцевых карт за 2020 год. Все данные были взяты с открытых источников: Расписание погоды (https://rp5.ru), Мировой центр данных ВНИИГМИ-МЦД (http://meteo.ru), архив кольцевых карт погоды Метеоцентр. Азия (http://meteocenter.net).
В Западной Сибири присутствует большое разнообразие природных ландшафтов, и в связи с этим велико и разнообразие в распределении атмосферных явлений. Исследуемая территория занимает большие пространства, и она подвержена влиянию и приходу различных воздушных масс, барических образований.
Низкая облачность является опасным явлением погоды и прежде всего ее изучение необходимо синоптикам для краткосрочных авиационных прогнозов погоды. Облака нижнего яруса часто ухудшают видимость, тем самым затрудняя работу транспорта, особенно авиации, так как нижняя граница этих облаков находится на высоте в пределах двух километров и может повлиять на важнейшие этапы полета воздушных судов - взлета и посадки. Немаловажно и то, что данные и анализ о характеристиках облачности являются необходимым звеном в описании климата и его изменения в различных регионах, в том числе и в Западной Сибири.
Таким образом, характеристика высоты нижней границы облачности является важной для обеспечения безопасности полетов воздушных судов, она требует глубокого рассмотрения условий и процессов, приводящих к наличию или понижению высоты низких облаков. И эти знания, в свою очередь, помогают при корректировках уже существующих методов или способствуют разработке новых прогнозов. В этом и заключается актуальность темы исследования.
Цель выпускной квалификационной работы заключается в изучении влияния метеорологических условий, синоптических процессов и особенностей общей циркуляции атмосферы на характеристику высоты нижней границы низких облаков на территории Западной Сибири.
И для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) проанализировать распределение повторяемости ВНГО по территории Западной Сибири;
2) проанализировать суточный ход и распределение ВНГО по градациям высоты;
3) рассмотреть зависимость ВНГО от дефицита точки росы, температуры воздуха, скорости и направления ветра, адвективных изменений температуры и при различных формах облачности;
4) проанализировать результаты расчета прогностических значений ВНГО по полуэмпирическим формулам;
5) определить типы и повторяемость синоптических ситуаций, при которых наблюдается понижение ВНГО менее 300 м;
6) исследовать климатическую изменчивость высоты нижней границы облачности.
Выпускная квалификационная работа (магистерская диссертация) включает 3 главы. В первой главе рассмотрены физические условия образования низких облаков, основные понятия и характеристики облаков, методы прогноза низкой облачности на территории Западной Сибири. Во второй главе уделяется внимание описанию территории исследования, ее физико-географические и климатические особенности. В третьей главе описаны результаты самостоятельного исследования на основании актуальных данных о погоде; проводился анализ высоты нижней границы облачности в зависимости от различных характеристик (условий) для метеостанций и аэропортов Западной Сибири; здесь представлены полученные таблицы и рисунки с повторяемостью низких облаков, также определены синоптические типы по приземным картам погоды, приводящих к образованию никой облачности; использовалась климатическая информация для изучения изменчивости высоты низких облаков в данном регионе исследования. В заключении представлены основные выводы, полученные в результате исследования.
В работе использовались архивные фактические данные за период с 2016 по 2020 гг. для аэропортов; с 2005 по 2020 гг. для выбранных метеостанций; для исследования изменчивости ВНГО данные с 1970 по 2020 гг. для трех метеостанций, а также архив кольцевых карт за 2020 год. Все данные были взяты с открытых источников: Расписание погоды (https://rp5.ru), Мировой центр данных ВНИИГМИ-МЦД (http://meteo.ru), архив кольцевых карт погоды Метеоцентр. Азия (http://meteocenter.net).
Низкая облачность с низкими значения высоты основания является одним из опасных явлений погоды в авиации, поскольку она ухудшает видимость и усложняет или делает невозможным взлет или посадку воздушного судна. Таким образом нарушается безопасность и регулярность полетов.
Получение качественных данных о ВНГО и последующая их обработка по определенной выборке позволяют учитывать изменение характеристики совместно с влиянием местных условий среды. Получение зависимостей ВНГО от определенных метеорологических условий и параметров и их пределов на метеостанциях Западной Сибири могут служить предикторами в различных методах прогноза. Основной целью данной работы и было определение этих зависимостей и значений для различных частей исследуемого региона.
Поставленная цель и задачи выполнены и на основании проведенных исследований можно сделать основные выводы:
1. Повторяемость ВНГО максимальна в период осени и начала зимы в северной части региона. Это можно объяснить циклонической деятельностью на арктическом фронте и влиянием арктических морей. В южной части региона повторяемости ВНГО низкие и зимой, и летом. Зимой из-за влияния Сибирского антициклона, в другие сезоны на юго-востоке Западной-Сибирской равнины возможно влияние распространяющихся волн тепла с юго-запада.
2. Максимумы повторяемости ВНГО во все сезоны наблюдаются чаще всего на градациях 300-600 м и 600-1000 м; наиболее опасные градации до 300 м чаще встречаются зимой на севере региона.
3. Суточный ход ВНГО для зимнего и летнего сезона схож, максимум
низких облаков чаще встречается в утренние часы (8-9 ч). Сильная изменчивость в суточном ходе в южных районах объясняется низкой повторяемостью ВНГО меньше 300 м.
4. На территории Западной Сибири характерным типом облачности зимой и летом отмечались в большей степени облака турбулентного перемешивания - слоистые, следовательно, чаще встречались теплые и холодные воздушные массы, или же в приземных слоях наблюдался туман, который при поднятии воздуха и усилении ветра постепенно переходил в слоистую облачность. По мере продвижения на юг, повторяемость низких облаков уменьшается зимой и летом.
5. ВНГО существенно зависит от дефицита температуры точки росы. В среднем, годовой ход низкой облачности в зависимости от дефицита на рассматриваемых шести станциях Западной Сибири максимален при градации по высоте от 0 до 600 м в градации по дефициту 0-4 оС.
6. Основание низких облаков образуется чаще при слабом ветре до 3 м/c. Зимой выражена наиболее сильная континентальность в Западно- Сибирской низменности и в связи с частым развитием областей высокого давления повторяемость южных и юго-западных ветров возрастает. Летом чаще встречаются направления северной четверти, так как по сравнению с зимой резко меняются циркуляционные условия атмосферы, с северными ветрами переносится воздух из Арктики.
7. Адвективное изменение температуры за 12 ч в аэропортах показало, что максимум повторяемости для градаций до 100-300 м отмечалось чаще при повышении температуры воздуха зимой, а летом облака с высотой до 300 м чаще формировались при понижении температуры.
8. Определение ВНГО по полуэмпирическим формулам не является качественным методом, требуется учет местных условий, а также качественных данных характеристик низкой облачности в приземном слое.
9. Выделены основные синоптические типы, при которых наблюдается понижение высоты облаков. Наибольшая повторяемость опускания основания низких облаков до 300 м наблюдалась при фронтальной деятельности (влияние теплых и холодных фронтов во все сезоны). Для центральной части Западной Сибири характерно влияние как циклонов западного, северного и южного типов, так и влияние различных антициклонов и малоградиентных полей.
10. Наблюдается климатическая изменчивость ВНГО особо низких градаций по сезонам и в общем виде преобладает тенденция на уменьшение встречаемости низких облаков с 1970 по 2020 гг. в центральной и южной частях Западной Сибири и тенденция на увеличение на севере региона.
Получение качественных данных о ВНГО и последующая их обработка по определенной выборке позволяют учитывать изменение характеристики совместно с влиянием местных условий среды. Получение зависимостей ВНГО от определенных метеорологических условий и параметров и их пределов на метеостанциях Западной Сибири могут служить предикторами в различных методах прогноза. Основной целью данной работы и было определение этих зависимостей и значений для различных частей исследуемого региона.
Поставленная цель и задачи выполнены и на основании проведенных исследований можно сделать основные выводы:
1. Повторяемость ВНГО максимальна в период осени и начала зимы в северной части региона. Это можно объяснить циклонической деятельностью на арктическом фронте и влиянием арктических морей. В южной части региона повторяемости ВНГО низкие и зимой, и летом. Зимой из-за влияния Сибирского антициклона, в другие сезоны на юго-востоке Западной-Сибирской равнины возможно влияние распространяющихся волн тепла с юго-запада.
2. Максимумы повторяемости ВНГО во все сезоны наблюдаются чаще всего на градациях 300-600 м и 600-1000 м; наиболее опасные градации до 300 м чаще встречаются зимой на севере региона.
3. Суточный ход ВНГО для зимнего и летнего сезона схож, максимум
низких облаков чаще встречается в утренние часы (8-9 ч). Сильная изменчивость в суточном ходе в южных районах объясняется низкой повторяемостью ВНГО меньше 300 м.
4. На территории Западной Сибири характерным типом облачности зимой и летом отмечались в большей степени облака турбулентного перемешивания - слоистые, следовательно, чаще встречались теплые и холодные воздушные массы, или же в приземных слоях наблюдался туман, который при поднятии воздуха и усилении ветра постепенно переходил в слоистую облачность. По мере продвижения на юг, повторяемость низких облаков уменьшается зимой и летом.
5. ВНГО существенно зависит от дефицита температуры точки росы. В среднем, годовой ход низкой облачности в зависимости от дефицита на рассматриваемых шести станциях Западной Сибири максимален при градации по высоте от 0 до 600 м в градации по дефициту 0-4 оС.
6. Основание низких облаков образуется чаще при слабом ветре до 3 м/c. Зимой выражена наиболее сильная континентальность в Западно- Сибирской низменности и в связи с частым развитием областей высокого давления повторяемость южных и юго-западных ветров возрастает. Летом чаще встречаются направления северной четверти, так как по сравнению с зимой резко меняются циркуляционные условия атмосферы, с северными ветрами переносится воздух из Арктики.
7. Адвективное изменение температуры за 12 ч в аэропортах показало, что максимум повторяемости для градаций до 100-300 м отмечалось чаще при повышении температуры воздуха зимой, а летом облака с высотой до 300 м чаще формировались при понижении температуры.
8. Определение ВНГО по полуэмпирическим формулам не является качественным методом, требуется учет местных условий, а также качественных данных характеристик низкой облачности в приземном слое.
9. Выделены основные синоптические типы, при которых наблюдается понижение высоты облаков. Наибольшая повторяемость опускания основания низких облаков до 300 м наблюдалась при фронтальной деятельности (влияние теплых и холодных фронтов во все сезоны). Для центральной части Западной Сибири характерно влияние как циклонов западного, северного и южного типов, так и влияние различных антициклонов и малоградиентных полей.
10. Наблюдается климатическая изменчивость ВНГО особо низких градаций по сезонам и в общем виде преобладает тенденция на уменьшение встречаемости низких облаков с 1970 по 2020 гг. в центральной и южной частях Западной Сибири и тенденция на увеличение на севере региона.
