Анализ особенностей циклогенеза в горных районах с использованием спутниковой съемки
|
СОКРАЩЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1. Циклогенез 8
1.1 Общие понятия 8
1.2 Классификация циклонов 9
1.3 Стадии развития циклонов 10
1.4 Облачные системы циклонических образований на спутниковых 11
изображениях
1.5 Признаки циклогенеза на спутниковых изображениях 12
1.6 Эволюция и перемещение циклонических образований на 13
спутниковых изображениях
2. Орографическое влияние на воздушные массы, атмосферные фронты и 16
барические образования
2.1 Общая характеристика орографического влияния 16
2.2 Влияние орографии на влажность и температуру воздуха 18
2.3 Влияние орографии на ветер 20
2.4 Влияние орографии на атмосферные фронты 23
2.4.1 Деформация атмосферных фронтов за счет орографии 23
2.4.2 Эволюция атмосферных фронтов за счет орографии 25
2.5 Влияние орографии на перемещение барических образований 26
2.6 Орографический циклогенез 26
2.6.1 Возникновение и развитие скагерракского циклона 27
2.6.2 Возникновение и развитие генуэзского циклона 28
2.6.3 Возникновение и развитие карпатского циклона 29
2.7 Сегментация циклонов 30
3. Спутниковые системы. Спутниковая информация. Модели, 33 используемые для обработки спутниковых изображений
3.1 Метеорологические спутники Земли 33
3.2 Дистанционное зондирование 35
3.3 Временная и географическая привязка спутникового изображения 35
3.4 Дешифрирование спутникового изображения 36
3.5 Модели, применяемые в обработке спутниковых изображений 37
4. Анализ особенностей циклогенеза в горной местности с 40 использованием спутниковых снимков
4.1 Г енуэзский циклон 40
4.2 Карпатский циклон 45
4.3 Скагерракский циклон 49
4.4 Задержка атмосферного фронта орографическим препятствием 54
4.5 Сегментация циклона 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 67
ПРИЛОЖЕНИЕ А 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 72
ПРИЛОЖЕНИЕ В 75
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 78
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 81
ВВЕДЕНИЕ 5
1. Циклогенез 8
1.1 Общие понятия 8
1.2 Классификация циклонов 9
1.3 Стадии развития циклонов 10
1.4 Облачные системы циклонических образований на спутниковых 11
изображениях
1.5 Признаки циклогенеза на спутниковых изображениях 12
1.6 Эволюция и перемещение циклонических образований на 13
спутниковых изображениях
2. Орографическое влияние на воздушные массы, атмосферные фронты и 16
барические образования
2.1 Общая характеристика орографического влияния 16
2.2 Влияние орографии на влажность и температуру воздуха 18
2.3 Влияние орографии на ветер 20
2.4 Влияние орографии на атмосферные фронты 23
2.4.1 Деформация атмосферных фронтов за счет орографии 23
2.4.2 Эволюция атмосферных фронтов за счет орографии 25
2.5 Влияние орографии на перемещение барических образований 26
2.6 Орографический циклогенез 26
2.6.1 Возникновение и развитие скагерракского циклона 27
2.6.2 Возникновение и развитие генуэзского циклона 28
2.6.3 Возникновение и развитие карпатского циклона 29
2.7 Сегментация циклонов 30
3. Спутниковые системы. Спутниковая информация. Модели, 33 используемые для обработки спутниковых изображений
3.1 Метеорологические спутники Земли 33
3.2 Дистанционное зондирование 35
3.3 Временная и географическая привязка спутникового изображения 35
3.4 Дешифрирование спутникового изображения 36
3.5 Модели, применяемые в обработке спутниковых изображений 37
4. Анализ особенностей циклогенеза в горной местности с 40 использованием спутниковых снимков
4.1 Г енуэзский циклон 40
4.2 Карпатский циклон 45
4.3 Скагерракский циклон 49
4.4 Задержка атмосферного фронта орографическим препятствием 54
4.5 Сегментация циклона 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 67
ПРИЛОЖЕНИЕ А 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 72
ПРИЛОЖЕНИЕ В 75
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 78
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 81
Формирование воздушных масс, появление барических образований, облакообразование и формирование осадков происходит благодаря взаимодействию атмосферы Земли и её рельефа. Огромную роль в формировании барических образований и влиянии на их перемещение, эволюцию и какое-либо изменение играют горные массивы. Климат горной местности характеризуется обычно пониженным давлением, повышенной интенсивностью солнечной радиации, пониженной температурой и влажностью воздуха, большим количеством осадков, наличием местных ветров и чистотой воздуха в целом. Вышеперечисленные факторы являются хорошим триггерным механизмом для изменения свойств воздушной массы, возникновения циклогенеза, появления орографической облачности и т.д. От этих изменений в погодных условиях могут появляться опасные явления, которые могут нанести ущерб не только имуществу человека, но и его здоровью. Чтобы избежать больших потерь, их нужно уметь вовремя обнаружить, проанализировать и спрогнозировать.
Целью данной работы является использование спутниковой съемки с применением RGB-модели при анализе особенностей циклогенеза в горной местности, оценка успешности выбранной модели с целью предотвращения опасных явлений погоды и её уточнение с помощью синоптических карт погоды.
Для достижения цели необходимо поставить частные задачи данной выпускной квалификационной работы:
1. Исследовать метеорологические условия возникновения циклогенеза;
2. Исследовать характеристики влияния орографических препятствий на барические образования;
3. Провести выборку дат со случаями орографического влияния на барические образования за период январь 2010 года - апрель 2020 года;
4. Получить синоптические карты за выбранные даты с целью получения информации о погодной ситуации в исследуемом регионе;
5. Получить спутниковые снимки за выбранные даты, необходимые для обработки и анализа погодной ситуации;
6. Провести обработку полученных спутниковых снимков с использованием RGB-модели;
7. Выполнение анализа полученных данных.
Предметом исследования являются спутниковые снимки, обработанные с применением RGB-модели, и синоптические карты погоды. Для данной работы были выбраны случаи с видимым влиянием орографических препятствий на барические образования. В качестве изучаемой местности было принято решение выбрать Европу, т.к. на данной территории находится большое количество горных массивов, которые оказывают влияние на воздушные массы. Также выбор пал на эту область за счёт того, что она находится рядом с Россией, следовательно, прогнозирование развития и перемещения барических образований, а также опасных явлений погоды являются необходимыми знаниями для русских метеорологов.
Совершенствование методов прогнозирования опасных явлений погоды, исследование условий возникновения барических образований, их развитие и перемещение являются важной задачей для современного метеоролога на сегодняшний день. Именно в этом заключается актуальность данной работы.
Актуальность данной работы заключается в улучшении качества прогнозов опасных явлений погоды с использованием спутниковых снимков, которые обработаны с помощью RGB-модели.
Выпускная квалификационная работа состоит из 4 глав.
В первой главе представлена основная информация о циклонах. Рассматриваются их классификации, стадии развития, эволюция и перемещение, характерная облачность для данного типа барических образований и основные признаки циклогенеза.
Во второй главе рассматривается орографическое влияние на термогигрометрические характеристики, ветер, атмосферные фронты, барические образования. Особое внимание уделяется таким понятиям, как орографический циклогенез и сегментация циклонов.
В третьей главе данной работы представлена информация о метеорологических спутниках Земли, принципах получения спутникового изображения, способах его дешифрирования и обработки.
В четвёртой главе проведен анализ синоптических карт погоды и обработанных спутниковых снимков, изучена микрофизика облачности орографического циклогенеза, выявлено возможное возникновение опасных явлений погоды.
Целью данной работы является использование спутниковой съемки с применением RGB-модели при анализе особенностей циклогенеза в горной местности, оценка успешности выбранной модели с целью предотвращения опасных явлений погоды и её уточнение с помощью синоптических карт погоды.
Для достижения цели необходимо поставить частные задачи данной выпускной квалификационной работы:
1. Исследовать метеорологические условия возникновения циклогенеза;
2. Исследовать характеристики влияния орографических препятствий на барические образования;
3. Провести выборку дат со случаями орографического влияния на барические образования за период январь 2010 года - апрель 2020 года;
4. Получить синоптические карты за выбранные даты с целью получения информации о погодной ситуации в исследуемом регионе;
5. Получить спутниковые снимки за выбранные даты, необходимые для обработки и анализа погодной ситуации;
6. Провести обработку полученных спутниковых снимков с использованием RGB-модели;
7. Выполнение анализа полученных данных.
Предметом исследования являются спутниковые снимки, обработанные с применением RGB-модели, и синоптические карты погоды. Для данной работы были выбраны случаи с видимым влиянием орографических препятствий на барические образования. В качестве изучаемой местности было принято решение выбрать Европу, т.к. на данной территории находится большое количество горных массивов, которые оказывают влияние на воздушные массы. Также выбор пал на эту область за счёт того, что она находится рядом с Россией, следовательно, прогнозирование развития и перемещения барических образований, а также опасных явлений погоды являются необходимыми знаниями для русских метеорологов.
Совершенствование методов прогнозирования опасных явлений погоды, исследование условий возникновения барических образований, их развитие и перемещение являются важной задачей для современного метеоролога на сегодняшний день. Именно в этом заключается актуальность данной работы.
Актуальность данной работы заключается в улучшении качества прогнозов опасных явлений погоды с использованием спутниковых снимков, которые обработаны с помощью RGB-модели.
Выпускная квалификационная работа состоит из 4 глав.
В первой главе представлена основная информация о циклонах. Рассматриваются их классификации, стадии развития, эволюция и перемещение, характерная облачность для данного типа барических образований и основные признаки циклогенеза.
Во второй главе рассматривается орографическое влияние на термогигрометрические характеристики, ветер, атмосферные фронты, барические образования. Особое внимание уделяется таким понятиям, как орографический циклогенез и сегментация циклонов.
В третьей главе данной работы представлена информация о метеорологических спутниках Земли, принципах получения спутникового изображения, способах его дешифрирования и обработки.
В четвёртой главе проведен анализ синоптических карт погоды и обработанных спутниковых снимков, изучена микрофизика облачности орографического циклогенеза, выявлено возможное возникновение опасных явлений погоды.
Поставленная в начале данной работы цель, а именно анализ особенностей циклогенеза в горных районах с использованием спутниковой съёмки с применением RGB-модели с целью предотвращения опасных явлений погоды, а также её уточнение, в ходе выполнения работы была полностью достигнута.
Для успешного достижения цели были решены следующие частные задачи:
1. Было проведено тщательное исследование метеорологических условий возникновения циклогенеза, а также его особенностей развития, признаков и облачности;
2. Было проведено исследование особенностей влияния орографических препятствий на термогигрометрические характеристики воздушных масс, ветер, барические образования, атмосферные фронты, орографический циклогенез и сегментацию циклонов;
3. Была выполнена выборка дат со случаями орографического влияния на барические образования за период январь 2010 года - апрель 2020 года;
4. Были получены синоптические карты за выбранный период, которые были нужны для получения информации о погодной ситуации в исследуемом регионе;
5. Были получены спутниковые снимки за выбранные даты, для которых было необходимо выполнить обработку и анализ погодной ситуации;
6. Была произведена обработка полученных спутниковых снимков с использованием RGB-модели;
7. Выполнен анализ полученных данных.
В соответствии с выполненной работой можно сделать следующие выводы:
1. При проведении выборки дат было выявлено 10 случаев орографического влияния на барические образования, из них генуэзский циклон (2 случая), карпатский циклон (2 случая), скагерракский циклон (2 случая), задержка атмосферного фронта горным массивом (2 случая) и сегментация циклона (2 случая).
2. При выборке случаев влияния орографических препятствий были выявлены следующие закономерности: генуэзские циклоны зафиксированы в январе, карпатские циклоны - наблюдались в весенние месяцы (конец апреля, начало мая), скагерракские циклоны фиксировались в тёплый период года (конец мая, начало июля), сегментация циклонов была в летний период (конец июля, начало августа). И только задержка атмосферных фронтов горными препятствиями фиксировалась в мае и октябре.
3. При анализе синоптических карт в некоторых случаях информация об исследуемом барическом образовании имелась, в то время как в большинстве случаев наблюдалось либо частичное, либо полное отсутствие какой-либо информации в изучаемом регионе. Таким образом, можно сделать вывод, что синоптические карты не могут дать полноценный прогноз развития и перемещения барического образования.
4. При анализе микрофизики облачных массивов было выявлено, что появление плотной ледяной облачности с крупными и мелкими частицами наблюдается в 8-ми из 10-ти случаях, в то время как появление плотных водных облаков с большими и мелкими частицами прослеживается в 2 -ух из 10-ти случаях.
Таким образом, проанализировав микрофизику облачных массивов барических образований и изучив закономерность их повторяемости, можно предположить, какие опасные явления могут возникнуть в том или ином случае. Генуэзские циклоны встречаются в холодный период года, и его облачный массив состоит из плотных водных облаков с крупными частицами, следовательно, можно ожидать низкую слоистообразную облачность и моросящие и/или ливневые осадки. Данное сочетание несёт в себе опасность, потому что происходит ухудшение видимости. Низкая видимость является одной из основных проблем, которая затрудняет выполнение полётов воздушных судов. Карпатские циклоны наблюдались в весенний период, облачность данного вида циклонов состоит из плотных ледяных и водных облаков с крупными частицами. Данный тип облачности в тёплый период года может нести за собой осадки в виде мокрого снега (в зависимости от типа воздушной массы, находящейся в регионе) и/или дождя (моросящего и/или ливневого). Происходит также ухудшение видимости, которое, как было уже сказано, является проблемой для полётов ВС. Мокрый снег может привести к возникновению коллапсов на автомобильных дорогах, а также привести к проблемам в сельском хозяйстве. Скагерракские циклоны были зафиксированы в тёплый период года, их облачность состоит из плотных ледяных и водных облаков с крупными и мелкими частицами. На снимках чётко прослеживается слоистая и кучевая облачность. В летний период такой тип облачности в сочетании с микрофизической структурой может нести за собой осадки в виде ливневого (или моросящего) дождя и/или града, а также могут встречаться грозы. Данные явления приносят опасность ВС, сельскому хозяйству, человеку и его имуществу. Сегментация циклонов наблюдалась в летние месяцы, облачность состоит из плотных ледяных облаков с крупными частицами. Данный тип облачности в летний период года принесёт осадки в виде града и/или ливневого (или моросящего) дождя. Осадки, находящиеся в жидкой фазе, ухудшают видимость, град наносит серьёзный материальный ущерб сельскому хозяйству, имуществу человека, а также может причинить физический вред и ему самому. Облачность задержанного атмосферного фронта орографическим препятствием в теплый период года состоит из плотных ледяных облаков. В данном случае могут наблюдаться осадки в виде ливневого (или моросящего) дождя и/или града. Опасность данного вида осадков описана выше. Облачность задержанного фронта в холодный период года также состоит из плотных ледяных облаков с большими частицами. В этом случае осадки будут в виде снега. Снег сильной интенсивности также вызывает ухудшение видимости.
Для успешного достижения цели были решены следующие частные задачи:
1. Было проведено тщательное исследование метеорологических условий возникновения циклогенеза, а также его особенностей развития, признаков и облачности;
2. Было проведено исследование особенностей влияния орографических препятствий на термогигрометрические характеристики воздушных масс, ветер, барические образования, атмосферные фронты, орографический циклогенез и сегментацию циклонов;
3. Была выполнена выборка дат со случаями орографического влияния на барические образования за период январь 2010 года - апрель 2020 года;
4. Были получены синоптические карты за выбранный период, которые были нужны для получения информации о погодной ситуации в исследуемом регионе;
5. Были получены спутниковые снимки за выбранные даты, для которых было необходимо выполнить обработку и анализ погодной ситуации;
6. Была произведена обработка полученных спутниковых снимков с использованием RGB-модели;
7. Выполнен анализ полученных данных.
В соответствии с выполненной работой можно сделать следующие выводы:
1. При проведении выборки дат было выявлено 10 случаев орографического влияния на барические образования, из них генуэзский циклон (2 случая), карпатский циклон (2 случая), скагерракский циклон (2 случая), задержка атмосферного фронта горным массивом (2 случая) и сегментация циклона (2 случая).
2. При выборке случаев влияния орографических препятствий были выявлены следующие закономерности: генуэзские циклоны зафиксированы в январе, карпатские циклоны - наблюдались в весенние месяцы (конец апреля, начало мая), скагерракские циклоны фиксировались в тёплый период года (конец мая, начало июля), сегментация циклонов была в летний период (конец июля, начало августа). И только задержка атмосферных фронтов горными препятствиями фиксировалась в мае и октябре.
3. При анализе синоптических карт в некоторых случаях информация об исследуемом барическом образовании имелась, в то время как в большинстве случаев наблюдалось либо частичное, либо полное отсутствие какой-либо информации в изучаемом регионе. Таким образом, можно сделать вывод, что синоптические карты не могут дать полноценный прогноз развития и перемещения барического образования.
4. При анализе микрофизики облачных массивов было выявлено, что появление плотной ледяной облачности с крупными и мелкими частицами наблюдается в 8-ми из 10-ти случаях, в то время как появление плотных водных облаков с большими и мелкими частицами прослеживается в 2 -ух из 10-ти случаях.
Таким образом, проанализировав микрофизику облачных массивов барических образований и изучив закономерность их повторяемости, можно предположить, какие опасные явления могут возникнуть в том или ином случае. Генуэзские циклоны встречаются в холодный период года, и его облачный массив состоит из плотных водных облаков с крупными частицами, следовательно, можно ожидать низкую слоистообразную облачность и моросящие и/или ливневые осадки. Данное сочетание несёт в себе опасность, потому что происходит ухудшение видимости. Низкая видимость является одной из основных проблем, которая затрудняет выполнение полётов воздушных судов. Карпатские циклоны наблюдались в весенний период, облачность данного вида циклонов состоит из плотных ледяных и водных облаков с крупными частицами. Данный тип облачности в тёплый период года может нести за собой осадки в виде мокрого снега (в зависимости от типа воздушной массы, находящейся в регионе) и/или дождя (моросящего и/или ливневого). Происходит также ухудшение видимости, которое, как было уже сказано, является проблемой для полётов ВС. Мокрый снег может привести к возникновению коллапсов на автомобильных дорогах, а также привести к проблемам в сельском хозяйстве. Скагерракские циклоны были зафиксированы в тёплый период года, их облачность состоит из плотных ледяных и водных облаков с крупными и мелкими частицами. На снимках чётко прослеживается слоистая и кучевая облачность. В летний период такой тип облачности в сочетании с микрофизической структурой может нести за собой осадки в виде ливневого (или моросящего) дождя и/или града, а также могут встречаться грозы. Данные явления приносят опасность ВС, сельскому хозяйству, человеку и его имуществу. Сегментация циклонов наблюдалась в летние месяцы, облачность состоит из плотных ледяных облаков с крупными частицами. Данный тип облачности в летний период года принесёт осадки в виде града и/или ливневого (или моросящего) дождя. Осадки, находящиеся в жидкой фазе, ухудшают видимость, град наносит серьёзный материальный ущерб сельскому хозяйству, имуществу человека, а также может причинить физический вред и ему самому. Облачность задержанного атмосферного фронта орографическим препятствием в теплый период года состоит из плотных ледяных облаков. В данном случае могут наблюдаться осадки в виде ливневого (или моросящего) дождя и/или града. Опасность данного вида осадков описана выше. Облачность задержанного фронта в холодный период года также состоит из плотных ледяных облаков с большими частицами. В этом случае осадки будут в виде снега. Снег сильной интенсивности также вызывает ухудшение видимости.
