Введение 1
1. Мезомасштабные линии шквалов 3
1.1. Воздушные потоки в зоне кучево-дождевых облаков 3
1.2. Мезоантициклон 5
1.3. Шквал 10
1.3.1. Физика процесса 10
1.3.2. Движение шквала 13
1.3.3. Классификация шквалов 15
2. Шквалы на территории Российской Федерации 21
2.1. Обзор и систематизация шквалов за 2017-2021 г 22
2.2. Создание электронной базы данных по шквалам на территории РФ ... 23
2.3. Распределение количества шквалов на территории РФ 24
2.3.1. Распределение шквалов по широтам 24
2.3.2. Распределение шквалов по долготам 27
2.3.3. Карта распределение шквалов по территории РФ 29
2.3.4. Карта распределение шквалов по территории ЕТР 33
3. Оценка интенсивности шквалов, порождаемых воздушными потоками в
зоне кучево-дождевых облаков 36
3.1. Подходы к прогнозированию шквала 37
3.1.1. Физико-статистические методы 39
3.1.2. Расчет параметров неустойчивости 41
3.2. Метод Г.Д. Решетова 42
3.3. Метод ДМРЛ для обнаружения шквала 44
3.4. Метод численного моделирования 49
3.5. Дешефрирование шквала с помощью ветровала 50
Заключение 53
Список использованной литературы 56
Приложения 58
Шквал является опасным гидрометеорологическим явлением. Он развивается под действием атмосферной конвекции пространстве, поэтому сложно поддаются оперативному регистрированию стандартными способами.
Шквальный ветер, достигая скоростей более 15 м/с, срывает крыши со зданий, разрушает дома, ломает деревья, также может перевернуть машины и способствовать смерти людей. Шквал может сопровождаться другими опасными конвективными явлениями, такими как град и ливень, которые также могут приносить вред сельскому хозяйству.
До сих пор нет надежных методов прогноза, позволяющих с высокой точностью прогнозировать такие явления, как шквалистый ветер. Несмотря на успешное использование мезомасштабных моделей в России и за рубежом, проблема надежного прогноза шквала еще не решена, и исследования, посвященные изучению особенностей возникновения сильных шквалов, их анализу и прогнозированию актуальны в наше время.
Целью исследования является рассмотрение нами способов определения, прогнозирования и анализа шквала различными методами, а также выявление особенностей шквалов в различных регионах, что в будущем может дать возможность предварительного анализа скорости и направления ветра в шквале, а также позволит определить примерные масштабы разрушений и принять превентивные меры защиты.
Для того, чтобы добиться поставленных целей была составлена собственная электронная база данных по случаям шквалов за последние 5 лет (2017 - 2021 г.), описание которой подробно представлено во 2 главе данной диссертации. Для понимания особенностей шквалов на территории Р.Ф. были рассмотрены и проанализированы случаи усиления ветра до шквалистого за со скоростями ветра более 15 м/с на метеостанциях крупных городов в различных регионах Российской Федерации. Данные о шквалах взяты из СМИ, сводок МЧС и архивов гидрометеорологических центров.
Для достижения прогностических целей, в данной работе в 3 главе рассматриваются некоторые наиболее часто используемые в России методы прогноза и дешефрирования шквала и производится анализ наиболее эффективных из них.
В результате выпускной квалификационной работы были выполнены все поставленные задачи. Изучены механизмы развития шквалов, создан собственный архив (электронная база данных) по шквалам на территории Российской Федерации, проанализирована зависимость распределения шквалов по географическим широтам и долготам.
В первой главе мы выяснили, что шквал - одно из типичных проявлений интенсивной конвекции и в зависимости от масштабов самой конвекции может охватывать от нескольких сотен квадратных метров. Порождающие его кучево-дождевые облака очень масштабны и хранят в себе огромную энергию, за счет существования в них потоков различных направлений и температур. Таким образом, существующий восходящий поток является своего рода «наполняющем» облако, а нисходящий поток разряжает облако и переносит осадки и опасные явления погоды на земную поверхность.
В кучево-дождевых облаках зарождаются такие мезомасштабные процессы, как грозовой мезоантициклон, линии шквалов, смерчи. Мы обратили свое внимание именно на шквалы и рассмотрели их передвижение, а также показали различные способы классификации шквалов. Определена опасность такого явления как шквал для сельского хозяйства, экономики, и, особенно, для авиации. В этой же главе рассмотрена статья Richard H. Johnson, который описал эксперимент Т. Фудзита о строении шквала.
Во второй главе рассматривались вызванные кучево-дождевыми облаками шквалы, скорость ветра в которых более 15 м/с. Данные собирались из таких источников как архивы погоды, сводки МЧС, данные СМИ. Особенность сбора данных состоит в том, что мы старались не брать города- метеостанции, находящиеся севернее 60 градусов северной широты, так как в этой зоне очень легко спутать процессы, связанные с действием воздушных потоков в кучево-дождевых облаках, с синоптическими или орографическими особенностями. Далее данные были сведены в таблицу для дальнейшего анализа.
Создан электронный архив шквалов (Приложение Б) практически во всех субъектах Российской Федерации для анализа и иллюстрации их распространения по территории страны, и, отдельно, для Европейской территории России. Построены графики распределения шквалов по территории России сначала по географическим широтам, затем по географическим долготам. Затем с помощью ГИС интерполятора Mapinfo были созданы карты распределения шквалов по территории России и так же на Европейской ее территории.
Выявлены следующие закономерности: шквалы есть явление повсеместное. Существуют зоны с наибольшим и наименьшим количеством шквалов, но однозначно можно судить о том, что в южных широтах и горной местности их количество больше, а в северных равнинных территориях - меньше. На остальной территории шквалы распределены достаточно равномерно.
Довольно часто встречаются шквалы на Приволжской, Волыно- Подольской и Среднерусской возвышенностях, на Южном Урале, в крымских Яйлах. На Кавказе, Яблоновом хребте, Тянь-Шане практически по всей территории ежегодно случается до 80 шквалов. Здесь они происходят наиболее часто. Это связано с неравномерным прогревом земной поверхности, в связи с чем шанс на неустойчивость в атмосфере увеличивается. В тех же самых районах, где шквалов больше, чем в остальных, среднегодовая скорость ветра и процент повторения гроз во все времена года выше.
Мы выявили зависимость количества шквалов от географической широты: чем севернее широта, тем меньше шквалов. Зависимости распределения шквалов от долготы не обнаружено. После проверки зависимости распространения шквалов в различных городах России, располагающихся на одних широтах, но различной долготе, зависимости количества шквала от географической долготы не выявилось.
В третьей главе проводилось знакомство с различными методами прогноза и анализа шквала, его интенсивности. Также рассмотрен такой метод дешефрирования шквала, как ветровалы.
1. Шметер С.М. Термодинамика и физика конвективных облаков/ С.М. Шметер. - Л.: Гидрометиздат, 1987. - 287 с.
2. Мазин И.П., Шметер С.М. Облака. Строение и физика образования/ И.П. Мазин, С.М Шметер. - Л.: Гидрометиздат 1983. - 279 с.
3. Richard H. Johnson Surface Mesohighs and Mesolows/ R. Johnson// AMS Journal online, - 2001. -№1. - с.13-32
4. Прогноз торнадо и шкваловhttps://collectedpapers.com.ua/ru/tornadoes-and-squalls/prognozi-shkvaliv-ta-smerchiv
5. T. Theodore Fujita Tornadoes and Downbursts in the Context of Generalized Planetary Scales/ T. Fujita// Journal of the atmospheric sciences, - 1981. - №8. - c. 1511-1534.
6. Архивные данныеhttps://rp5.ru
7. Данные https://www.mchs.gov.ru/
8. Дмитриева Т.В. Кучево-дождевые облака и их образование в слоях атмосферы с математическим анализом/ Т.В. Дмитриева// Vector of Geoscience- 2019. - №2(3). - c. 78-82.
9. Абдуллаев С.М., О.Ю. Ленская Эволюционная классификация
мезомасштабных линий шквалов/ С.М. Абдуллаев, О.Ю. Ленская//
Метеорология и гидрология, - 1998. - №3. - с. 24-32.
10. Френкель М.О., Швер Ц.А. Климат Кирова/ Френкель. - Л.: Гидрометиздат, 1982. - 216 с.
11. Фокина А.А. Воздушные потоки в зоне кучево-дождевых облаков/ Санкт- Петербург, РГГМУ - 2019. - 63 с.
12. Овсянникова М.Н. Биоклиматическая характеристика города Санкт- Петербург/ Туапсе, РГГМУ - 2016. - 74 с.
13. Степаненко С.Н. Лекции по мезометеорологии/ С.Н. Степаненко. -Одесса: ОГМИ, 2001. - 223 с.
14. Исследование шквала https://collectedpapers.com.ua/ru/tornadoes-and-
squalls/viter-tahmari
15. Щукина Г.Г. Методы активной и пассивной радиолокации в метеорологии/ Г.Г. Щукина. -1991 Л.: Гидрометиздат 124 с.
16. E. Verbitskaya, S. Romanskiy, Z. Verbitskaya Numerical Forecasting of Squall Lines and Strong Winds on the Territory of Transbaikalia Region, Russia/ 2019. - 72-76 с.
17. Исследование шквалов в пермском краеhttps://wiki.gis-lab.info