СОКРАЩЕНИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРОПОПАУЗЫ 7
1.1 Факторы, влияющие на изменение высоты тропопаузы 9
1.2 Влияние струйных течений на тропопаузу 10
1.3 Множественная тропопауза 11
1.4 Связь фронтогенеза и тропопаузы 12
2. РОЛЬ ТРОПОПАУЗЫ В АВИАЦИИ 15
2.1 Прогноз характеристик тропопаузы для обеспечения авиации 16
2.2 Условия погоды и опасные явления в зоне тропопаузы 20
2.3 Условия полета в зоне тропопаузы 21
3. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ТРОПОПАУЗЫ В ПОЛЯРНОЙ ЗОНЕ 24
РФ
3.1 Аэрологические станции для формирования архива данных 26
3.2 Анализ высоты полярной тропопаузы 29
3.3 Множественная тропопауза 37
3.4 Зависимость температуры от высоты полярной тропопаузы 50
3.5 Анализ высоты тропопаузы и ветра на ее уровне 57
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 69
Атмосфера в своем вертикальном протяжении не является однородной, а делится на ряд крупных слоев, называемых сферами. Для полетов современной авиации первостепенное значение имеют два нижних слоя — тропосфера и стратосфера.
Основной характеристикой тропосферы является то, что температура снижается с высотой и обусловлено это лучистым и турбулентным теплообменом атмосферы с земной поверхностью. В результате все метеорологические явления (облака, осадки, ухудшение видимости, грозы), которые создают то или иное состояние погоды, наблюдаются именно в тропосфере.
Стратосфера, простирающаяся до высоты порядка 40 км, представляет собой достаточно однородный слой атмосферы, физические свойства которого существенно отличаются от тропосферы. Температура в этом слое почти не меняется с высотой, слабый турбулентный обмен, а воздух настолько сух, что облака здесь обычно не образуются. Переходный слой между тропосферой и стратосферой называется тропопаузой .
Тропопауза - один из ключевых объектов земной атмосферы. Она отделяет тропосферу от стратосферы - двух основных погодообразующих слоев с очень разными химическими, динамическими и радиационными режимами.
Исследование тропопаузы является актуальным по многим причинам. Знание пространственно-временной структуры тропопаузы, играющей ключевую роль в обмене между тропосферой и стратосферой, имеет также большое значение для решения целого ряда исследовательских и прикладных задач. Процессы и явления, происходящие вблизи её поверхности, оказывают существенное воздействие на метеорологическое и геофизическое состояние атмосферы в целом. Изменение характеристик тропопаузы косвенно зависит от потоков тепла в тропосфере и нижней стратосфере. Информация об изменении структуры тропопаузы имеет большое значение в условиях меняющегося климата, в особенности для арктического региона. Отметим также, о востребованности прогнозов высоты тропопаузы и температуры на этом уровне, что является составной частью краткосрочного прогноза, необходимого для метеорологического обеспечения авиации, совершающих авиарейсы над северным полярным кругом.
В связи с этим в данной работе изучается изменчивость тропопаузы за 5 лет для трех пунктов с различными климатическими условиями арктического региона находящихся на территории РФ.
В качестве исходных данных были использованы ряды аэрологических сводок с сайта университета Вайоминга (http://weather.uwyo.edu).
В процессе обработки также осуществлялась проверка соответствия данных на уровне тропопаузы критерию ВМО, согласно которому тропопауза и ее характер определяются по значениям и изменению вертикального градиента температуры. Кроме того, выявлялось наличие (отсутствие) множественной тропопаузы. Анализ материалов
радиозондирования в данной работе позволил получить информацию о характеристиках атмосферы в полярной зоне на уровне тропопаузы в северных широтах РФ.
Целью исследования является рассмотрение характеристик тропопаузы в полярной зоне РФ.
В данном исследовании ставились следующие задачи:
1. Сформировать базу данных характеристик тропопаузы за период с 2017 по 2021 гг. за 00 и 12 часов по UTC, полученных со станций о. Диксон, мыс Челюскин, о. Хейса всего 44 847 профилей.
2. Провести анализ высоты тропопаузы и ее характеристик в разное время год и местоположения станций за период с 2017 по 2021 гг;
3. На основе данных зондирования оценить изменчивость метеовеличин, таких как высота тропопаузы, температура, скорость и направление ветра на уровне тропопаузы.
4. Выявить наличие (отсутствие) множественной тропопаузы и провести анализ полученных данных.
5. Исследовать преобладающее направление ветра на высоте тропопаузы, а также годовой ход скорости ветра за пять лет на рассматриваемых станциях.
В проделанной работе были исследованны характеристики тропопаузы такие как высота, температура, скорость и направление ветра на ее уровне, а также зафиксированы случаи множественной тропопаузы. Для исследования были выбраны станции находящиеся за полярным кругом «о.Диксон», «Обсерватория Федорова» мыс Челюскин и «Обсерватория имени Кренкеля» остров Хейса. Была собрана база данных характеристик на уровне тропопаузы за период с 2017 по 2021 гг. за 00 и 12 часов по UTC.
В результате обработки базы данных характеристик тропопаузы, сформированы следующие выводы:
1. Тропопауза за полярным кругом имеет сезонную изменчивость, на станции о. Диксон и о. Хейса годовой ход высоты тропопаузы более плавный, чем на станции мыс Челюскин.
2. Зафиксирована самая низкая тропопаузы в 2021 году на высоте 5034 м, зимой на станции «мыс Челюскин». Частая повторяемость самой низкой нижней границы тропопаузы в зимние и весенние месяцы встречается на станции «мыс Челюскин».
3. Отмечена самая высокая тропопауза на высоте 14830 м, в летний сезон на станции «о.Хейса».
4. Анализ средних значений высоты тропопаузы за все года показал колебание высоты в пределах 8 - 10 км на всех рассматриваемых станциях.
5. Проанализировано распределение высоты тропопаузы и ее рост в летний период, связанный с притоком солнечной радиацией (наступление полярного дня).
6. Обнаружена и зафиксирована множественная тропопауза, отмечено количество встречающейся второй тропопаузы на каждой станции за пять выбранных лет ежедневно.
7. Зарегестрированы случаи третей тропопаузы в январе 2021 года на станции «о.Хейса», за июль 2018 год на стануии «о.Диксон», за июль 2019 год на станции «мыс Челюскин».
8. Были зафиксированы повторения самых низких температур весной и осенью (< -70 С°) на всех станциях.
9. Отмечена самая низкая температура -84,99 С° над станцией «мыс Челюскин» в 2020 году и самая высокая температура -45,9 С°, над станцией «о.Диксон» в 2019 году.
10. Проанализирован годовой ход температуры на уровне полярной тропопаузы над выбранными обсерваториями, высокие температуры наблюдались в летний сезон от -53С° до -44С°, низкие температуры фиксировались в зимний сезон от -67С° до -63С°.
11. Проведен анализ повторяемости скорости ветра на уровне тропопаузы, отмечаны минимальные (1 м/с), максимальные (99м/с) и средние (18 м/с) скорости ветра на рассматриваемых станциях.
12. Проанализированы розы ветров осредненых данных за пять лет на каждой станции, отмечена повторяемость северных северо-западных ветров в каждом сезоне на рассматриваемых станциях.
