Использование спутниковой съёмки при анализе фёнового эффекта
|
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ФЕНОВЫЕ ЭФФЕКТЫ 7
1.1 История исследований 7
1.2 Классификация 9
1.3 Динамика 11
1.4 Механизмы образования 13
1.4.1 Конденсация и осадки 14
1.4.2 Опускание воздуха 14
1.4.3 Турбулентное перемешивание 15
1.4.4 Радиационное нагревание 15
1.5 Влияние фенов на режим тепла, влаги и облачности 15
1.6 Прогноз фенов 17
1.6.1 Вероятностные методы 18
1.6.2 Модельные прогнозы 19
1.6.3 Открытые проблемы прогнозирования 20
1.7 Климатология фена 20
1.8 Географическое распределение фенов по всему земному шару 22
1.8.1 Фены в Европе 22
1.8.2 Фены в Северной и Южной Америке 24
1.8.3 Фены в Гренландии 24
1.8.4 Фены в Азии 25
1.8.5 Фены в Австралии 28
1.8.6 Фены в Африке 28
1.8.7 Фены в Антарктиде 29
1.9 Географическое распределение фенов по территории России 30
1.10 Воздействие фена на общество 31
1.10.1 Влияние на местный климат 31
1.10.2 Качество воздуха 32
1.10.3 Пожары и дорожно-транспортные происшествия 33
1.10.4 Биометеорологические эффекты 34
2 МЕТОДЫ И ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ АНАЛИЗА ФЕНОВОГО 36 ЭФФЕКТА
2.1 Спутниковые данные 36
2.1.1 Структура облачности на спутниковых снимках 36
2.1.2 Спутники Aqua и Terra 38
2.2 Данные инструментальных измерений 39
2.3 Данные реанализа 41
2.4 Данные радиозондироавния 42
2.5 Ключевые параметры феновых ветров в Альпах 44
2.5.1 Южный фен 44
2.5.2 Северный фен 46
3 АНАЛИЗ ФЕНОВЫХ ВЕТРОВ В АЛЬПАХ 48
3.1 Анализ случая Северного фена в Альпах 49
3.2 Анализ случая Южного фена в Альпах 62
3.3 Расчет чисел Фруда 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 79
ПРИЛОЖЕНИЕ A
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
1 ФЕНОВЫЕ ЭФФЕКТЫ 7
1.1 История исследований 7
1.2 Классификация 9
1.3 Динамика 11
1.4 Механизмы образования 13
1.4.1 Конденсация и осадки 14
1.4.2 Опускание воздуха 14
1.4.3 Турбулентное перемешивание 15
1.4.4 Радиационное нагревание 15
1.5 Влияние фенов на режим тепла, влаги и облачности 15
1.6 Прогноз фенов 17
1.6.1 Вероятностные методы 18
1.6.2 Модельные прогнозы 19
1.6.3 Открытые проблемы прогнозирования 20
1.7 Климатология фена 20
1.8 Географическое распределение фенов по всему земному шару 22
1.8.1 Фены в Европе 22
1.8.2 Фены в Северной и Южной Америке 24
1.8.3 Фены в Гренландии 24
1.8.4 Фены в Азии 25
1.8.5 Фены в Австралии 28
1.8.6 Фены в Африке 28
1.8.7 Фены в Антарктиде 29
1.9 Географическое распределение фенов по территории России 30
1.10 Воздействие фена на общество 31
1.10.1 Влияние на местный климат 31
1.10.2 Качество воздуха 32
1.10.3 Пожары и дорожно-транспортные происшествия 33
1.10.4 Биометеорологические эффекты 34
2 МЕТОДЫ И ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ АНАЛИЗА ФЕНОВОГО 36 ЭФФЕКТА
2.1 Спутниковые данные 36
2.1.1 Структура облачности на спутниковых снимках 36
2.1.2 Спутники Aqua и Terra 38
2.2 Данные инструментальных измерений 39
2.3 Данные реанализа 41
2.4 Данные радиозондироавния 42
2.5 Ключевые параметры феновых ветров в Альпах 44
2.5.1 Южный фен 44
2.5.2 Северный фен 46
3 АНАЛИЗ ФЕНОВЫХ ВЕТРОВ В АЛЬПАХ 48
3.1 Анализ случая Северного фена в Альпах 49
3.2 Анализ случая Южного фена в Альпах 62
3.3 Расчет чисел Фруда 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 79
ПРИЛОЖЕНИЕ A
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Ветер фен представляет собой комплексное метеорологическое явление. Он возникает вследствие нисходящего движения с подветренной стороны горного хребта, когда воздушный поток ориентирован относительно горного хребта перпендикулярно. Феновый ветер приводит к резкому нагреванию воздуха и понижению относительной влажности на подветренной стороне горного хребта, также фен может вызывает на подветренной стороне уменьшение плотности воздуха, вертикальной видимости, вертикальной мощности облаков и повышение дальности видимости. В отдельных случаях феновый эффект вызывает повышение скорости ветра на подветренной стороне, а также увеличение мощности и степени покрытия облачностью, уменьшение дальности видимости и увеличение количества осадков на наветренной стороне горного хребта.
Фен влияет на многие аспекты жизни людей. Он может оказывать положительное воздействие на развитие сельского хозяйства, когда некоторые горные районы не пригодные для проведения сельскохозяйственных работ, становятся идеальными для выращивания культур под влиянием теплых воздушных масс. Но также, феновый ветер может оказывать и отрицательное воздействие на сельское хозяйство, когда происходят резкие перепады температур и осушается почва. Ветер может принимать ураганную силу и губить урожай. Фен оказывает отрицательное воздействие не только на отрасли народного хозяйства. Он также может вызвать сход снежных лавин, стать причиной распространений пожаров, аварий на железных, автомобильных и канатных дорогах. Феновый ветер является опасным фактором для полетов на самолете и других воздушных перелетов. Большое количество исследований посвящено биометеорологическим последствиям феновых ветров.
Фен - сложнопредсказуемое явление, на данный момент все то количество получаемой информации не может обеспечить точный прогноз явления. До сих пор нет общепринятой теории фена, но есть большое количество гипотез его возникновения. Анализ фенового эффекта с использованием спутниковой съемки может помочь приблизиться к точному описанию такого сложного метеорологического явления.
Целью работы являлся анализ условий формирования и действия фенового ветра.
Для достижения данной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1. Сформировать архив спутниковых изображений случаев фенового ветра;
2. Составить архив карт данных реанализа с различными метеорологичекими величинами;
3. Рассчитать ряд параметров, используемых для определения условия формирования фенового ветра;
4. Произвести сравнение между данными аэрологического зондирования и инструментальных измерений на станциях с наветренной и подветренной стороны.
Данная работа состоит из трех глав.
В первой главе рассматривались механизмы образования фенов, его влияние на режим погоды, географическое распределение, а также воздействие на общество.
Во второй главе рассматривались методы и инструменты, доступные для выявления и анализа фенового ветра.
В третьей главе был произведен комплексный анализ двух случаев Северного и Южного фена в Альпах. Особое внимание было уделено анализу фенового ветра по спутниковым снимкам в канале водяного пара.
Фен влияет на многие аспекты жизни людей. Он может оказывать положительное воздействие на развитие сельского хозяйства, когда некоторые горные районы не пригодные для проведения сельскохозяйственных работ, становятся идеальными для выращивания культур под влиянием теплых воздушных масс. Но также, феновый ветер может оказывать и отрицательное воздействие на сельское хозяйство, когда происходят резкие перепады температур и осушается почва. Ветер может принимать ураганную силу и губить урожай. Фен оказывает отрицательное воздействие не только на отрасли народного хозяйства. Он также может вызвать сход снежных лавин, стать причиной распространений пожаров, аварий на железных, автомобильных и канатных дорогах. Феновый ветер является опасным фактором для полетов на самолете и других воздушных перелетов. Большое количество исследований посвящено биометеорологическим последствиям феновых ветров.
Фен - сложнопредсказуемое явление, на данный момент все то количество получаемой информации не может обеспечить точный прогноз явления. До сих пор нет общепринятой теории фена, но есть большое количество гипотез его возникновения. Анализ фенового эффекта с использованием спутниковой съемки может помочь приблизиться к точному описанию такого сложного метеорологического явления.
Целью работы являлся анализ условий формирования и действия фенового ветра.
Для достижения данной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1. Сформировать архив спутниковых изображений случаев фенового ветра;
2. Составить архив карт данных реанализа с различными метеорологичекими величинами;
3. Рассчитать ряд параметров, используемых для определения условия формирования фенового ветра;
4. Произвести сравнение между данными аэрологического зондирования и инструментальных измерений на станциях с наветренной и подветренной стороны.
Данная работа состоит из трех глав.
В первой главе рассматривались механизмы образования фенов, его влияние на режим погоды, географическое распределение, а также воздействие на общество.
Во второй главе рассматривались методы и инструменты, доступные для выявления и анализа фенового ветра.
В третьей главе был произведен комплексный анализ двух случаев Северного и Южного фена в Альпах. Особое внимание было уделено анализу фенового ветра по спутниковым снимкам в канале водяного пара.
Поставленная в начале данной работы цель, а именно анализ условий формирования и действия фенового ветра была достигнута.
Для успешного достижения цели были решены следующие задачи:
1. На основании визуального дешифрирования спутниковых изображений в различных каналах электромагнитного спектра был сформирован архив спутниковых изображений с феновым эффектом за период с 2018 по 2022 годы. Всего в результате исследования было дешифрировано 147 случаев, из них 65 случаев относятся к Северному фену и 82 случая относятся к Южному фену в Альпах.
2. Подробно рассмотрены и описаны примеры Северного и Южного фена.
3. На основании данных реанализа MERRA-2 и модели ECMWF был сформирован архив карт, по которым выполнен анализ условий формирования фена. Были использованы карты поля давления, поля ветра, конвергенции и дивергенции, термического фронтального параметра и карты распределения осадков.
4. Для валидации полученных результатов дешифрирования был рассчитан ряд параметров, определяющих условия формирования фенового ветра, а именно -числа Фруда, частота Брента-Вяйсяля и Индекс Фена, а также построены Диаграммы Фена.
5. Выполнен анализ данных аэрологического зондирования и инструментальных измерений на нескольких станциях с наветренной и подветренной стороны.
6. Произведен комплексный анализ всех полученных данных.
В ходе исследования было установлено, что Южный фен в Альпах встречается чаще, чем Северный и характеризуется более высокими скоростями ветра, но при этом, относительная влажность на подветренном склоне горного хребта при Южном фене снижается в меньшей степени из-за более влажного исходного состояния воздушных масс, пришедших со Средиземного моря. Также установлено, что событие Северного фена чаще происходит в ярваре, а Южного в октябре.
Анализ полученных характеристик показал, что Северный фен формируется при значениях числа Фруда 0,6, а Южный при значениях 0,35. При этом значения числа Фруда, близкие к 0, характеризуют ситуацию формирования фена. Также можно сделать вывод о том, что Южный фен в целом характеризуется более высокими скоростями ветра, т.к. значения числа Фруда при Южном фене имеют более низкие значения. Значения частоты Брента- Вяйсяля также очень близки к нулю, что характеризует состояние атмосферы близкое к нейтральной и возможности возникновения турбулентности.
Сравнение между данными аэрологического зондирования и инструментальных измерений на станциях в Западных и Восточных Альпах с наветренной и подветренной стороны показало, что феновый эффект может оказывать влияние на несколько районов одновременно, которые могут быть расположены в нескольких сотнях километров друг от друга.
Анализ снимков в различных диапазонах электромагнитного спектра позволил более точно определить типы облачности, формирующиеся при возникновении феновых ветров. Также использование спутниковых изображений в каналах водяного пара 7,3 мкм и 6,7 мкм зарекомендовало себя как надежный метод выявления зоны действия фена.
Комплексный анализ полученных спутниковых изображений, карт реанализа, данных аэрологического зондирования, инструментальных измерений, а также расчет чисел Фруда и построение Диаграммы Фена продемонстрировал достоверность полученных результатов дешифрирования спутниковых мультиспектральных изображений и целесообразность использования данных спутниковой съемки при анализе фенового эффекта, особенно в отдаленных и малонаселенных районах.
Для успешного достижения цели были решены следующие задачи:
1. На основании визуального дешифрирования спутниковых изображений в различных каналах электромагнитного спектра был сформирован архив спутниковых изображений с феновым эффектом за период с 2018 по 2022 годы. Всего в результате исследования было дешифрировано 147 случаев, из них 65 случаев относятся к Северному фену и 82 случая относятся к Южному фену в Альпах.
2. Подробно рассмотрены и описаны примеры Северного и Южного фена.
3. На основании данных реанализа MERRA-2 и модели ECMWF был сформирован архив карт, по которым выполнен анализ условий формирования фена. Были использованы карты поля давления, поля ветра, конвергенции и дивергенции, термического фронтального параметра и карты распределения осадков.
4. Для валидации полученных результатов дешифрирования был рассчитан ряд параметров, определяющих условия формирования фенового ветра, а именно -числа Фруда, частота Брента-Вяйсяля и Индекс Фена, а также построены Диаграммы Фена.
5. Выполнен анализ данных аэрологического зондирования и инструментальных измерений на нескольких станциях с наветренной и подветренной стороны.
6. Произведен комплексный анализ всех полученных данных.
В ходе исследования было установлено, что Южный фен в Альпах встречается чаще, чем Северный и характеризуется более высокими скоростями ветра, но при этом, относительная влажность на подветренном склоне горного хребта при Южном фене снижается в меньшей степени из-за более влажного исходного состояния воздушных масс, пришедших со Средиземного моря. Также установлено, что событие Северного фена чаще происходит в ярваре, а Южного в октябре.
Анализ полученных характеристик показал, что Северный фен формируется при значениях числа Фруда 0,6, а Южный при значениях 0,35. При этом значения числа Фруда, близкие к 0, характеризуют ситуацию формирования фена. Также можно сделать вывод о том, что Южный фен в целом характеризуется более высокими скоростями ветра, т.к. значения числа Фруда при Южном фене имеют более низкие значения. Значения частоты Брента- Вяйсяля также очень близки к нулю, что характеризует состояние атмосферы близкое к нейтральной и возможности возникновения турбулентности.
Сравнение между данными аэрологического зондирования и инструментальных измерений на станциях в Западных и Восточных Альпах с наветренной и подветренной стороны показало, что феновый эффект может оказывать влияние на несколько районов одновременно, которые могут быть расположены в нескольких сотнях километров друг от друга.
Анализ снимков в различных диапазонах электромагнитного спектра позволил более точно определить типы облачности, формирующиеся при возникновении феновых ветров. Также использование спутниковых изображений в каналах водяного пара 7,3 мкм и 6,7 мкм зарекомендовало себя как надежный метод выявления зоны действия фена.
Комплексный анализ полученных спутниковых изображений, карт реанализа, данных аэрологического зондирования, инструментальных измерений, а также расчет чисел Фруда и построение Диаграммы Фена продемонстрировал достоверность полученных результатов дешифрирования спутниковых мультиспектральных изображений и целесообразность использования данных спутниковой съемки при анализе фенового эффекта, особенно в отдаленных и малонаселенных районах.
Подобные работы
- АНАЛИЗ ТЕПЛОВЫХ АНОМАЛИЙ ГОРОДА ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВЫХ СНИМКОВ
Дипломные работы, ВКР, картография. Язык работы: Русский. Цена: 6500 р. Год сдачи: 2019 - Геофизическое моделирование землетрясений на основе обработки данных радиолокационных съемок в ENVI SARscape на примере землетрясения в городе Бам (Иран)
Магистерская диссертация, геология и минералогия. Язык работы: Русский. Цена: 4990 р. Год сдачи: 2017