Валидация данных об осадках и грозах, полученных ДМРЛ «Пулково
|
Сокращения 4
Введение 5
1 Проведение наблюдений на наземных метеостанциях и с
помощью ДМРЛ 9
1.1 Метеорологические наблюдения 9
1.1.1 Метеорологические станции и метеорологическая сеть 10
1.1.2 Классификация метеорологических станций 12
1.1.3 Методика проведения наблюдений за осадками и грозами на
наземных метеостанциях 15
1.2 Доплеровские метеорологические радиолокаторы. Общие
сведения 20
1.2.1 Методика определения зон осадков и интенсивности осадков с
помощью ДМРЛ 27
1.2.2 Методика определения зон грозовой активности с помощью
ДМРЛ 30
2 Валидация данных об осадках и грозах, полученных с помощью
ДМРЛ 34
2.1 Характеристики качества информации, получаемой с ДМРЛ 34
2.2 Архив данных и анализ результатов, полученный в процессе
валидации 36
3 Радиолокационное исследование процесса слияния конвективных
облачных систем 49
3.1 Механизм слияний конвективных облачных систем 50
3.2 Архив данных и анализ результатов, полученных в результате
исследования процесса слияния конвективных облачных систем 51
4 Оценка продолжительности и интенсивности ливневых осадков
по данным ДМРЛ 64
4.1 Прогнозирование с применением математического аппарата
множественной регрессии 65
4.2 Архив радиолокационных данных и анализ результатов,
полученных в результате исследования 66
4.2.1 Корреляционный анализ 67
4.2.2 Уравнения регрессии продолжительности и интенсивности
ливневых осадков 69
Заключение 71
Список используемой литературы 73
Приложение А - Результаты, полученные в процессе валидации 77
Приложение Б - Архив данных, составленный в результате исследования процесса слияния конвективных облачных систем 82
Приложение В - Архив данных, составленный в процессе исследования оценки продолжительности и интенсивности ливневых осадков 97
Введение 5
1 Проведение наблюдений на наземных метеостанциях и с
помощью ДМРЛ 9
1.1 Метеорологические наблюдения 9
1.1.1 Метеорологические станции и метеорологическая сеть 10
1.1.2 Классификация метеорологических станций 12
1.1.3 Методика проведения наблюдений за осадками и грозами на
наземных метеостанциях 15
1.2 Доплеровские метеорологические радиолокаторы. Общие
сведения 20
1.2.1 Методика определения зон осадков и интенсивности осадков с
помощью ДМРЛ 27
1.2.2 Методика определения зон грозовой активности с помощью
ДМРЛ 30
2 Валидация данных об осадках и грозах, полученных с помощью
ДМРЛ 34
2.1 Характеристики качества информации, получаемой с ДМРЛ 34
2.2 Архив данных и анализ результатов, полученный в процессе
валидации 36
3 Радиолокационное исследование процесса слияния конвективных
облачных систем 49
3.1 Механизм слияний конвективных облачных систем 50
3.2 Архив данных и анализ результатов, полученных в результате
исследования процесса слияния конвективных облачных систем 51
4 Оценка продолжительности и интенсивности ливневых осадков
по данным ДМРЛ 64
4.1 Прогнозирование с применением математического аппарата
множественной регрессии 65
4.2 Архив радиолокационных данных и анализ результатов,
полученных в результате исследования 66
4.2.1 Корреляционный анализ 67
4.2.2 Уравнения регрессии продолжительности и интенсивности
ливневых осадков 69
Заключение 71
Список используемой литературы 73
Приложение А - Результаты, полученные в процессе валидации 77
Приложение Б - Архив данных, составленный в результате исследования процесса слияния конвективных облачных систем 82
Приложение В - Архив данных, составленный в процессе исследования оценки продолжительности и интенсивности ливневых осадков 97
Метеорологические наблюдения проводятся в силу ряда причин. Данные таких наблюдений используются для подготовки в режиме реального времени метеорологических анализов, прогнозов и предупреждений о неблагоприятной погоде, для исследования климата, в текущей деятельности отраслей экономики, зависящих от погоды (например, обеспечение полетов воздушных судов с местных аэродромов, строительных работ на суше и море), для целей гидрологии и сельскохозяйственной метеорологии и для проведения научных исследований в области метеорологии и климатологии.
Широкое применение радиолокационных методов для наблюдения за состоянием атмосферы определяется важностью получения оперативной информации о полях облачности и связанных с ними явлений (интенсивные ливни, гроза, град). Из-за большой пространственной и временной изменчивости облаков с опасными явлениями для их обнаружения и исследования лучше всего подходит именно радиолокационный метод, который отличается от других известных методов своей безынерционностью и возможностью охвата больших площадей при относительно высокой разрешающей способности в пространстве. Наибольшую пользу радиолокационный метод приносит при применении специализированных метеорологических радиолокаторов (МРЛ), созданных с учетом всей специфики облачности как метеорологической радиоцели. Сеть радиолокационного штормооповещения нашей страны создана на базе доплеровских МРЛ (ДМРЛ), которые предназначены для:
• обнаружения и определения геометрических размеров и
местоположения облаков и связанных с ними опасных явлений погоды (ливни, грозы, град);
• определения скорости и направления перемещения зон радиоэхо
кучево-дождевых облаков и зон радиоэхо осадков обложного характера (из N s);
• определения верхней границы радиоэхо всех обнаруживаемых облаков и нижней границы радиоэхо облаков верхнего и среднего ярусов;
• определения тенденции изменения радиолокационных характеристик облачного поля (облачной системы);
• определения эволюции кучево-дождевых облаков;
• определения высот нулевой изотермы при наличии слоисто - дождевых облаков;
• оценки мгновенной максимальной интенсивности выпадающих осадков в радиусе до 90 км от локатора — определения площадей, занятых радиоэхо осадков.
К настоящему времени четко определились области применения ДМРЛ:
1) оперативная служба: краткосрочный прогноз погоды, измерение интенсивности и оценка по градациям интенсивности и количества жидких осадков, активные воздействия на градовые облака и конвективные облака с целью искусственного вызывания осадков;
2) исследовательская работа: участие в комплексных исследованиях механизма погоды в конкретных районах, изучение взаимодействия мезо- и макромасштабных процессов, выраженных в поле облачности. Оперативная информация ДМРЛ используется в практике синоптического анализа и прогноза погоды, для штормового оповещения, при обслуживании авиации, сельского хозяйства, больших промышленных центров и органов энергетики.
...
Широкое применение радиолокационных методов для наблюдения за состоянием атмосферы определяется важностью получения оперативной информации о полях облачности и связанных с ними явлений (интенсивные ливни, гроза, град). Из-за большой пространственной и временной изменчивости облаков с опасными явлениями для их обнаружения и исследования лучше всего подходит именно радиолокационный метод, который отличается от других известных методов своей безынерционностью и возможностью охвата больших площадей при относительно высокой разрешающей способности в пространстве. Наибольшую пользу радиолокационный метод приносит при применении специализированных метеорологических радиолокаторов (МРЛ), созданных с учетом всей специфики облачности как метеорологической радиоцели. Сеть радиолокационного штормооповещения нашей страны создана на базе доплеровских МРЛ (ДМРЛ), которые предназначены для:
• обнаружения и определения геометрических размеров и
местоположения облаков и связанных с ними опасных явлений погоды (ливни, грозы, град);
• определения скорости и направления перемещения зон радиоэхо
кучево-дождевых облаков и зон радиоэхо осадков обложного характера (из N s);
• определения верхней границы радиоэхо всех обнаруживаемых облаков и нижней границы радиоэхо облаков верхнего и среднего ярусов;
• определения тенденции изменения радиолокационных характеристик облачного поля (облачной системы);
• определения эволюции кучево-дождевых облаков;
• определения высот нулевой изотермы при наличии слоисто - дождевых облаков;
• оценки мгновенной максимальной интенсивности выпадающих осадков в радиусе до 90 км от локатора — определения площадей, занятых радиоэхо осадков.
К настоящему времени четко определились области применения ДМРЛ:
1) оперативная служба: краткосрочный прогноз погоды, измерение интенсивности и оценка по градациям интенсивности и количества жидких осадков, активные воздействия на градовые облака и конвективные облака с целью искусственного вызывания осадков;
2) исследовательская работа: участие в комплексных исследованиях механизма погоды в конкретных районах, изучение взаимодействия мезо- и макромасштабных процессов, выраженных в поле облачности. Оперативная информация ДМРЛ используется в практике синоптического анализа и прогноза погоды, для штормового оповещения, при обслуживании авиации, сельского хозяйства, больших промышленных центров и органов энергетики.
...
В результате данной выпускной квалификационной работы магистра была освоена методика проведения наблюдений за ливневыми осадками и грозами с помощью ДМРЛ, а также была проведена качественная и количественная оценка информации, получаемая в результате его работы для решения различных задач, а именно исследования слияния КЯ и оценки продолжительности и интенсивности ливневых осадков.
В результате валидации радиолокационных данных об осадках и грозах были получены следующие результаты:
• На массиве радиолокационных обзоров за теплые месяцы 20122013 гг. путем сравнения с измерениями на МС выявлены случаи необнаружения доплеровским МРЛ осадков и гроз.
• Выполнена оценка точности работы алгоритмов идентификации ОЯ по радиолокационным данным на основе рассчитанных показателей: вероятности оправдываемости и достоверности гроз и осадков, вероятности пропуска и «ложных тревог» гроз и осадков.
• Изучено влияние семи факторов на оправдываемость и достоверность ОЯ - осадков и гроз: удаленности и азимута осадков и гроз, высоты места, сезона, количества осадков в районе станции, эффекта экранирования и влажного колпака ДМРЛ.
Таким образом, учет указанных причин, влияющих на результаты радиолокационных измерений, поможет обеспечить повышение их точности.
В результате исследования влияния слияния облаков на динамику их параметров над территорией Ленинградской области были полученные следующие результаты:
• В объединенном облаке, по сравнению с отдельно взятым, увеличиваются водность, высота, площадь осадков, радиолокационная отражаемость. Увеличение интенсивности осадков, если и наблюдалось в отдельных случаях, площадь осадков при этом возрастала в среднем вдвое.
• Обнаружено влияние подстилающей поверхности на процесс слияния КЯ. Так, объединение облаков, происходящее над сушей, приводило к небольшому усилению интенсивности осадков; слияние над водной поверхностью Ладожского озера и Финского залива не меняло интенсивность, а в некоторых случаях гасило ее. При этом интегрированная водность и высота максимального радиоэха над водой были несколько выше аналогичных параметров над сушей. Этот факт объясняется формированием в облаке более интенсивного восходящего потока, уменьшающего обратный процесс при слиянии над водой.
• Установлено, что процесс слияния характерен для КС, находящихся на 1 или 2 стадии развития.
• Интенсивность осадков повышается, если слияние КС произошло на 2-й стадии развития, и гасится, если на 1-й.
В целом можно констатировать, что процесс слияния оказывает влияние на эволюцию объединенного облака.
Также в работе были получены уравнения регрессии для анализа и прогноза продолжительности и интенсивности ливневых осадков на основе данных радиолокационного зондирования.
Таким образом, в ходе выпускной квалификационной работы были выполнены все поставленные задачи.
В результате валидации радиолокационных данных об осадках и грозах были получены следующие результаты:
• На массиве радиолокационных обзоров за теплые месяцы 20122013 гг. путем сравнения с измерениями на МС выявлены случаи необнаружения доплеровским МРЛ осадков и гроз.
• Выполнена оценка точности работы алгоритмов идентификации ОЯ по радиолокационным данным на основе рассчитанных показателей: вероятности оправдываемости и достоверности гроз и осадков, вероятности пропуска и «ложных тревог» гроз и осадков.
• Изучено влияние семи факторов на оправдываемость и достоверность ОЯ - осадков и гроз: удаленности и азимута осадков и гроз, высоты места, сезона, количества осадков в районе станции, эффекта экранирования и влажного колпака ДМРЛ.
Таким образом, учет указанных причин, влияющих на результаты радиолокационных измерений, поможет обеспечить повышение их точности.
В результате исследования влияния слияния облаков на динамику их параметров над территорией Ленинградской области были полученные следующие результаты:
• В объединенном облаке, по сравнению с отдельно взятым, увеличиваются водность, высота, площадь осадков, радиолокационная отражаемость. Увеличение интенсивности осадков, если и наблюдалось в отдельных случаях, площадь осадков при этом возрастала в среднем вдвое.
• Обнаружено влияние подстилающей поверхности на процесс слияния КЯ. Так, объединение облаков, происходящее над сушей, приводило к небольшому усилению интенсивности осадков; слияние над водной поверхностью Ладожского озера и Финского залива не меняло интенсивность, а в некоторых случаях гасило ее. При этом интегрированная водность и высота максимального радиоэха над водой были несколько выше аналогичных параметров над сушей. Этот факт объясняется формированием в облаке более интенсивного восходящего потока, уменьшающего обратный процесс при слиянии над водой.
• Установлено, что процесс слияния характерен для КС, находящихся на 1 или 2 стадии развития.
• Интенсивность осадков повышается, если слияние КС произошло на 2-й стадии развития, и гасится, если на 1-й.
В целом можно констатировать, что процесс слияния оказывает влияние на эволюцию объединенного облака.
Также в работе были получены уравнения регрессии для анализа и прогноза продолжительности и интенсивности ливневых осадков на основе данных радиолокационного зондирования.
Таким образом, в ходе выпускной квалификационной работы были выполнены все поставленные задачи.
