Введение 3
1 Основные понятия о суперячейках 5
1.1 Суперячейка, структура и условие образования мезоциклона 5
1.2 Условия формирования мезоциклона 6
1.3 Годограф 9
1.4 Динамика суперячеек 10
1.5 Механизм торнадо в суперячейке 11
1.6 Строение и элементы суперячейки 12
1.7. Механизм образования крупного града в суперячейке 21
1.8 Изображение суперячейки на радаре 22
1.9 Классификация суперячеек 27
2 Обзор суперячейки, наблюдавшейся над Московским регионом .... 30
3 Моделирование суперячейки с помощью WRF-ARW 42
3.1 Результаты численных экспериментов с одной сеточной областью
начальными условиями с разрешением сетки 0,25° 45
3.2 Результаты численных экспериментов с одной сеточной областью
начальными условиями с разрешением сетки 2,5° 50
3.3 Результаты численных экспериментов с вложенными сетками ... 54
Заключение 58
Список использованных источников литературы 60
Приложения 61
В результате последствий изменения глобального климата, растут и аномальные явления в тех регионах, где они редко наблюдались. В связи с этим растет и необходимость изучения того или иного рода опасных явлений. Так, к примеру, летом 2016 года над территорией Москвы и Московской области наблюдалась такое опасное явление, как суперячейка, которая нанесла существенный ущерб инфраструктуре некоторых населенных пунктов западной части Московской области.
К сожалению, достаточной информации для точного прогнозирования суперячеек на территории Россий нет, поэтому изучение этого явления с помощью моделирования является актуальной темой на данный момент времени.
Новизной научной работы является то, что такого рода исследования в России ранее не проводились. В связи с этим растет и важность данного исследования для дальнейшего благополучного прогнозирования изучаемых явлений и своевременного предотвращения последствий после прохождения суперячеек над каким-либо регионом Российской Федерации.
Основной целью является исследование суперячейки, которая прошла над Москвой и Московской областью в ночь с 13 июля по 14 июля 2016 года.
Объектом исследования является суперячейка.
Предмет исследования - моделирование суперячейки с помощью мезомасштабной гидродинамической модели WRF-ARW для идентификации этого явления и его дальнейшего прогноза.
Основные задачи:
• Сбор теоретических данных о формировании суперячейки.
• Выбор одной из суперячеек, которые наблюдались над территорией России для её дальнейшего изучения.
• Проведение численных экспериментов по
гидродинамическому моделированию суперячейки.
• Анализ результатов и формулировка выводов по
проведённому исследованию.
Данная выпускная квалификационная работа бакалавра состоит из введения, трёх глав, заключения и 5 приложений. Список использованных источников содержит 31 наименование.
В первой главе описываются основные понятия теории о суперячейках, их строение и структура, мезоциклон, связанный с суперячейкой, а также рассмотрены типы суперячеек.
Во второй главе подробно рассмотрена суперячейка, которая
наблюдалась в Московском регионе.
В третьей главе приводятся результаты моделирования суперячейки с использованием мезомасштабной гидродинамической модели WRF-ARW.
В заключение представлены выводы и предполагаемые дальнейшие направления исследований.
В работе было проведено исследование влияние опасного явления суперячейка на регионы России.
Были изучены все основные характеристики формирования суперячейки, ей развития и влияние метеорологических и синоптических параметров на образование, интенсивность и время существования суперячейки.
Особое внимание в работе уделялось суперячейке, которая прошла над территорией Москвы и Московской области, в результате чего пострадали населенные пункты в юго-западной части Московской области, а также в Москве.
Помимо сбора теоретических данных о суперячейке также была выполнена практическая часть. Она заключалась в проведении численных экспериментов по моделированию основных метеорологических величин. В работе применялась модель «Weather Research and Forecasting - Advanced Research WRF» (WRF-ARW).
Проводились численные эксперименты с разными начальными условиями. Лучшие результаты получены при использовании в качестве начальных условий данных анализа модели GFS - Global Forecast System с шагом сетки 0,25°.
В работе было произведено несколько циклов численных экспериментов, которые различались пространственной конфигурацией модели и видом начальных условий.
Лучшие окончательные результаты были получены при использовании вложенных (трёх) сеток с шагами 5км, 1666м, 555м.
Лучшие результаты на сетки с шагом по горизонтали 555 м. При использовании для прогноза этой сетки удалось дать прогноз времени возникновения и эволюции суперячейки, хотя не удалось достаточно точно определить интенсивность осадков и скорости ветра, связанные с суперячейкой. Это можно увидеть при сравнении данных, полученных в результате радиолокационных наблюдении и спутниковых снимков с результатами, полученными при помощи моделирования. Можно заметить, что с более мелким шагом сетки получаемы изображения более детально описывают рассматриваемые метеорологические величины.
В ходе работы были решены все поставленные задачи.
В дальнейшее направление исследований связано с выбором оптимального набора параметризации и с ассимиляций данных наблюдений, например, МРЛ.
