АННОТАЦИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Мезомасштабные системы конвекции 4
1.1 Системы мелкой конвекции 5
1.2 Системы глубокой конвекции 5
1.3 Мезомасштабные конвективные комплексы (МКК) 6
1.4 Мезомасштабные конвективные системы (МКС) 8
1.5 Линии шквалов 10
1.6 Дугообразные долгоживущие системы 10
2 Радиолокация в метеорологии 12
2.1 Радиолокаторы 12
2.2 Исследования на основе данных ДМРЛ 16
3 Анализ радиолокационных характеристик мезомасштабных конвективных систем над
югом западной Сибири и их связи с интенсивностью грозовой активности и осадков 18
3.1 Физико-географическое региона исследования 18
3.2 Материалы и методы исследования 19
3.3 Общие оценки изменчивости радиолокационных характеристик МКС 22
3.4 Временная изменчивость радиолокационных характеристик МКС 26
3.5 Пространственное изменение радиолокационных характеристик МКС 28
3.7 Связь отражаемости и осадков с грозовой активностью 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 35
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 37
ПРИЛОЖЕНИЕ А Временной ход радиолокационных характеристик 40
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Пространственное изменение Zmax в МКС 51
ПРИЛОЖЕНИЕ В Пространственное изменение изолинии Zmax = 20 дБ 62
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Количество разрядов молнии, и радиолокационные характеристики.68
Одним из последствий изменения климата является изменение повторяемости кучево-дождевой облачности и связанных с ней опасных явлений [20]. Наиболее опасными проявлениями конвективной облачности являются мезомасштабные конвективные системы (МКС), включая их разновидность — мезомасштабные конвективные комплексы (МКК). Мезомасштабные конвективные системы представляют собой организованные скопления (масштаба мезо-а) мощных кучево-дождевых облаков (Cb), имеющие единую вершину («наковальню») в зрелой и поздней стадии развития [1-2, 3, 17, 23]. С МКС связаны многие опасные явления погоды, причиняющие значительный экономический ущерб и нередко уносящие человеческие жизни. К таким явлениям относятся сильные шквалистые ветры и микропорывы, сильная грозовая деятельность, интенсивные осадки, а также крупный град и смерчи [3]. На территории юга Западной Сибири отмечается повышенная повторяемость МКС, при этом условия их образования и жизненный цикл остаются слабо изученными [12].
Целью работы является оценка характеристик МКС на территории юга Западной Сибири по данным ДМРЛ-С и их связи с интенсивностью грозовой активности и осадков.
Для выполнения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
- изучить литературу на темы: мезомасштабные конвективные системы,
метеорологические радиолокаторы;
- отобрать случаи прохождения мезомасштабных конвективных систем (МКС) на территории юга Западной Сибири за тёплый период 2021 г.;
- разработать программный код (на языке программирования MATLAB) для экспорта, обработки и визуализации данных ДМРЛ-С;
- получить оценки общей изменчивости радиолокационной отражаемости и интегральной водности МКС, высоты их верхней границы и интенсивности связанных с ними осадков над территорией исследования;
- провести анализ пространственно-временной изменчивости характеристик МКС, а также их жизненного цикла (стадий развития);
- проанализировать связь максимальной радиолокационной отражаемости в МКС с интенсивностью осадков и грозовой активностью;
- провести комплексный анализ полученных результатов.
В ВКР проведено исследование 12 случаев прохождения мезомасштабных конвективных систем над территорией юга Западной Сибири за теплый период 2021 г. Исследование было основано на данных ДМРЛ-С (аэропорт Толмачево, г. Новосибирск), экспорт, обработка и визуализация которых выполнялись с помощью разработанного программного кода на языке программирования MATLAB (MathWorks Inc.). Были получены оценки общей изменчивости радиолокационных характеристик МКС, проведен их пространственно-временной анализ, а также выделены стадии их жизненного цикла. Также был проведен анализ связи максимальной радиолокационной отражаемости МКС с интенсивностью осадков и грозовой активностью.
На основе исследования были получены следующие основные результаты .
1. Среднее значение радиолокационной отражаемости в исследованных случаях МКС - 16,1 дБ, а средний максимум - 52,2 дБ. Интегральная водность в среднем равна 0,7 кг/м2, а максимум составляет 18,7 кг/м2. Средняя интенсивность осадков в МКС составляет 1,58 мм/ч, а максимальное значение - 73,33 мм/ч. Верхняя граница облачности в среднем составляет 7 км, а максимум ВГО - 13,2 км. Приоритетными направлениями движения исследованных случаев МКС являются СВ, В и Ю.
2. В динамике радиолокационных характеристик МКС отчетливо прослеживается их стадии развития. В стадии развития наблюдается заметный рост характеристик, к стадии зрелости (максимального развития) характеристики выходят на «плато», а в стадии диссипации отмечается их быстрое уменьшение. Также стоит отметить практически идентичный ход интегральной водности и интенсивности осадков. Изменение площади зоны внутри изолинии Zmax = 20 дБ также сопряженно со стадиями развития МКС.
3. В среднем длительность стадии развития составляет 2 часа, а её максимум и минимум составляют 4 часа и 30 минут, соответственно. Стадия зрелости МКС в среднем также продолжается 2 часа, её максимальная зафиксированная длительность равна 4 часа, а минимальная - 1 час. Длительность стадии диссипации в среднем составляет 2 часа 40 минут, а её максимальная и минимальная длительность - 5 часов и 30 минут, соответственно. В большинстве случаев стадия зрелости МКС приходится на промежуток с 15:00-00:00 местного времени. Максимум развития МКС на рассматриваемой территории, чаще всего, приходится на 18:00 местного времени.
4. Во всех рассмотренных случаях МКС достигает значений радиолокационной отражаемости, соответствующей наличию сильных ливневых осадков и грозы. Грозовая активность, в целом, согласуется с динамикой радиолокационной отражаемости и
интенсивностью осадков. В некоторых случаях максимум количества грозовых разрядов наступает позже момента наступления максимума радиолокационной отражаемости. Случай с минимальным количеством разрядов - 25.05.2021 г. (20 разрядов), а с
максимальным - 06.07.2021 г. (около 3000 разрядов). Случаи МКС с минимальным количеством разрядов приходятся на май и август, а с максимальным - в июле.
