ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Мезомасштабные системы конвекции 6
1.1. Мезомасштабные системы мелкой конвекции 6
1.2. Мезомасштабные системы глубокой конвекции 7
1.3. Мезомасштабный конвективный комплекс 8
1.4. Линии шквалов 10
1.5. Опасные явления погоды, связанные с мезомасштабными облачными системами .. 12
2. Материалы и методы исследования 15
2.1 MODIS 15
2.2 «Электро-Л» №2 17
2.3 Реанализ 18
2.4. Panoply 20
2. 5 Физико-географические особенности исследуемой территории 20
2.6. Климат исследуемой территории 23
3. Исследование объекта в полях метеорологических величин 27
3.1. Образование внутримассового МКК 27
3.2. Образование фронтального МКК 31
3.3. Различия образования МКС и Cb 34
3.4. Некоторые параметры атмосферы по данным ERA5 внутри МКС и вне его 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 47
ПРИЛОЖЕНИЕ А 49
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 61
ПРИЛОЖЕНИЕ В 73
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 74
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 75
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
Мезомасштабный процесс в пространственно-временной структуре является промежуточным между крупномасштабными и мелкомасштабными процессами. Мезомасштаб охватывает явления, которые слишком велики, чтобы наблюдаться датчиками и наблюдателем на одной метеостанции, но также и малы, чтобы их могли определить по измерениям на синоптической сети станций.
Мезомасштабная конвективная система (МКС) представляет собой
комплекс грозовых штормов, который по размерам больше, чем отдельные грозы, но меньше внетропического циклона. Термин МКС включает широкий спектр форм и масштабов систем глубокой конвекции от линий шквалов, скоплений локальных штормов, мезомасштабных конвективных комплексов до систем осадков атмосферных фронтов .
Анализ и прогноз мезомасштабных возмущений глубокой конвекции представляет большой интерес, поскольку с ними бывают связаны интенсивные ливневые осадки, паводки, грозовая деятельность, градобития, шквалистые ветры и микропорывы, приносящие значительный экономический ущерб и человеческие потери.
По статистике, в России 40% всех случаев опасных метеорологических явлений приходится на опасные явления (ОЯ), связанные с зонами образования активной конвекции. Большая пространственная и временная изменчивость, а также сложность усвоения информации о физических характеристиках конвективной облачности в прогностических региональных мезомасштабных моделях представляют основные трудности своевременного прогнозирования этой облачности и ОЯ, связанных с ней .
В последнее время замечена тенденция к увеличению количества облаков вертикального развития, а также к уменьшению доли слоисто-дождевой облачности. Увеличение статической неустойчивости в атмосфере и, как следствие, конвективных процессов, может быть связано с изменением климата. Климатические изменения представлены в ослаблении зонального переноса и увеличении вероятности прорывов воздушных масс с юга и севера.
Увеличение повторяемости развития мощной конвективной облачности приведёт к увеличению повторяемости ОЯ.
Это вызывает необходимость глубокого, комплексного изучения условий возникновения и развития опасных конвективных явлений, особенностей их проявления в различных физико-географических районах и климатических зонах, совершенствование методов прогноза.
Целью исследования является определить особенности поля температуры в мезомасштабных конвективных системах.
Материалами для исследования послужили гранулы MODIS за отдельные пролёты, снимки с геостационарного метеорологического спутника «Электро-Л» №2 (временной диапазон от 0,5 до 2 часов), данные реанализа ERA5 (часовые, поуровневые). Период исследования с 2017 по 2020 годы.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
1. Визуально дешифрировать космические изображения облачного покрова с сайта EOSDIS Worldview за период с 2017 по 2020 года, и отобрать дни, на которых обнаружены фронтальные и внутримассовые МКС;
2. Построить траекторию движения МКС на снимках с геостационарного метеорологического спутника«Электро-Л» №2;
3. По данным ERA5 отобрать данные температуры воздуха из координат центра МКС и в радиусе 1 °от него;
4. Рассчитать горизонтальный градиент температуры в пределах площади расчета (220 км2) от центра МКС;
5. Построить вертикальный профиль температуры в центре МКС;
6. Визуализировать поле температуры и составляющие поля ветра на территории исследования посредством утилиты Panoply;
7. Рассчитать среднюю величину изменения температуры воздуха и результирующей горизонтальной скорости ветра за 1 час в центре МКК и в области радиусом 1° на высотах 925, 850 и 500 гПа.
8. Проанализировать изменение поля температуры и составляющих скорости ветра в день обнаружения МКС.
В ходе выполненной работы, мы пытались обнаружить аномалии в поле температуры, которые должны были поспособствовать образованию мезомасштабного конвективного комплекса. Также, нами были проанализированы поля компонент горизонтальной скорости ветра и вертикальных движений.
В области образования было зафиксировано сильное восходящее движение, значение которого минимум в 2 раза превышало значение нисходящего движения вокруг. Скорость результирующего горизонтального ветра в центре объекта в нижней тропосфере превышала скорость вокруг него. В подавляющем большинстве случаев, МКК образовывалось в области, где температура воздуха на высоте 850 гПа была выше 8-10°С, которая является стандартной для июня и этой высоты.
Не были выявлены какие-либо контрастные значения температуры воздуха в области их образования по сравнению с фоновой температурой. Разница этих температур составила не более 1°С. Причиной этому мог стать тот факт, что данные реанализа - это результат объединения метеорологических наблюдений из разных источников и моделирования климатической ситуации. При этом, в ходе обработки этих данных, происходит сглаживание (завышение/занижение) значений характеристик. Или же температура воздуха не является ключевым фактором образования такого комплекса, и только вместе с каким-то другим параметром способствует формированию МКК.
К сожалению, мы пока не видим общей картины, особенностей геофизических полей и их взаимодействия, чтобы ответить на вопрос, в результате чего образовывается облако такой специфической формы именно в конкретном месте.
Нами была осуществлена попытка изучить особенности зарождения объекта, чтобы в дальнейшем понять, как предсказывать его образование. В дальнейшем, мы можем связать наблюдение с характеристиками влагосодержания, т.е., рассмотреть наши случаи с точки зрения каналов водяного пара, и, возможно, выявить отличительные особенности при формировании МКК.
