МОЛНИЕВАЯ АКТИВНОСТЬ В АРКТИЧЕСКОМ СЕКТОРЕ РФ ПО ДАННЫМ WWLLN
|
АННОТАЦИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Изучение грозовой активности 5
1.1 История развития грозопеленгации 5
1.2 Наукастинг 7
1.3 WWLLN 10
2 Материалы и методы исследования 14
2.1 Наземные наблюдения на метеостанциях 14
2.2 Дистанционное зондирование WWLLN 16
3 Анализ полученных результатов 18
3.1 Годовая изменчивость за 2016 - 2024 гг 18
3.1.1 Обзор синоптических процессов 2022 года 21
3.1.2 Обзор синоптических процессов 2019 года 26
3.1.3 Обзор синоптических процессов 2024 года 38
3.2 Сезонная изменчивость за 2016 - 2024 гг 45
3.3 Годовая и сезонная изменчивость по классам метеостанций 49
3.3.1 «Островные» метеостанции 49
3.3.2 «Прибрежные» метеостанции 51
3.3.3 «Материковые» метеостанции 52
3.4 Верификация данных WWLLN 56
3.5 Единичные грозовые разряды в Арктическом секторе РФ 58
3.6 Суточный ход молниевой активности в Арктическом секторе РФ 59
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 66
ПРИЛОЖЕНИЕ А.СУТОЧНЫЙ ХОД МОЛНИЕВОЙ АКТИВНОСТИ В АРКТИЧЕСКОМ
СЕКТОРЕ РФ ПО ДАННЫМ WWLLN ЗА 2016 - 2024 ГГ 71
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Изучение грозовой активности 5
1.1 История развития грозопеленгации 5
1.2 Наукастинг 7
1.3 WWLLN 10
2 Материалы и методы исследования 14
2.1 Наземные наблюдения на метеостанциях 14
2.2 Дистанционное зондирование WWLLN 16
3 Анализ полученных результатов 18
3.1 Годовая изменчивость за 2016 - 2024 гг 18
3.1.1 Обзор синоптических процессов 2022 года 21
3.1.2 Обзор синоптических процессов 2019 года 26
3.1.3 Обзор синоптических процессов 2024 года 38
3.2 Сезонная изменчивость за 2016 - 2024 гг 45
3.3 Годовая и сезонная изменчивость по классам метеостанций 49
3.3.1 «Островные» метеостанции 49
3.3.2 «Прибрежные» метеостанции 51
3.3.3 «Материковые» метеостанции 52
3.4 Верификация данных WWLLN 56
3.5 Единичные грозовые разряды в Арктическом секторе РФ 58
3.6 Суточный ход молниевой активности в Арктическом секторе РФ 59
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 66
ПРИЛОЖЕНИЕ А.СУТОЧНЫЙ ХОД МОЛНИЕВОЙ АКТИВНОСТИ В АРКТИЧЕСКОМ
СЕКТОРЕ РФ ПО ДАННЫМ WWLLN ЗА 2016 - 2024 ГГ 71
Развитие конвективных ячеек и кластеров является сложным атмосферным процессом, связанным с неравномерным тепловым нагревом подстилающей поверхности и развитием неустойчивости в вышележащих слоях атмосферы. Это развитие нередко сопровождается рядом опасных метеорологических явлений, таких как: сильные ливни, град, шквалистое усиление ветра, грозы. Исследование конвективной облачности и, как следствие, конвективных явлений в высоких широтах (в частности в Арктическом секторе РФ) является актуальной научной задачей, обусловленной как глобальными климатическими изменениями, так и необходимостью наукастинга и прогнозирования опасных метеорологических явлений. В условиях Арктики, где такие явления как грозы традиционно редки, можно предположить, что увеличение количества молниевых разрядов может быть показателем изменений в глобальной структуре.
Современные исследования молниевой активности свидетельствуют, что с изменением теплового режима арктических регионов количество и продолжительность грозовых разрядов возрастает. Это обусловлено увеличением влагосодержания в приземном слое, активной меридиональной циркуляцией и господством определенных синоптических процессов. Однако данные о пространственно-временном распределении молний в Арктике остаются недостаточно изученными. Это обусловлено разряженной сетью наблюдательных метеостанций в условиях крайнего севера, а также ограниченной информацией традиционных средств и методов наблюдений.
Одним из перспективных инструментов анализа грозовой активности является использование данных глобальной сети локализации молниевых разрядов (World Wide Lighting Location Network, далее WWLLN), которая осуществляет оперативную грозопеленгацию на всей территории Земли. Данный метод имеет преимущество перед наземными метеостанциями, так как не зависит от густоты наблюдательной сети. Но стоит отметить, что метод грозопеленгации имеет некоторые неточности и требует верификации со срочными наблюдениями на метеостанциях.
Таким образом, целью настоящего исследования было исследование пространственно-временной изменчивости молниевой активности в Арктическом секторе РФ на основе данных грозопеленгационной сети WWLLN за период 2016 - 2024 гг., а также выявление закономерностей её распределения в зависимости от синоптических условий, типа местности и сезонных факторов.
Для достижения поставленной цели были выявлены следующие задачи:
1. Изучить литературу на заданную тему и подготовить библиографический обзор;
2. Провести сопоставление наземных метеорологических наблюдений с дистанционными измерениями WWLLN;
3. Проанализировать пространственно-временную динамику грозовой активности (2016-2024 гг.) и выявить сезонные особенности распределения молний;
4. Рассмотреть ключевые синоптические процессы, способствующие образованию гроз в Арктике (на примере 2019, 2022 и 2024 гг.);
5. Проанализировать особенности единичных разрядов, характерных для высоких широт;
6. Провести сравнительный анализ надежности данных WWLLN с традиционными методами наблюдений.
В работе использовались данные сети WWLLN и базы данных ЕСИМО и ВНИИГМИ-МЦД со срочными наблюдениями атмосферных явлений на метеостанциях. Для анализа пространственно-временной изменчивости молниевой активности применялись статистические методы, ГИС-технологии и средства верификации данных. Также был проведен анализ синоптических процессов, способствующих формированию и развитию конвективных систем в Арктическом секторе РФ.
Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего развития методов прогнозирования молниевой активности и оценки рисков, связанных с опасными метеорологическими явлениями в условиях Арктики, а также для понимания климатических изменений в высоких широтах. Полученные результаты могут быть полезны в практической деятельности служб метеообеспечения, расположенных в условиях крайнего севера.
Современные исследования молниевой активности свидетельствуют, что с изменением теплового режима арктических регионов количество и продолжительность грозовых разрядов возрастает. Это обусловлено увеличением влагосодержания в приземном слое, активной меридиональной циркуляцией и господством определенных синоптических процессов. Однако данные о пространственно-временном распределении молний в Арктике остаются недостаточно изученными. Это обусловлено разряженной сетью наблюдательных метеостанций в условиях крайнего севера, а также ограниченной информацией традиционных средств и методов наблюдений.
Одним из перспективных инструментов анализа грозовой активности является использование данных глобальной сети локализации молниевых разрядов (World Wide Lighting Location Network, далее WWLLN), которая осуществляет оперативную грозопеленгацию на всей территории Земли. Данный метод имеет преимущество перед наземными метеостанциями, так как не зависит от густоты наблюдательной сети. Но стоит отметить, что метод грозопеленгации имеет некоторые неточности и требует верификации со срочными наблюдениями на метеостанциях.
Таким образом, целью настоящего исследования было исследование пространственно-временной изменчивости молниевой активности в Арктическом секторе РФ на основе данных грозопеленгационной сети WWLLN за период 2016 - 2024 гг., а также выявление закономерностей её распределения в зависимости от синоптических условий, типа местности и сезонных факторов.
Для достижения поставленной цели были выявлены следующие задачи:
1. Изучить литературу на заданную тему и подготовить библиографический обзор;
2. Провести сопоставление наземных метеорологических наблюдений с дистанционными измерениями WWLLN;
3. Проанализировать пространственно-временную динамику грозовой активности (2016-2024 гг.) и выявить сезонные особенности распределения молний;
4. Рассмотреть ключевые синоптические процессы, способствующие образованию гроз в Арктике (на примере 2019, 2022 и 2024 гг.);
5. Проанализировать особенности единичных разрядов, характерных для высоких широт;
6. Провести сравнительный анализ надежности данных WWLLN с традиционными методами наблюдений.
В работе использовались данные сети WWLLN и базы данных ЕСИМО и ВНИИГМИ-МЦД со срочными наблюдениями атмосферных явлений на метеостанциях. Для анализа пространственно-временной изменчивости молниевой активности применялись статистические методы, ГИС-технологии и средства верификации данных. Также был проведен анализ синоптических процессов, способствующих формированию и развитию конвективных систем в Арктическом секторе РФ.
Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего развития методов прогнозирования молниевой активности и оценки рисков, связанных с опасными метеорологическими явлениями в условиях Арктики, а также для понимания климатических изменений в высоких широтах. Полученные результаты могут быть полезны в практической деятельности служб метеообеспечения, расположенных в условиях крайнего севера.
Конвективные ячейки и кластеры представляют особый интерес для исследований в области метеорологии и климатологии. Изучение и прогнозирование молниевой активности в Арктическом секторе РФ обусловлено условиями изменяющегося климата. Грозы, как следствие конвективной неустойчивости, также находятся в зоне пристального изучения, особенно в высоких широтах, где количество молниевых разрядов мало, но в последнее десятилетие наблюдается тенденция к увеличению.
Целью настоящего исследования было исследование пространственно-временной изменчивости молниевой активности в Арктическом секторе РФ на основе данных грозопеленгационной сети WWLLN за период 2016 - 2024 гг., а также выявление закономерностей её распределения в зависимости от синоптических условий, типа местности и сезонных факторов.
В ходе исследования было установлено, что молниевая активность в Арктическом секторе РФ имеет выраженную цикличность. За 2016 - 2024 гг. из динамики молниевой активности выделено несколько фаз:
2016 - 2018 гг. - Умеренная молниевая активность с отрицательной тенденцией;
2019 г. - Снижение молниевой активности до минимального значения;
2020 - 2022 гг. - Постепенное восстановление молниевой активности и достижение максимального значения;
2023 - 2024 гг. - Резкое снижение молниевой активности после пика.
Отмечается, что молниевая активность имеет колебания от года к году. Амплитуда между экстремумами оценивается почти в 2,5 раз. Также рассмотрены региональные особенности.
Был проведен анализ синоптических процессов, влияющих на формирование конвективных систем в Арктическом секторе РФ. Выделено, что экстремальные значения молниевой активности в 2019 и 2022 гг., обусловлены комплексом факторов:
1. Положением и интенсивностью основных Центров Действия Атмосферы (Азорский максимум, Исландский минимум, Сибирский антициклон);
2. Доминированием зональной или меридиональной циркуляции (особенно важно в грозовой сезон);
3. Стационированием или отсутствием продолжительных блокирующих процессов в Арктическом секторе РФ;
4. Увеличением или уменьшением влагосодержания в атмосфере над Арктикой.
Сезонная изменчивость молниевой активности также имеет цикличность, в Арктическом секторе РФ грозовой сезон наблюдался с апреля по октябрь. Сезонная изменчивость молниевой активности в полной мере обуславливается прогревом подстилающей поверхности. Максимальное количество грозовых дней зафиксировано в июле, минимальное - в октябре. Также рассмотрены региональные особенности.
Верификация данных WWLLN показывает, что сеть дистанционного зондирования имеет более высокую надежность в детектировании гроз, но наземные данные охватывают больше событий, хотя и с большей погрешностью.
Средние значения критериев EDI и SEDI для прибрежных и материковых станций численно стремятся к 1, следовательно, данные грозопеленгационной сети WWLLN демонстрируют высокий уровень детекции молниевых разрядов. Средние значения критерия Пирса-Обухова демонстрируют лишь половину полезного сигнала.
Исследование единичных грозовых разрядов показало, что в Арктическом секторе РФ только 27% разрядов - это коротко импульсные молниевые разряды. Предполагается, что единичные молниевые разряды могут быть связаны с активным фронтогенезом в северных широтах. Но большая часть молниевых разрядов по всей видимости связана с внутримассовыми причинами облако- и грозообразования. Это в свою очередь, предполагает достаточный прогрев воздуха и почвы для конвективной активности в северных широтах.
Анализ суточного хода молниевой активности позволил установить широтную зависимость факторов грозообразования:
- на островных станциях активность определяется преимущественно циркуляционными процессами и фронтальной деятельностью;
- прибрежные станции демонстрируют смешанный механизм с преобладанием внутримассовой конвекции и заметным влиянием фронтальных процессов;
- для материковых станций характерно абсолютное доминирование внутримассовых гроз, обусловленных суточным прогревом подстилающей поверхности.
Результаты настоящего исследования имеют значение для развития наукастинга молниевой активности и прогнозирования опасных метеорологических явлений в Арктике, а также для понимания климатических изменений в высоких широтах. Полученные результаты могут быть полезны в практической деятельности служб метеообеспечения, расположенных в условиях крайнего севера.
Целью настоящего исследования было исследование пространственно-временной изменчивости молниевой активности в Арктическом секторе РФ на основе данных грозопеленгационной сети WWLLN за период 2016 - 2024 гг., а также выявление закономерностей её распределения в зависимости от синоптических условий, типа местности и сезонных факторов.
В ходе исследования было установлено, что молниевая активность в Арктическом секторе РФ имеет выраженную цикличность. За 2016 - 2024 гг. из динамики молниевой активности выделено несколько фаз:
2016 - 2018 гг. - Умеренная молниевая активность с отрицательной тенденцией;
2019 г. - Снижение молниевой активности до минимального значения;
2020 - 2022 гг. - Постепенное восстановление молниевой активности и достижение максимального значения;
2023 - 2024 гг. - Резкое снижение молниевой активности после пика.
Отмечается, что молниевая активность имеет колебания от года к году. Амплитуда между экстремумами оценивается почти в 2,5 раз. Также рассмотрены региональные особенности.
Был проведен анализ синоптических процессов, влияющих на формирование конвективных систем в Арктическом секторе РФ. Выделено, что экстремальные значения молниевой активности в 2019 и 2022 гг., обусловлены комплексом факторов:
1. Положением и интенсивностью основных Центров Действия Атмосферы (Азорский максимум, Исландский минимум, Сибирский антициклон);
2. Доминированием зональной или меридиональной циркуляции (особенно важно в грозовой сезон);
3. Стационированием или отсутствием продолжительных блокирующих процессов в Арктическом секторе РФ;
4. Увеличением или уменьшением влагосодержания в атмосфере над Арктикой.
Сезонная изменчивость молниевой активности также имеет цикличность, в Арктическом секторе РФ грозовой сезон наблюдался с апреля по октябрь. Сезонная изменчивость молниевой активности в полной мере обуславливается прогревом подстилающей поверхности. Максимальное количество грозовых дней зафиксировано в июле, минимальное - в октябре. Также рассмотрены региональные особенности.
Верификация данных WWLLN показывает, что сеть дистанционного зондирования имеет более высокую надежность в детектировании гроз, но наземные данные охватывают больше событий, хотя и с большей погрешностью.
Средние значения критериев EDI и SEDI для прибрежных и материковых станций численно стремятся к 1, следовательно, данные грозопеленгационной сети WWLLN демонстрируют высокий уровень детекции молниевых разрядов. Средние значения критерия Пирса-Обухова демонстрируют лишь половину полезного сигнала.
Исследование единичных грозовых разрядов показало, что в Арктическом секторе РФ только 27% разрядов - это коротко импульсные молниевые разряды. Предполагается, что единичные молниевые разряды могут быть связаны с активным фронтогенезом в северных широтах. Но большая часть молниевых разрядов по всей видимости связана с внутримассовыми причинами облако- и грозообразования. Это в свою очередь, предполагает достаточный прогрев воздуха и почвы для конвективной активности в северных широтах.
Анализ суточного хода молниевой активности позволил установить широтную зависимость факторов грозообразования:
- на островных станциях активность определяется преимущественно циркуляционными процессами и фронтальной деятельностью;
- прибрежные станции демонстрируют смешанный механизм с преобладанием внутримассовой конвекции и заметным влиянием фронтальных процессов;
- для материковых станций характерно абсолютное доминирование внутримассовых гроз, обусловленных суточным прогревом подстилающей поверхности.
Результаты настоящего исследования имеют значение для развития наукастинга молниевой активности и прогнозирования опасных метеорологических явлений в Арктике, а также для понимания климатических изменений в высоких широтах. Полученные результаты могут быть полезны в практической деятельности служб метеообеспечения, расположенных в условиях крайнего севера.
