Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЗОН ТУРБУЛЕНТНОСТИ НА ЮГО-ВОСТОКЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Работа №193801

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

гидрология

Объем работы89
Год сдачи2019
Стоимость4900 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
26
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение 5
1 Атмосферная турбулентность и ее влияние на полеты воздушных судов .... 8
1.1 Атмосферная турбулентность, вызывающая болтанку воздушного судна 8
1.2 Причины возникновения турбулентности 9
1.3 Оценка интенсивности болтанки 18
1.4 Условия возникновения атмосферной турбулентности 22
1.4.1 Синоптические условия возникновения турбулентности 22
1.4.2 Интерпретация спутниковых изображения для определения
характеристик турбулентности 25
1.5 Основные направления исследования атмосферной турбулентности в
современной литературе 27
2 Материалы и методы исследования 35
2.1 Физико-географическое описание и краткая климатическая
характеристика описание аэродрома Томск 35
2.2 Краткая климатическая характеристика ЗАМЦ Новосибирск 37
2.3 Информационная база 39
2.4 Методика исследования зон атмосферной турбулентности с
применением спутниковой информации 44
3 Анализ зон атмосферной турбулентности 49
3.1 Анализ зон атмосферной турбулентности в районе аэродрома Томск по
данным сообщений PIREP 49
3.2 Анализ зон атмосферной турбулентности на территории юго -востока
Западной Сибири по данным сообщений AIREP 55
3.3 Анализ зон атмосферной турбулентности на основе данных
спектрорадиометра MODIS 64
3.4 Разновидности облачных систем 68
Заключение 78
Литература 81
Список публикаций автора 86
Приложение А Характеристики турбулентных зон 87


Одним из наиболее опасных метеорологических явлений, которые оказывают влияние на авиационное сообщение, является атмосферная турбулентность. Попадание самолета в зону сильной турбулентности вызывает болтанку воздушного судна (ВС) и может явиться причиной серьёзных авиационных происшествий, вплоть до катастроф.
Так, в исследовании Национального совета по безопасности на транспорте (США) показано, что за период с 1983 по 1997 гг. турбулентность послужила причиной 609 смертельных случаев и 823 травм [1]. За период с 1980 по 2008 год на территории США было зафиксировано 234 несчастных случая, связанных с турбулентность, которые явились причиной 298 серьёзных трав и трем смертям [2]. Финансовые потери, обусловленные атмосферной турбулентностью, составляют около 750 млн долларов ежегодно [3]. Выплаты компенсаций пассажирам составляют свыше 10 млн долларов в год [2].
В связи с этим перед синоптиками АМСГ и исследователями стоит сложная и ответственная задача диагноза и прогноза атмосферной турбулентности и, как следствие, болтанки самолетов.
На данный момент о факте наличия турбулентности в атмосфере над территорией РФ можно говорить только, опираясь на сообщения пилотов о болтанке воздушного судна, которые представлены в виде сводок PIREP и AIREP (бортовая погода). Недостатком этих данных является то, что турбулентность регистрируется только во время полета летательного аппарата, что может ограничиваться временными интервалами (согласно расписанию полетов) и пространственной локализацией (трассы, маршруты, зоны аэродромов). В связи с этим перспективным является совместное использование данных бортовой погоды и изображений, получаемых с метеорологических спутников для диагноза, а также их использование в турбулентности.
Немаловажным также является то, что существует недостаток исследований вопроса атмосферной турбулентности, вызывающей болтанку воздушного судна, над территорией Российской Федерации и данная работа посвящена изучению условий формирования зон атмосферной турбулентности на юго-востоке Западной Сибири.
Целью данной работы является анализ условий формирования зон атмосферной турбулентности на юго-востоке Западной Сибири (примерно совпадает с территорией филиала Аэронавигация Западной Сибири) на основе совместного использования информации, получаемой с борта воздушного судна (PIREP, AIREP) и метеорологических спутников (MODIS Terra/Aqua).
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-Сформировать реестр случаев турбулентности по данным бортовой погоды в районе аэродрома Томск за период с 2012 по 2018 гг (PIREP), а также над территорией филиала Аэронавигация Западной Сибири за 2018 г (AIREP);
-Провести обработку числа дней и случаев с болтанкой с учетом интенсивности и рассчитать следующие статистические характеристики: среднее, минимум, максимум, стандартное отклонение, повторяемость в годовом и суточном ходе;
- Рассмотреть пространственное распределение случаев болтанки на юго-востоке Западной Сибири по данным AIREP;
- Оценить вертикальную структуру турбулентных зон (высоту нижней границы и мощность слоя)
- Рассмотреть метеорологические условия (облачность и атмосферные явления) сопутствующие случаям с болтанкой;
-На основе доступной информации с полярно-орбитальных КА Terra и Aqua сформировать реестр изображений облачности в каналах водяного пара (6,5-7,5 мкм) и яркостной температуры (11 мкм) в дни с турбулентностью над территорией филиала Аэронавигация Западной Сибири;
-Провести типизацию облачных полей и анализ яркостной температуры;
Апробация результатов. Основные положения работы и полученные результаты исследования представлены на следующих научных конференциях: Всероссийская научно-практическая конференция «Современные тенденции и перспективы развития гидрометеорологии в России» (Иркутск, 2018), XXII Международная конференция «Наука и образование» (Томск, 2018), V Международная научная конференция «Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли» (Красноярск, 2018), XXVI Всероссийская открытая научная конференция «Распространение радиоволн» (Казань, 2019).
Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в постанове задачи, сборе, обработке материала, расчетах и интерпретации полученных результатов.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

По результатам проведенного исследования были получены следующие выводы:
1. В районе аэродрома Томск в среднем число дней составляет 33 дня, на территории филиала Аэронавигация Западной Сибири 300 дней в году;
2. В годовом ходе наибольшая повторяемость болтанки в окрестностях аэродрома Томск наблюдается весной, а также с декабря по январь (максимум в марте - 16%). Для территории юго-востока Западной Сибири наибольшая повторяемость соответствует периоду с марта по октябрь (максимум в июне ~16%);
3. Анализ пространственного распределения случаев над территорией филиала Аэронавигация Западной Сибири показал, что, наибольшее количество сообщений приходится на окрестности аэропортов, и особенно в зоне ЗАМЦ Новосибирск;
4. В суточном ходе наибольшее число случаев с болтанкой ВС в окрестностях аэродрома Томск (71% от общего числа случаев) приходится на период с 00 до 12 ч ВСВ (с 7 до 19 ч местного времени) с максимум повторяемости - с 6 до 9 часов ВСВ (с 13 до 16 ч местного времени), который обусловлен вкладом конвективных процессов в летний период. В целом для территории юго-востока Западной Сибири наибольшая повторяемость случаев с турбулентностью наблюдается с 21 до 03 ч ВСВ (с 04 до 10 ч местного времени), с максимумом в период с 00 до 03 часов - 17%;
5. Оценка интенсивности турбулентности показала, что максимальное число случаев соответствует умеренной интенсивности: по сообщениям PIREP (аэродром Томск) наблюдалось 96% от всех случаев, а по данным AIREP (юго-восток Западной Сибири) наблюдалось 90%. Сильная турбулентность наблюдалась от 2 % случаев в окрестностях аэродроме Томск до 4% на территории юго - востока Западной Сибири;
6. Наибольшая повторяемость значений высоты нижней границы слоя турбулентности приходится на высоту не более 100 м по данным PIREP и в диапазоне 9-12 км по данным AIREP. Толщина турбулентной зоны в основном составляет менее 1 км;
7. Кучевообразная облачность является основной облачностью, наблюдающейся при регистрации болтанки. Среди атмосферных явлений преобладали ливневые осадки;
8. Максимальное количество случаев с болтанкой на территории юго- востока Западной Сибири за сутки было зафиксировано 25 июня 2018 года, в течение которого поступило 32 сообщения о болтанке, что превысило среднее суточное число сообщений более чем на 4 стандартных отклонения;
9. Анализ зон атмосферной турбулентности на основе данных спектрорадиометра MODIS показал, что большинство случаев связано с фронтальными облачными системами. Максимальная повторяемость случаев с болтанкой связана с холодным фронтом с просветами - 22%. Наибольшим средним амплитудам яркостной температуры (более 28К) соответствуют следующие облачные системы: холодный фронт и окклюзия с облачностью BKN и OVC, а также след и регенерация циклона;
10. Среди всех форм облачности наибольшее число случаев приходится на кучевообразные (~86,1 %) и волнистообразные (~9 %) формы. Данные формы облачности также имеют наибольшие амплитуды яркостной температуры (средние значения 31,6 K для кучевообразной и 25,0 K для волнистообразной);
11. Анализ предложенных градаций интенсивности турбулентности показал, что наибольшая повторяемость связана со следующими интенсивностями: умеренная - 45%; от умеренной до сильной - 27%; от слабой до умеренной - 25%.
В заключении следует отметить практическую значимость использования данных бортовой погоды (сообщения PIREP и AIREP), содержащих информацию о турбулентности, для анализа условий зон формирования турбулентности, а также для верификации данных спутниковой информации применительно к диагнозу и прогнозу опасных явлений для авиации.
Исследование выявило перспективность применения спутниковой информации, в частности, изображений яркостной температуры, для диагноза зон турбулентности. Характерные примеры облачных полей, представленных в работе, характеризуют особенности основных циркуляционных систем и могут быть применимы в оперативной работе синоптика в качестве дополнительных материалов для диагноза и прогноза зон атмосферной турбулентности.



1. Uhlenbrock N. L., Bedka K. M., Feltz W. F., Ackerman S.A. Mountain wave signatures in MODIS 6.7-pm imagery and their relation to pilot reports of turbulence // Wea.Forecasting. - 2007. - № 22. - P. 662-670.
2. Storer L.N., Williams P. D., Gill P. G. Aviation Turbulence: Dynamics, Forecasting, and Response to Climate Change // Pure and Applied Geophysics - 2019. - № 176. - P. 2081-2095.
3. John R. Mecikalski et al. Aviation Applications for Satellite-Based Observations of Cloud Properties, Convection Initiation, In-Flight Icing, Turbulence, and Volcanic Ash // Bulletin of the American Meteorological Society
- 2007. - №88. - P. 1589-1607.
4. Лещенко Г. П., Перцель Г. В., Лещенко Е. Г. Метеорологическое обеспечение полетов. - Кировград: Издательство ГЛАУ, 2010. - 184 с.
5. Богаткин О. Г. Авиационная метеорология. - СПб.: Издательство РГГМУ, 2005. - 327 с.
6. Авиационные факторы риска. Программа обучения и подготовки.
- Женева: 2007. - 53 с.
7. Сафонова Т. В. Авиационная метеорология. - Ульяновск:
Издательство УВАУ ГА, 2005. - 215 с.
8. Воронцов П. А. Турбулентность и вертикальные токи в пограничном слое атмосферы. - Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1966. - 296 с.
9. Винниченко Н. К., Пинус Н. З., Шметер С. М., Шур Г. Н. Турбулентность в свободной атмосфере. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 287 с.
10. Пчелко И. Г. Аэросиноптические условия болтанки самолетов в
верхних слоях тропосферы и нижней стратосфере. - М.:
Гидрометеорологическое издательство, 1962. - 94 с.
11. Региональный учебный центр ВМО в России [Электронный ресурс]: Виртуальная лаборатория дистанционного обучения спутниковой гидрометеорологии URL: http://meteovlab.meteorf.ru(дата обращения 06.03.2019)
12. Бузаева С.В. Влияние турбулентности на полеты воздушных судов / С.В. Бузаева Т. А. Евдокимова // Научный вестник УВАУ ГА(И). - 2017. - №9. - 140-143.
13. P. D. Williams Increased Light, Moderate, and Severe Clear-Air Turbulence in Response to Climate Change // Advances in atmospheric sciences - 2017. - №34. - P. 576-586.
14. Шакина Н. П., Скриптунова Е. Н., Иванова А. Р. Прогноз механической турбулентности в нижнем слое атмосферы для авиации // Труды гидрометеорологического научного-исследовательского центра Российской федерации. - 2017. - №364. - С. 20-37.
15. Шакина Н. П., Скриптунова Е. Н. Прогноз термической турбулентности в пограничном слое атмосферы для авиации // Труды гидрометеорологического научного-исследовательского центра Российской федерации. - 2017. - №363. - С. 78-100.
16. Шакина Н.П. Механизмы образования орографической турбулентности и ее прогнозирования // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. - 2019. - №1. - С. 25-47.
17. John K. Williams Using random forests to diagnose aviation turbulence // Machine Learning - 2014. - №95. - P. 51-70.
18. Бухаров М. В. Применение карт спутникового диагноза для анализа метеорологических условий в районе авиационного происшествия / М. В. Бухаров, Н. С. Миронова, В. М. Лосев, В. М. Бухаров, Л. А. Мисник // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2012. - №3. - С. 285-292.
19. Нерушев А.Ф., Крамчанинова Е.К., Соловьев В. И. Определение характеристик атмосферных движений по данным многоволнового зондирования из космоса // Известия российской академии наук, физика атмосферы и океана. - 2007. - №4. - С. 482-491.
20. Крамчанинова Е. К., Нерушев А.Ф. Определение турбулентных характеристик в зонах опасных атмосферных явлений по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2008. - №5. - С. 484-490.
21. Нерушев А. Ф, Крамчанинова Е.К. Метод определения характеристик атмосферных движений по данным измерений метеорологических геостационарных спутников // Исследование Земли из космоса. - 2011. - №1. - С. 3-13.
22. Ивангородский Р. В., Нерушев А. Ф. Характеристики струйных течений верхней тропосферы по данным измерений европейских геостационарных метеорологических спутников // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2014. - №1. - С. 45-53.
23. Ellrod G.P. The Use of Water Vapor Imagery to Identify Clear Air Turbulence // Satellite Applications Information Note. - 1990. - № 90. - 9 pp.
24. Uhlenbrock N.L., Bedka K.M., Feltz W.F., Ackerman S.A. Mountain wave signatures in MODIS 6.7-pm imagery and their relation to pilot reports of turbulence // Wea.Forecasting. - 2007. - №22. - P. 662-670.
25. Толмачева Н. И. Исследование характеристик турбулентности в облаках и безоблачной атмосфере // Географический вестник. - 2015. - №2. - C. 46-55.
26. Uhlenbrock N., Ackerman S., Feltz W., Whittaker T., Sharman B., Gumley L., Bedka K. The use of satellite water vapor imagery and model data to diagnose and forecast turbulent mountain waves // AMS Annual Meeting, American Meteorological Society. - 2005. - №85. - 6 pp.
27. Аэропорт Томск. [Электронный ресурс]: Международный аэропорт Томск. URL: http://tomskairport.ru/airport/info/(дата обращения 26.04.2019)
28. Инструкция по метеорологическому обеспечению полётов воздушных судов на аэродроме Томск. - Томск: 2015. - 20 с.
29. Инструкция по метеорологическому обеспечению полетов воздушных судов на аэродроме Томск. - Томск: 2009. - 34 с.
30. Климатическая характеристика аэропорта Томск. - Томск: 2017. 278 с.
31. Западно-Сибирский филиал ФГБУ «Авиаметтелеком
Росгидромета» [Электронный ресурс]: ЗАМЦ Новосибирск. Климатическая характеристика URL: http://zsf.aviamettelecom.ru/zsf-
aviamettelecom.ru/kx_zamc.html (дата обращения 21.05.2019)
32. Дневник погоды: АВ-6 Томск, АМСГ Томск 2012-2018 гг
33. Данные бортовой погоды. Сообщения AIREP, территории филиала Аэронавигации Западной Сибири 2018 г
34. MODIS Atmosphere Cloud Product site. [Электронный ресурс]:
HTTPS Download MODIS Data. URL: https://modis-
atmosphere.gsfc.nasa.gov/products/cloud(дата обращения 05.11.2018)
35. Авиаметтелеком Росгидромета [Электронный ресурс]: Схемы районов (площадей) прогнозирования URL: http://aviametserver.ru/atlas(дата обращения 31.11.2018)
36. Руководство по обучению. Метеорология для диспетчеров УВД и пилотов. - Монреаль: 2002. - 33 с.
37. Инструктивный материал по специальным сообщениям AIREP. - Москва: 2017. - 9 с.
38. Atmosphere Discipline Team Imager Products. [Электронный ресурс]. - URL: https://modis-atmos.gsfc.nasa.gov/(Дата обращения 14.09.2018).
39. HYperspectral-viewer for Development of Research Applications. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.ssec.wisc.edu/hydra/(Дата обращения 18.10.2018) 

http://www.eumetrain.org(Дата обращения 18.01.2019)
41. Фотоника [Электронный ресурс]: Приборы ИК диапазона URL: http://www.npk-photonica.ru/content/products/ir-devices(дата обращения 21.12.2018)
42. MODIS Characterization Support Team [Электронный ресурс]. -
URL: https://mcst.gsfc.nasa.gov/forums/how-can-i-extract-temperature-l1b-data-
product (Дата обращения 29.11.2018)
43. Бызова Н. Л., Иванов В. Н., Гаргер Е. К. Турбулентность в
пограничном слое атмосферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 262 с.
44. Пинус Н. З., Шметер С. М. Атмосферная турбулентность,
вызывающая болтанку самолетов. - М.: Гидрометеоиздат, 1962. - 166 с.
45. Обухов А. М. Турбулентность и динамика атмосферы. - Л.:
Гидрометеоиздат, 1989. - 413 с.
46. Шакина Н. П., Иванова А. Р. Прогнозирование метеорологических условий для авиации. - М.: Триада лтд., 2016. - 312 с.
47. Астапенко П.Д., Баранов А.М., Шварев И.М. Погода и полеты самолетов и вертолетов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 280 с.
48. Jung-Hoon Kim, Hye-Yeong Chun Statistics and Possible Sources of Aviation Turbulence over South Korea // Journal of Applied Meteorology and Climatology - 2011. - №2. - 311-324.
49. Robert Sharman, Todd Lane Aviation Turbulence Processes, Detection, Prediction. - Switzerland.: Springer, 2016. - 285 p.
50. CIMSS [Электронный ресурс]: Satellite Blog Detecting turbulence from Satellites. URL: https://cimss.ssec.wisc.edu/goes/blog/archives/8962(Дата обращения: 06.09.2018)
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА
1. Газимов Т.Ф. Анализ климатических характеристик аэродрома города Томск // Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные проблемы географии и геологии». Томск, 2017. С. 71-73
2. Газимов Т.Ф. Минимумы погоды, ограничивающие работу авиации на аэродроме Томск // Тезисы XII Сибирского совещания и школа молодых ученых по климато-экологическому мониторингу. Томск, 2017. - С. 28-30
3. Газимов Т.Ф., Волкова М.А. Климатическая характеристика условий погоды различной степени сложности на аэродроме Томск // Сборник научных статей международной конференции «Ломоносовские чтения на Алтае: фундаментальные проблемы науки и образования». Барнаул, 2017. - С. 1198-1202
4. Газимов Т. Ф., Волкова М. А. Характеристика турбулентности на аэродроме Томск // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Современные тенденции и перспективы развития гидрометеорологии в России». Иркутск, 2018. - С. 384-387.
5. Комплексный подход к анализу случаев с болтанкой воздушных судов в районе аэродрома Томск // Материалы XXII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и образование». Томск, 2018. - С. 58-64.
6. Газимов Т. Ф. Диагноз зон турбулентности с применением спутниковой информации // Материалы V Международной научной конференции "Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли». Красноярск, 2018. - С. 274-277.
7. Газимов Т.Ф., Волкова М.А. Использование данных метеорологических спутников для определения зон с атмосферной турбулентностью // Материалы XXVI Всероссийской открытой научной конференции «Распространение радиоволн». Казань, 2019 (в печати)


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.