СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНВЕКТИВНЫХ ОПАСНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ДЛЯ ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ
METHOD OF DETERMINING CONVECTIONAL HAZARDOUS METEOROLOGICAL PHENOMENA IN EUROPEAN PART OF RUSSIA

Изобретение относится к области метеорологии, а точнее к способам диагностики конвективных опасных метеорологических явлений (гроза, град, шквал, ливень), наносящих материальный, экологический и социальный ущерб, и может быть использовано во всех сферах жизнедеятельности, зависящих от погодных условий.
Задача определения указанных явлений возникает из необходимости предупреждения об их приближении с целью принятия мер для защиты от них и смягчения последствий.
Возникновение конвективных явлений погоды неразрывно связано с кучево-дождевой облачностью, образующейся в результате развития атмосферной конвекции.
Следовательно, определение зон активной конвекции критической интенсивности позволяет выявить области возникновения связанных с ними опасных метеорологических явлений (ОЯ).
Известен способ обнаружения кучево-дождевой облачности посредством активного радиолокационного зондирования атмосферы (Руководство по краткосрочным прогнозам погоды, ч. I. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986, с.451-452) специализированными станциями, работающими в сантиметровом диапазоне длин волн. В ходе эволюции конвективного облака изменяются размеры облачных частиц и их концентрация, а следовательно, и радиолокационная отражаемость. Кучево-дождевое облако в максимальной стадии своего развития дает более интенсивное «радиоэхо» на индикаторе радиолокационной станции.
В качестве недостатков следует отметить недостаточную степень покрытия сетью станций рассматриваемой территории, а также радиус их эффективного действия, составляющий 150-200 км, которого не всегда достаточно для предупреждения и принятия своевременных мер по предотвращению неблагоприятных последствий.
Известен способ определения кучево-дождевой облачности по специализированным снимкам с метеорологических космических аппаратов (КА) (Руководство по использованию спутниковых данных в анализе и прогнозе погоды/под ред. И.П.Ветлова и Н.Ф.Вельтищева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982, с.63), основанный на анализе дешифровочных признаков (тон и рисунок изображения). Площадь земной поверхности, отображенная на снимке, сделанном орбитальным КА, позволяет анализировать процессы синоптического масштаба (тысячи километров). Количество космических аппаратов и траектории их полета позволяют получать информацию со всей планеты.
Недостатком данного способа является то, что процедура диагностирования кучево-дождевой облачности проводится на качественном уровне и в значительной степени зависит от квалификации специалиста, что накладывает существенную долю субъективизма.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения конвективных опасных метеорологических явлений в теплый период года для европейской части территории России (Патент на изобретение RU №2385474 C1, G01W 1/00), основанный на измерении минимальной радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхней границы облачного покрова, и его максимального альбедо. Определение очагов кучево-дождевой облачности производится посредством расчета предлагаемых функций и сравнения полученных результатов с критическими значениями. Способ включает два решающих правила, которые необходимо использовать раздельно в дневное и ночное время суток. Ночью измерить альбедо не представляется возможным, поэтому заключение о наличии кучево-дождевой облачности, способной к генерации ОЯ, делается на основании только данных о радиационной температуре верхней границы облаков.
Недостатком данного способа является определение факта наличия кучево-дождевой облачности в ночное время только по данным о радиационной температуре, что приводит к снижению успешности по сравнению с решающим правилом для дневного времени. Кроме того, данный способ может применяться только для теплого периода года.
Техническим результатом изобретения является повышение достоверности определения конвективных ОЯ в любое время суток, а также расширение возможности по диагнозу указанных явлений на протяжении всех сезонов года.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения конвективных ОЯ для европейской территории России, заключающемся в измерении минимального значения радиационной температуры верхней границы облачности и определении термобарических характеристик атмосферы, путем вертикального радиозондирования атмосферы дополнительно измеряют значения давления воздуха на различных уровнях, с использованием которых вычисляют превышение изобарической поверхности 500 гПа относительно поверхности 1000 гПа и лапласиан поля геопотенциальной высоты изобарической поверхности 850 гПа, а наличие очага конвективного ОЯ определяют из условия:
,
где Т - измеренное минимальное значение радиационной температуры в диапазоне длин волн 11,5-12,5 мкм,
- величина превышения изобарической поверхности 500 гПа относительно поверхности 1000 гПа,
2
850
∇H - рассчитанное в конечных разностях значение лапласиана поля геопотенциальной высоты изобарической поверхности 850 гПа,
1
2
3
4
С, C, C, C - эмпирические коэффициенты, при этом их значения принимают равными:
1
2
3
4
C=0,2 1/°C, C=-0,16 1/гПа, С=-0,07, С=96,39.
Сущность изобретения
2
850
Применение дополнительно лапласиана поля геопотенциальной высоты изобарической поверхности 850 гПа ∇H и значения относительной геопотенциальной высоты  при определении очагов конвективных ОЯ позволяет повысить достоверность определения указанных явлений в любое время суток и на протяжении всего года. Однако для нахождения указанных дополнительных параметров необходимы данные о давлении на различных высотных уровнях, которые можно получить при помощи вертикального радиозондирования атмосферы.
2
Конвективные ОЯ связаны с мезомасштабными облачными образованиями, развитие которых, в свою очередь, обусловлено крупномасштабными синоптическими процессами. Одним из показателей оценки состояния атмосферы, благоприятного для развития конвективных явлений, приводящих к значительному ущербу, является лапласиан поля геопотенциальной высоты изобарических поверхностей ∇H.
2
850
Лапласиан ∇H количественно характеризует характер циркуляции в нижней тропосфере и отражает условия переноса водяного пара в вышерасположенные слои. Указанный параметр рассчитан в конечных разностях по полю геопотенциальной высоты изобарической поверхности 850 гПа, полученной по данным вертикального радиозондирования атмосферы.
Наложение упорядоченных восходящих вертикальных движений, связанных с циклонической циркуляцией и конвективных движений воздуха, способствует образованию суперячейковых кучево-дождевых облаков. Таким образом, лапласиан косвенно характеризует упорядоченные вертикальные движения, которые во многом определяют параметры развития конвективной облачности и соответственно интенсивность генерируемых ею явлений.
Значение относительной геопотенциальной высоты , определенное по результатам вертикального радиозондирования атмосферы, характеризует среднюю температуру слоя атмосферы, заключенного между изобарическими поверхностями 1000 гПа и 500 гПа. Как известно, термический режим атмосферы также оказывает существенное влияние на развитие конвективной деятельности.
По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет определять зоны конвективных ОЯ в любое время суток с большей достоверностью, а также способен функционировать не только в теплый период, а на протяжении всего года.
Предлагаемый способ определения конвективных опасных метеорологических явлений для европейской территории России может быть использован в метеорологии при выявлении зон с ОЯ, наносящими материальный, экологический и социальный ущерб, для дальнейшего их мониторинга и прогнозирования с целью предупреждения и предотвращения (уменьшения) негативных последствий.
Предлагаемый способ может быть реализован, например, с использованием инфракрасного сканирующего радиометра (Герман М.А. Космические методы исследования в метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1985, с.115-117) и метеорологического радиотехнического комплекса (Технические средства метеорологической службы: справочное пособие. - М.: Воениздат, 1986, с.107-111).