По методу А. А. Бачуриной, З. Л. Туркетти

ПРОГНОЗ ОБЛОЖНЫХ ОСАДКОВ

В ХОЛОДНОЕ ВРЕМЯ ГОДА (ОКТЯБРЬ - МАРТ)

ПО МЕТОДУ А.А. БАЧУРИНОЙ, З.Л. ТУРКЕТТИ

Прогноз осадков является наиболее трудной частью прогноза погоды.

Это связано с тем, что прогноз осадков включает прогноз ряда метеоэлементов на различных уровнях в слое от поверхности земли до высоты 5-7 км.

А.А.Бачуриной, З.Л. Туркетти (1,5) был предложен метод расчета обложных осадков в холодное время года.

Данный метод учитывает наиболее важные факторы: адиабатическое охлаждение воздуха при упорядоченных вертикальных движениях, влагосодержание воздуха, притекающего в данный район и неадиабатическое изменение температуры воздуха при адвекции тепла или холода, т.е трансформацию.

При расчете количества осадков этим методом делают следующие упрощения:

не учитывают испарения, так как расчеты производят на короткий срок и в холодное полугодие;

считают, что вся сконденсированная влага выпадают в виде осадков;

не учитывают изменение влажности на уровне поверхности 500 гПа и выше, так как главные запасы влаги располагаются ниже этого уровня – это частично компенсирует неучитываемый расход влаги, который затрачивается на формирование облачности;

учитывают вертикальные движения от нестационарности и приземного трения по полям давления только на уровне поверхностей 700 и 850 гПа;

учитывают неадиабатическое изменение температуры за 24 ч и 36 ч на уровне поверхностей 700 и 850 гПа по графику эмпирической зависимости между величинами адвективных изменений температуры и соответствующим трансформационным прогреванием или охлаждением воздуха;

считают, что формирование осадков начинается с момента, когда воздух достигает состояния насыщения на уровне поверхности 700 гПа.

Поскольку на уровне 700 гПа насыщение достигается быстрее, чем на уровне 850 гПа, то этим вероятно, частично компенсируется дополнительное охлаждение, которое возникает за счет не учитываемых при расчете осадков неупорядоченных вертикальных движений, связанных с турбулентностью и другими причинами.

Для прогноза обложных осадков в равнинных условиях метод А.А.Бачуриной и З.Л. Туркетии дает неплохие результаты /1/.

Однако своеобразная орография юго-восточных и восточных районов Казахстана в значительной степени определяет процесс трансформации воздуха и его конденсации. Поэтому в отделе научно-методических работ Алма-Атинского Бюро погоды в 1973-75гг. проводилось испытание и уточнение метода А.А. Бачуриной и ЗЛ. Туркетии по прогнозу обложных осадков в холодное время года для юго-востока и востока Казахстана /3/. Аналогичная работа по уточнению метода А.А.Бачуриной и З.Л. Туркетти для города Ташкента проделана Н.П Сапроновой / 7/.

Вследствие динамичного подъема воздушных масс при приближении к горам происходит дополнительное понижение температуры. Величина этого понижения зависит от ориентации потоков в нижних слоях тропосферы по отношению к горным склонам.

Для определения трансформационного изменения температуры построены график (рис.1.2) для юго-западных. западных, северо-западных, северных и восточных потоков /3/.

На графиках по оси ординат отложены значения адвективного изменения температуры DТа, которые получены как разность температуры воздуха, перемещающегося в соответствии с высотными потоками через 24 ч, 36 ч в пункт прогноза и температурой в пункте прогноза в исходный срок.

По графикам см. рис. 1.2. определяется DТтр на поверхности 700 и 850 гПа. ПРОВЕРЕНО ДО

Величина трансформационного изменения температуры DТтр для юго-восточных и восточных районов Казахстана отрицательна, как при адвекции тепла, так и при адвекции холодаю. Такое распределение DТтр связано с подъемом воздушных масс по склонам гор.

Для прогноза осадков служат эмпирические графики, представленные на рис. 1.4 и рис 1.5.

По оси абсцисс отложены значения вертикальных токов вычисленных по полю давления Wр: справа- восходящие, соответствующие падению давления, слева- нисходящие, соответствующие росту давления. По оси ординат отложена величина.

Тq = (Т- Тd) + DТтр,

где Т-Тd -дефицит влажности в том пункте, откуда должна через 24 ч и 36 ч сместиться воздушная частица в район прогноза.

Знак Тq зависит от абсолютной величины DТтр.

Разность Т-Тq всегда положительная, величина D Ттр для юго-восточных и восточных районов Казахстана, как уже говорилось ранее, всегда отрицательна и способствует приближению воздуха к состоянию насыщения, т.е уменьшает дефицит влажности.

Полученные для юго-восточных и восточных районов Казахстана прогностические график отличается от график, полученных для равнинной территории (рис. 1.6) тем что конденсационная линия (линия разделяющая область «осадки» и «без осадков») не проходит через начало координат, а смещена влево. Такое положение объясняется дополнительным охлаждением воздуха, возникающим за счет механического подъема его по склонам гор.

Конденсационные линии были получены одновременно для 850 и700 гПа поверхностей.

График для определения количества осадков рис.(1.7) такой же, как и применяемый в условиях равниной части Европейской территории СССР. На график по оси ординат отложено количество сконденсированной влаги (RR мм), по оси абсциссвеличины разностей (W) между вычисленными вертикальными скоростями и теми, которые необходимы охлаждения воздуха до такого насыщения при данной величине Тq. Эти разности определяют по графикам (рис.1.4 и рис. 1.5). На графике (см. рис. 1.7) проведены линии, позволяющие производить расчет количества сконденсировавшейся влаги на разных высотах (Н850,Н700) и при различной прогностической температуре воздуха (Тт) на соответствующих высотах (для поверхности850 гПа- линия 2 и для 700 гПа- линия I).

Определение количества влага, которое может быть сконденсировано, производится отдельно для слоя от 1000 до 850 гПа и для слоя от 850 до 700 гПа, затем берется сумма количества сконденсированной влаги на поверхности 850 и700 гПа.

Для расчета обложных осадков необходим следующий материал:

1) анализ приземный за 03 ч моск.;

2) 2)карты барической топографии АТ850 гПа и АТ700 гПа поверхности за 03 ч моск.;

3) кары будущего положения:

приземная за 24 ч и 36 ч;

высотная АТ700 гПа на 24 и36 ч.

Так как карты будущего положения поступают очень поздно можно использовать фактические каты с учетом перестройки барического поля.

В оперативной работе вычисление обложных осадков в холодный период года (октябрь-март) по уточненному методу А.А Бачуриной и З.Л. Туркетти производится в следующем порядке:

1) определяют тот район, из которого должен поступить воздух в пункт прогноза через 24 ч, 36ч на уровне 700 гПа, для чего прочерчивается траектория от пункта прогноза в направлении, обратном воздушному потоку. Снятые с карт данные, которые необходимы для расчета вертикальных токов и осадков, удобно записывать форме таблицы.

2) с помощью палетки (рис.1.1) снимают лапласиан а начальной точке (откуда приходит воздушная масса через 24 ч, 36ч) по фактическим картам приземной и АТ700 гПа и в конечной по прогностическим карам приземной АТ700гПа, при отсутствии прогностических карт, по исходным картам с учетом перестройки барического поля /6/.

Палетку делают, учитывая масштаб карты. Например, если масштаб I:15 000 000, то расстояние 01=02 =03=04=3,3 см.

Палетку для определения лапласиана следует прикладывать параллельно меридиану и рассчитывать по формуле:

DР=Р1 +Р2 +Р3 +Р4 -4Ро (у земли)

DН = Н1 +Н2 +Н3 +Н4 -4Но (АТ700)

3) по картам АТ850 гПа и АТ700гПа, сравнивая температуру воздуха в пункте прогнозе (Тк) в момент расчета с температурой в точке начала траектории(Тн), определяют характер и величину адвективного изменения температуры (DТа=Тн – Тк);

4) выбирают наименьшее значение дефицита точки росы (Т –Тd) на протяжении всей траектории воздушной частицы от конечной до начальной;

5) определяют трансформационные изменения температуры (DТтр), пользуясь одним из графиков на рис.1.2 (в зависимости от направления потоков). Для равнинных районов следует пользоваться трансформационными графиками (см.рис.1.3);

6) вычисляют вертикальные токи W р850 и Wр700 с помощью номограмм 1 (см. рис. 1.8) и 2 (см.рис.1.9),описание которых приводится ниже;

7) определяют величину Тq =(Т –Тd) +DТтр отдельно для 850 гПа и 700 гПа;

8) определяют возможность выпадения осадков, зная Wр850, Wр700 и Тd (см. рис.1.4 и рис 1.5). Если полученная на графике точка оказывается левее линии конденсации, то в течение ближайших 24 ч 36 ч следует ожидать в пункте прогноза погоду без осадков, если точка оказывается правее линии конденсации- следует ожидать погоду с осадками. В последнем случае определяют W и по графику рис. 1.7 находят ожидаемое количество осадков.

Следует иметь в виду, что определяя величину лапласиана а начальной и конечной точке траектории, получают результат, относящийся к конечному моменту 24 ч, 36 ч интервалов. Но осадки могут быть связаны с воздушными массами, которые поступят в район прогноза ранее, чем через 24 ч, 36 ч. Поэтому, если между начальной конечной точками траектории на синоптической карте Ат700 гПа имеются ложбина или циклон, то расчет необходимо производить для точки максимальной циклонической кривизны изобар (изогипс), из которой должен поступить воздух в пункт прогноза. При этом и дефицит влажности надо брать в этой же точке. В области барических образований размеры которых менее 1000 км, при вычислении лапласиана следует брать шаг сетки не 500 км, а 250 км. В этом случае абсолютную величину численных коэффициентов в формулах нужно увеличить в 4 раза.

Для того, чтобы правильно использовать результаты расчета, следует иметь в виду и недостатки этого метода (7):

1) расчет возможности осадков производится по прогностическим картами, следовательно, результаты целиком зависят от качества этих карт;

2) 2 вычисляемые по этому методу вертикальные движения обусловлены не стационарностью атмосферных процессов и трением. Дополнительные вертикальные движения воздуха в области фронтов при расчете не учитываются. Вертикальные движения вблизи гор учитываются косвенно по знаку трансформационного изменения температуры;

3) при большой величине суточной траектории и сложной конфигурации барического поля рассчитанные вертикальные токи не отражают истинного характера вертикальных движений;

4) используются данные о температуре и дефиците в начальной и конечной точках траектории, в то время как на формирование облачности и выпадение осадков влияют условия погоды и состояния подстилающей поверхности на всем пути воздушной частицы.

Приводим пример расчета осадков в пункте прогноза за сутки. Снятые с карт данные, которые необходимы для расчета вертикальных токов и осадков, записывают в таблицу. Для определения начальной точки 24 ч траектории по прогностической карте АТ700 следует переместиться от пункта прогноза навстречу потокам на расстояние, равное пути, который пройдет частица воздуха за 12 ч, двигаясь со средней скоростью, ожидаемой в данном районе. От полученной точки по карте АТ700 последнего срока (03 ч моск.) следует переместиться вверх по потоку на расстояние, которое пройдет частица воздуха за 12 ч, двигаясь со средней скоростью, отмеченной на этой карте. На денная таким путем точка, является началом траектории. В ней определяется лапласиан на приземной карте и карте АТ700 исходного срока (03 ч моск.). Затем определяется лапласиан в пункте прогноза на прогнозируемых картах АТ700 и приземной.

По этим данным производятся вычисления вертикальных токов в слоях от 1000 до 850 гПа (Wр850) и от 850 до 700 гПа (Wр700).

Предположим, что Wр850 =минус 110 гПа и Wр700 = минус 120 гПа за 24 ч. Пусть температура на поверхности 850 гПа в пункте прогноза в 03 ч (исходный срок) был равна 4^о.т.е. Тк = 4^оС, в начальной точке траектории (при западном направлении потоков) была равна минус 2^оС, т.е Тн= минус 2 ^оС. Таким образом, температура в пункте прогноза за предстоящие сутки должна понизиться на 6 ^оС.По графику на рис.1.2а (для западных потоков) при DТа =Тн- Тк= минус 2 ^оС минус 4 ^оС = минус 6 ^оС определяем DТтр = минус 3 ^оС. Следовательно, изменение температуры в пункте прогноза за предстоящие сутки составит минус 9 ^оС и ожидаемая температура (Тт) в пункте прогноза будет равна минус 5 ^оС. Предположим, что дефицит точки росы Т- Тd в начальной точке равен нулю, тогда Тq = (Т – Тd) + DТтр =0 +(-3) = мину 3 ^оС. По значению Тq =минус 3 ^оС и величине восходящего движения Wр850 =минус 110 гПа/12 ч на графике, помещенном на рис.1.5, находим точку пересечения. Полученная точка А оказывается правее линии конденсации для уровня 850гПа, следовательно, в слое 1000- 850 гПа должна происходить конденсация. На поверхности 700 гПа Wр700 =минус 120 гПа /12 ч и Тq получилась равной минус 2 ^оС, Тт =минус 3 ^оС, тогда точка с координатами Тq и Wр700 по лучилась правее линии конденсации для уровня 700 гПа, т.е. в слое 850- 700 гПа должна также происходить конденсация. Таким образом, в течение ближайших 24 ч в пункте прогноза следует ожидать осадки.

Расчет количества осадков производится по графику рис.1.7 следующим образом.

Так как на рис. 1.5 точки А и В находятся в зоне «осадки» определяем разность между вычисленным значением и тем, которое необходимо начала конденсации Wрк при том же значении Тq. Величину Wрк находим по графику рис. 1.5 путем перемещения от точки А с координатами Wр 850 = минус 110 гПа/12 ч и Тq =минус 3 ^оС по горизонтали до пересечения с наклонной конденсационной линей.

Из точки пересечения, смещаясь по вертикали, находим значение Wрк = 100 гПа/12 ч – для 850 гПа поверхности.

Wрк для 700 гПа = 82 гПа/12 ч.

Определяем для 850 гПа W =Wрк - Wр850 =100 минус (минус 110) = 21- гПа/ 12 ч. По значению W на графике рис. 1.7, поднимаясь по оси абсцисс до значения Тт =минус 5 ^оС на поверхности 850 гПа, отсчитываем по шкале ординат количество осадков за счет конденсации в слое 1000 –850 гПа;

R R850 =4.3 мм.

Аналогично определяем возможное количество осадков за счет конденсации в слое 850-700 гПа. Для поверхности 700 гПа имеем Wр = мину 120 гПа/12 ч и Тq =минус 2 ^оС. По графику (рис.1.5) находим для поверхности 700 гПа Wрк =82 гПа и W =82 минус (минус 120) =202 гПа. На графике рис.1.7 для поверхности 700 гПа по данным W =202 гПа и Тт =минус 3 ^оС находим количество осадков R R700 = 9 мм Суммируя количество осадков, получаем:

R R =RR850 + R R 700 =4.3 мм + 9 мм = 13.3 мм

ОПИСАНИЕ НОМОГРАММ ДЛЯ РАСЧЕТА

БУДУЩИХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ

Принцип построения номограмм подробно изложен в работе /8/.Номограмма 1 (рис.1.8) служит для определения вертикальных токов Wр850, номограмм 2 –для Wр700 (рис.1.9).

На номограмме 1 по горизонтальной оси отложены значения лапласиана: D Рн – вправо от нуля положительные, влево – отрицательные величины; по вертикальной оси –значения лапласиана; DРк вверх от нуля положительные, вниз – отрицательные величины. Наклонные сплошные линии, линии равных значений Wр850 для первой половины суток, кратные 10. Наклонные пунктирные линии равных значений Wр850 для второй половины суток, также кратные 10.

Для определения будущих вертикальных движений воздуха по горизонтальной оси номограммы 1 отыскивается точка, соответствующая значению DРн, от нее проводится вертикальная прямая до пересечения с горизонтальной прямой, соответствующей значению D Рк. В точке пересечения этих прямых между сплошными наклонными линиями отсчитываем величину Wр850 для первой половины суток (с 03 ч до 15 ч текущих суток), а между пунктирными линиями (наклонными) – величину Wр850 для второй половины суток (с 15 ч текущих суток до 03 ч следующих суток).

На номограмме 2 (рис.1.9.) по горизонтальной оси даны значения D Нн и Wр850 (числа на шкале означают одновременно и D Нн, и Wр850), по вертикальной оси – значения DНк и DНк минус DНн (числа на шкале означают одновременно и DН и DНк минус DНн). Наклонные сплошные линии – линии равных значений Wр700, кратные 10. Наклонные пунктирные линии – линии, параллельные биссектрисе первого координатного угла.

По номограмме 2 на ее горизонтальной оси отыскивается точка, соответствующая значению D Нн. От нее проводится вертикальная прямая до пересечения с горизонтальной прямой, соответствующей значению D Нк. Затем параллельно наклонным пунктирным линиям поднимаемся или опускаемся до пересечения с вертикальной осью, где получаем величину D Нк минус D Нн. Далее от найденной точки по горизонтальной прямой движемся до вертикальной прямой соответствующей значению Wр850 для первой половины суток (с 03 ч до 15 ч текущих суток) и по этой же горизонтальной прямой до вертикальной, соответствующей значению Wр850 для второй половины суток, найденному по номограмме 1. В полученной точке между сплошными наклонными линиями отсчитываем Wр700 для второй половины суток (с 15 ч текущих суток до 03 ч следующих суток).

Для равнинной территории Казахстана нет необходимости описыватпорядок выполнения расчетов, так как он идентичен описанному выше. Методика расчета осадков для равнинной территории подробно изложена в работе /5/,D Ттр получают по графику (рис.1.3).

Возможность выпадения осадков для равнинной территории определяют по графику (рис.1.7).

Литература

1.А.А.Бачурина и З.Л. Туркетти. Условия образования осадков холодного полугодия и возможности их прогноза. Л.,Гидрометеоиздат, 1955.

2. Г.М.Бондарь. График для прогноза дефицита точки росы, облачности и количества осадков. Приложение к информационному письму №2. 1968.

3. Методическое письмо (методы прогноза града., осадков, гроза, сильного ветра, экстремальных температур, метелей). Алма- Аты, сент. 1976, с. 19-30.

4. Наставление по службе прогнозов, разд. 2. Ч.III,IV,V. М., Гидрометеоиздат, 1981.

5. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды, ч. П, Л.,Гидрометиздат, 1954.

6. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды, ч. I, Л.,Гидрометиздат 1968.

7. Н.П.Сапронова. Уточнение прогноза облажных осадков по району г. Ташкента в холодное время года. Труды САНИГМИ, вып. 8 (23), 1963, с. з – II.

8. А.Г. Тариопольской. Номограммы для расчета будущих вертикальных движений воздуха. Информационное письмо Уральского УГКС№ (21), 1961.

Дата добавления: 2015-07-25