Динаміка конвективних хмарних систем і небезпечних явищ погоди на півдні України по даним радіолокаційних спостережень

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ ГІДРОМЕТЕОРОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук

ДИНАМІКА КОНВЕКТИВНИХ ХМАРНИХ СИСТЕМ І НЕБЕЗПЕЧНИХ ЯВИЩ ПОГОДИ НА ПІВДНІ УКРАЇНИ ПО ДАНИМ РАДІОЛОКАЦІЙНИХ СПОСТЕРЕЖЕНЬ

11. 00. 09 - метеорологія, кліматологія, агрометеорологія

КОРБАН Олег Вікторович

УДК 551. 515. 553. 96

Одеса - 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському гідрометеорологічному інституті Міністерства освіти України.

Науковий керівник доктор фізико-математичних наук, професор Єфімов Владислав Анатолійович, Одеський гідрометеорологічний інститут, професор кафедри теоретичної метеорології та метеорологічних прогнозів.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Школьний Євген Павлович, Одеський гідрометеорологічний інститут, професор кафедри геофізичної гідродинаміки і теорії клімату; кандидат географічних наук, Данов Євген Іванович, начальник Одеської воєнізованої служби з активних впливів на гідрометеорологічні процеси.

Провідна установа: Український науково-дослідницький гідрометеорологічний інститут, Держкомгідромету України (м. Київ).

Захист відбудеться « 10 « червня 1999 р., о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д. 41. 090. 01 Одеського гідрометеорологічного інституту за адресою: 270016, м. Одеса-16, вул. Львівська, 15, ОГМІ

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Одеського гідрометеорологічного інституту, м. Одеса, вул. Львівська, 15, ОГМІ.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

конвективна хмарна система радіолокаційна інформація

Актуальність теми. Для південних регіонів України розробка надійних методів розпізнавання і прогнозу небезпечних явищ погоди (смерчі, шквали, грози, град, зливи) є однією із пріоритетних задач метеорологічної науки і практики. Такі методи повинні мати схеми прогнозу, які дозволяють враховувати спільну радіолокаційну і супутникову інформацію, а їх розробка базується на радіолокаційних дослідженнях динаміки конвективних хмарних систем, що дозволяють виявити регіональні особливості їх просторово-часового розподілу. Таким чином, актуальність роботи визначається як науковими задачами радіолокаційного дослідження фізичних процесів у конвективних хмарних системах з використанням найбільш інформативних радіолокаційних методів (доплерівських і поляризаційних), так і практичними задачами радіолокаційного розпізнавання і прогнозу небезпечних явищ погоди.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, які виконані в дисертації, увійшли до планів НДР: № ДР 0196 U 013470 «Використання супутникової інформації та заходів дистанційного зондування для цілей гідрометеорологічного забезпечення та екологічного забезпечення народного господарства».

Мета і задачі дослідження.

Метою роботи є розробка нового підходу в здобутті інформації про динамічні процеси в конвективних хмарних системах і пов'язаних з ними небезпечних явищ погоди на півдні України.

Відповідно до мети досліджень поставлені такі конкретні задачі:

- визначити умови розвитку конвективних хмарних систем і небезпечних явищ погоди з використанням радіолокаційної інформації;

- одержати просторово-часові характеристики конвективних хмарних систем і небезпечних явищ погоди для півдня України;

- розробити гідродинамічну модель механізму взаємодії конвективних осередків з полем вітру;

- розробити поляризаційну модель відбивальних властиво-стей конвективних хмар і небезпечних явищ погоди;

- установити зв'язок поляризаційних параметрів луна-сигналів з динамічними процесами в купчасто-дощових хмарах;

- одержати поляризаційну структуру конвективних хмар.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробці і узагальненні нового науково-методичного напрямку в дослідженні динамічних процесів в конвективних хмарах і пов'язаних з ними небезпечних явищ погоди, який дозволив вперше теоретично і експериментально отримати ряд важливих результатів. Ці результати поглиблюють сучасну уяву про механізм формування небезпечних явищ погоди, що підвищує ефективність їх розпізнавання і прогнозу.

Теоретична цінність дослідження полягає у використанні нового підходу для вивчення регіональних особливостей динаміки конвективних хмарних систем і пов'язаних з ними небезпечних явищ погоди, який для півдня України використовується вперше.

Практична цінність заключається в тому, що одержані результати можуть бути базою для розробки гідродинамічних і радіолокаційних методів прогнозу як для півдня, так і для інших регіонів України. Розроблена поляризаційна модель ідентифікації небезпечних явищ погоди, впроваджена в оперативну роботу воєнізованих підрозділів по активним впливам на гідрометеорологічні процеси України. Перевірка запропонованої моделі на незалежному матеріалі, переконливо свідчить про її ефективність та надійність.

Особистий внесок здобувача. Автором вирішені такі задачі:

- запропонована нова методика комплексного підходу до отримання інформації про динаміку конвективних хмарних систем і небезпечних явищ погоди на півдні України;

- розроблена та апробована гідродинамічна модель шквалової хмари;

- розроблена поляризаційна модель відбивальних властивостей конвективних хмар і небезпечних явищ погоди;

- одержані поляризаційні параметри градових і зливових хмар для регіону досліджень.

Апробація та публікації результатів. Основні результати дисертації докладалися на науковій конференції Одеського гідрометеорологічного інституту в 1999 році та на Всеросійських симпозіумах (м. С. -Петербург) по радіолокаційному дослідженню природного середовища, які відбувалися в 1996-1999 рр. Основні результати дисертації опубліковані в 3 статтях. Дисертаційна робота обговорена та рекомендована до захисту на розширеному

науковому семінарі кафедри теоретичної метеорології та метеорологічних прогнозів у лютому 1999 року.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел. Загальний обсяг роботи на 204 сторінках машинописного тексту включає 55 рисунків, 39 таблиць, список використаних джерел з 115 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність, наукова і практична значущість тематики, формулюються мета і задачі дисертації, викладаються основні положення і результати, що виносяться на захист, приводиться коротка анотація змісту чотирьох розділів роботи.

У першому розділі представлено огляд стану проблеми і обгрунтований вибір напрямку досліджень. Аналізується використання у прогностичній практиці інформації мережових метеорологічних радіолокаційних станцій, які дозволяють здійснити найбільш повне дослідження грозової діяльності, інтенсивної турбулентності, вертикальних зсувів вітру, метеорологічних умов обледеніння літаків. Звертається особлива увага на комплексне використання в прогнозі небезпечних явищ погоди інформації мережі метеостанцій, метеорологічних супутників і метеорологічних радіолокаторів. Обгрунтовується необхідність підвищення інформативності метеорологічних радіолокаторів шляхом використання такого параметру електромагнітної хвилі, як поляризація.

Другий розділ присвячений дослідженню просторово-часових характеристик конвективних хмарних систем і небезпечних явищ погоди на півдні України по даним стандартної метеорологічної інформації і мережових метеорологічних радіолокаторів. Досліджені умови розвитку конвекції в прибережній зоні Північного Причорномор'я. Установлено, що розвиток могутніх купчасто-дощових хмар пов'язаний в основному з атмосферними фронтами, в області розташування яких існує крупномасштабна конвергенція вітру біля поверхні землі, а на висотах дивергенція вітру, що обумовило виникнення крупномасштабних висхідних рухів. В 60% випадків розвиток конвективних хмар відмічався під час про-ходження фронтальних розділів. Характерною рисою розвитку конвективних хмар в прибережній зоні Чорного моря є їх утворення на стаціонарних холодних фронтах. Зроблено аналіз термодинамічних і синоптичних умов розвитку конвективних хмар в результаті якого установлено, що максимум річного ходу повторюваності конвективних явищ збігається з часом максимального розвитку термічної конвекції. Основним фактором, що визначає ступінь конвективної нестійкості атмосфери, є наявність позитивної енергії нестійкості, середнє значення якої складає 1042-1378 Дж/кг. Висока активність конвективних процесів спостерігається в травні, червні, липні. Виявлено спільний вплив макроциркуляційних умов і бризів мезомасштабної циркуляції на режим формування конвективних хмарних систем Північного Причорномор'я. Досліджена динаміка градових процесів мережовими метеорологічними радіолокаційними станціями стосовно до території Криму. Установлено, що умови розвитку градових процесів визначаються термодинамічними умовами розвитку атмосфери в години розвитку конвекції, до яких відносяться:

- велика позитивна енергія нестійкості;

- швидкість конвективних висхідних рухів більше 10 м/с;

- високий вологовміст атмосфери;

- значна вертикальна потужність вологого нестійкого шару атмосфери, яка сприяє появі кристалічної фази в підвітряній частині хмари;

- високий рівень розташування максимума нестійкості, при якому підвищена водність припадає на область від'ємних температур, де відбувається найбільш інтенсивний ріст хмарних частинок і граду;

- невеликий дефіцит вологості в шарі втягнення (800-500 гПа).

Приводяться результати радіолокаційних досліджень небезпечних явищ погоди на території Криму за період з 1976 по 1985 рр. і аналізується еволюція градових процесів. Одержані радіолокаційні і температурні параметри градових хмар. Проведено аналіз синоптичної ситуації при градових процесах (табл. 1) та повторюваності грозо-градових процесів (табл. 2).

Таблиця 1

Синоптичні ситуації при градових процесах

Таблиця 2

Повторюваності грозо-градових процесів

Установлено, що нестійка стратифікація атмосфери може приводити до утворення смерчу. Дані радіолокаційних спостережень показали, що смерчі пов'язані з двома типами мезомасштабної циркуляції: з хмарами, що мають горизонтальну вісь обертання (крутильний хмарний вал) і спостерігаються на лінії нестійкості (лініях шквалів) перед холодними фронтами, які швидко рухаються, та з хмарами, які обертаються навколо вертикальної осі. Представлений фактичний матеріал свідчить про те, що утворення і розвиток конвекції на півдні України носить регіональний характер. В той же час з конвективними хмарними системами зв'язані небезпечні явища погоди, утворення і розвиток яких визначається не тільки зовнішніми параметрами хмар, але і внутрішньою структурою трьохмірних повітряних потоків в могутніх купчастих хмарах.

Дослідженню цього питання присвячений третій розділ дисертації. Тут використовуються як традиційні методологічні принципи радіолокаційних вимірювань швидкості повітряних потоків в могутніх конвективних хмарних системах і циклонічних мезовихорах з допомогою мережових імпульсних та доплерівських метеорологічних радіолокаторів, так і нетрадиційні - поляризаційні, з допомогою метеорологічних поляриметрів. Для півдня України вперше одержані розподіл відбиваності лінії шквалів, горизонтальні і вертикальні зсуви вітру, які складають відповідно 2, 210^-2 с^-1 і від 210^-1 до 710^-2 с^-1. Проведені радіолокаційні дослідження поля вітру в пограничному шарі атмосфери перед утворенням могутніх конвективних хмар показали можливість прогнозу утворення конвективних хмар за 2 години до їх розвитку. При цьому = 6, 7510^-2 м²с^-3 відповідає сильна, = 8, 510^-3 м²с^-3 - середня і =3, 010^-3 м²с^-3 - слабка турбулентність. Для півдня України представляє інтерес дослідження характеру взаємодії динамічних процесів різних масштабів. Відповідь на поставлене питання дозволили дати радіолокаційні спостереження за хмарними системами різних масштабів, включаючи і фронтальні, проведені в період з 1976 по 1985 рр. При цьому одержана структура повітряних рухів в зоні теплого фронту, побудована його динамічна модель, а також вертикальний розріз поля вітру і радіолокаційної відбиваності під час проходження холодного фронту і при внутрішньомасовому розвитку купчасто-дощових хмар. Порівняння структури поля вітру в хмарах, що розвиваються в різних метеорологічних ситуаціях (фронтальні і внутрішньомасові), не виявило принципової різниці.

Відхилення потоків від вертикалі складає величину 0-40⁰ і тим більше, чим вище зсув вітру на висотах від поверхні землі до рівня вершини хмари. Розроблена гідродинамічна модель взаємодії конвективних хмарних систем з полем вітру. Вертикальна структура векторного поля швидкості в окремій хмарі, яка розглядується як замкнута термодинамічна система, задається системою рівнянь:

(1)

де - радіальна проекція вектору швидкості по r в циліндричних координатах;

- дотична проекція вектора швидкості по кутовій координаті;

- вертикальна координата.

По кутовій координаті рішення вважається постійним у вигляді горизонтальної проекції вихору швидкості, значення якої відповідає подвоєнній кутовій швидкості . Рівняння нерозривності визначає зберігання субстанції всередині циліндричного вихору. Ефект втягнення у даній моделі вважається повністю збалансованим стіканням холодного повітря з вершини хмари. Для шквалової хмари гідродинамічна модель базується на рівнянні:

(2)

Тут і .

Рішення системи (1) буде мати вигляд:

(3)

Функції є малими в порівнянні з , тобто є в наявності шквалова складова горизонтальної проекції вихору.

При цьому ситуація шквалу моделюється при збільшеному порядку функції Беселя і Неймана-Беселя. За допомогою розробленої моделі була розрахована функція струму в шкваловій хмарі, а з допомогою метеорологічного поляриметру експериментально підтверджено наявність ланцюжка Кармана в хмарі.

Зміст заключного четвертого розділу замикає цикл радіолокаційних досліджень конвективних хмар і небезпечних явищ погоди на півдні України з використанням їх поляризаційної моделі, енергетичні коефіцієнти якої розраховувалися за формулами:

(5)

де - азимут;

- кут еліптичності;

- діелектрична проникність;

n - коефіцієнт форми хмарних частинок;

- кути орієнтації частинок в хмарі.

(6)

Показано, що основою поляризаційних методів є опис поляризаційних властивостей хмар і пов'язаних з ними небезпечних явищ погоди з допомогою матриці коефіцієнтів, які характеризують зміну поляризаційних параметрів відбитої хвилі в лінійному, круговому та еліптичному базисах. При цьому аналітичне завдання поляризації електромагнітної хвилі на випромінювання і приймання здійснюється з допомогою параметрів Стокса. Перевага матричного завдання відбивальних властивостей хмар, полягає в тому, що вона дозволяє розділити параметри відбитої хвилі з параметрами випроміненої хвилі і радіолокаційними властивостями відбивальних атмосферних утворень. Використаний матричний підхід для опису відбивальних властивостей конвективних хмар дозволив рішити на його основі задачу ідентифікації та розпізнавання небезпечних явищ погоди.

Виконані теоретичні і експериментальні дослідження поляризаційних властивостей конвективних хмар, які знаходяться на різних стадіях розвитку. Проведена апробація і технічне впровадження поляризаційного методу радіолокації конвективних хмар. Одержано вертикальний розподіл поляризаційних параметрів для градових і зливових купчасто-дощових хмар, які знаходяться на стадії зрілості. Визначена орієнтація хмарних частинок і фазовий стан. Виділені зони випадаючого граду і зливи. Розраховані середні значення поляризаційних параметрів, які мають різні значення для зливових і градових хмар. По даним 1654 вимірювань параметрів градових і 958 зливових хмар одержані статистичні характеристики параметрів Стокса (табл. 3, табл. 4).

Таблиця 3

Статистичні характеристики поляризаційних параметрів Стокса для градових хмар

Таблиця 4

Статистичні характеристики поляризаційних параметрів Стокса для зливових хмар

Дослідження показали високу інформативність поля-ризаційних параметрів луна-сигналів при радіолокаційному розпізнаванні небезпечних явищ погоди. Аналіз радіолокаційного дослідження структури конвективних хмар і пов'язаних з ними небезпечних явищ погоди показав, що найбільш перспективним та ефективним методом виявлення і розпізнавання шквалів, мезоциклонів, смерчів та інших є метод поляризаційної селекції.

ВИСНОВКИ

1. В дисертації на відміну від існуючих методів прогнозу небезпечних явищ погоди, зв'язаних з конвективними хмарними системами, запропонований принципово новий підхід, оснований на спільному використанні радіолокаційної інформації і результатів чисельного моделювання динамічних процесів в конвективних хмарах.

2. Розроблена і апробована гідродинамічна модель шквалової хмари, що описує вертикальну структуру векторного поля швидкості і дозволяє установити взаємні динамічні зв'язки конвективної хмари і вітрового поля, і тим самим використати теорію фронтальних ланцюгів Кармана спільно з даними радіолокаційних спостережень в методиці прогнозу небезпечних явищ погоди.

3. В дисертаційній роботі показано, що комплексний підхід до прогнозу небезпечних явищ погоди базується на оперативній радіолокаційній інформації, яка може бути одержана як з допомогою некогерентних метеорологічних радіолокаційних станцій, так і з допомогою найбільш перспективних когерентних і поляризаційних метеорологічних радіолокаторів, володіючих інформаційною ефективністю.

4. Досліджена інформативність метеорологічних радіолока- ційних станцій шляхом аналізу радіолокаційних спостережень за конвективними хмарними системами і пов'язаними з ними небезпечними явищами погоди на півдні України за період з 1971 по 1988 рр. Установлено розподіл небезпечних явищ погоди по дослідній території, просторово-часова мінливість, повторюваність по сезонам, інтенсивність і особливості їх розвитку.

5. Теоретично і експериментально встановлено, що найбільшою інформаційною ефективністю володіють поляризаційні метеорологічні радіолокаційні станції з повним аналізом поляризаційної структури луна-сигналів.

6. З метою застосування поляризаційної метеорологічної радіолокаційної станції в оперативній практиці штормооповіщення розроблений поляризаційний метод розпізнавання конвективних хмар і пов'язаних з ними небезпечних явищ погоди, що базується на використанні моделі їх відбивальних властивостей у вигляді поляризаційної матриці розсіювання.

7. З використанням поляризаційного методу вперше теоретично одержані поляризаційні параметри конвективних хмар, що знаходяться на різних стадіях розвитку і супроводжуються небезпечними явищами погоди. Ці параметри дають інформацію не тільки про динамічний стан хмар, але й про особливості їх мікроструктури.

8. Поляризаційний метод розпізнавання небезпечних явищ погоди, які пов'язані із зародженням і розвитком конвективних хмарних систем, доведений до можливості його практичної реалізації в метеорологічних радіолокаційних поляриметрах і може бути використаний з метою прогнозу і активних впливів.

9. Практична реалізація розробленного поляризаційного методу розпізнавання небезпечних явищ погоди була здійснена в Одеській і Кримській воєнізованих службах по активному впливу на гідрометеорологічні процеси.

10. Вперше експериментально одержані поляризаційні параметри градових і зливових хмар, зони випадаючого граду і зливових опадів різної інтенсивності.

11. Справдженість прогнозу градонебезпечності конвек-тивних хмар з використанням поляризаційного методу складає більше 98%.

12. Виконані в дисертаційній роботі теоретичні і експериментальні дослідження комплексного використання радіолокаційної і гідродинамічної моделі прогнозу небезпечних явищ погоди, пов'язаних з конвективними хмарними системами показали можливість їх використання в оперативній прогностичній практиці і штормооповіщення при гідрометеорологічному обслуговуванні різних галузей народного господарства України (авіації, сільського господарства, морського флоту та ін.).

Підсумковий висновок зробленої роботи заключається в тому, що представлений комплексний підхід до радіолокаційного дослідження конвективних хмарних систем для півдня України є перспективним і може використовуватися для інших регіонів.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Корбан О. В. Радіолокаційний прогноз шквалів: Сб. Метеорология, климатология и гидрология. - Вып. 35. - 1998. - с. 129-133.

2. Корбан О. В. Структура полів вітру у фронтальних та внутрішньомасових хмарах: Сб. Метеорология, климатология и гидрология. - Вып. 35. - 1998. - с. 134-137.

3. Корбан О. В. Мезоструктура конвективных облачных систем по данным МРЛС для территории Северного Причерноморья: Сб. Метеорология, климатология и гидрология. - Вып. 36. - 1998. - с. 31-35.

4. Ефимов В. А., Ефимов А. В., Конкин В. В., Корбан О. В., Петерсон В. Б. Экстраполяция результатов дистанционного зондирования применением свойства аналитичности главных осей тензора скоростей деформации // Труды XV Всероcсийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред». - Вып. 1. - Санкт-Петербург. - 1997. - с. 209-210.

5. Корбан О. В. Радиолокационное исследование структуры атмосферных фронтов, на фоне которых возникают шквалы // Труды Всероссийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред». - Вып. 1. - Санкт-Петербург. - 1998. - с. 219-220.

6. Ефимов В. А., Корбан О. В. Модель облачных слоев в циклоне по данным радиолокационных наблюдений //Тезизы докладов XIV Всеросийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред». - Санкт-Петербург. - 1996. - с. 10.

7. Корбан О. В. Динамика конвективных облачных систем на юге Украины по данным радиолокационных наблюдений // Тезисы докладов XVII Всероссийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред». - Санкт-Петербург. - 1999. - с. 13.

8. Корбан О. В. Опасные явления погоды на территории Крыма по данным сетевых радиолокационных наблюдений // Тезисы докладов XVII Всероссийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред». - Санкт-Петербург. - 1999. - с. 13.

9. Корбан О. В. Радиолокационные исследования влияния бризовой циркуляции на режим конвективных облаков в северном Причерноморье // Тезисы докладов XVII Всероссийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред». - Санкт-Петербург. - 1999. - с. 13.

АНОТАЦІЇ

Корбан О. В. Динаміка конвективних хмарних систем і небезпечних явищ погоди на півдні України по даним радіолокаційних спостережень. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11. 00. 09 - метеорологія, кліматологія, агрометеорологія. - Одеський гідрометеорологічний інститут, Одеса, 1999.

Дисертація присвячена дослідженню динамічних процесів в конвективних хмарах, з якими пов'язані небезпечні явища погоди на півдні України.

Вперше отримані просторово-часові характеристики конвективних хмарних систем і виявлена роль мезоциклонів в утворенні небезпечних явищ погоди, установлений зв'язок поля вітру з динамічними процесами в конвективних хмарах. Розроблені гідродинамічна і поляризаційна моделі купчасто-дощових хмар, за допомогою яких ідентифіковані небезпечні явища погоди. Основні результати впроваджені в оперативну роботу Одеської та Кримської воєнізованих служб, і можуть використовуватися в оперативних підрозділах метеослужб України при розробці гідродинамічних методів прогнозу небезпечних явищ погоди.

Ключові слова: конвекція, поляризація, модель, мезоструктура, шквали, смерчі.

Корбан О. В. Динамика конвективных облачных систем и опасных явлений погоды на юге Украины по данным радиолокационных наблюдений. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11. 00. 09 - метеорология, климатология, агрометеорология. - Одесский гидрометеорологичес-кий институт, Одесса, 1999.

Предложен комплексный подход к радиолокационному исследованию динамики конвективных облачных систем и опасных явлений погоды на юге Украины, включающий импульсные, доплеровские и поляризационные методы. Показана его правомочность для идентификации и прогноза опасных явлений погоды, проведен анализ радиолокационных наблюдений за конвективными облачными системами на юге Украины за период с 1974 по 1988 гг. Детально рассмотрены условия образования опасных явлений погоды при различных синоптических ситуациях.

Выполнено радиолокационное исследование мезоструктуры конвективных облачных систем для юга Украины, и моделирование механизма взаимодействия конвективных ячеек с полем ветра, исследована поляризационная структура конвективных облаков. Установлено, что развитие мощных кучево-дождевых облаков связано в основном с атмосферными фронтами. В 60% случаев развитие конвективных облаков отмечалось при прохождении фронтальных разделов. Характерной чертой развития конвективных облаков в прибрежной зоне Черного моря является их образование на стационарных холодных фронтах. Выявлено совместное влияние макроциркуляционных условий и бризов мезомасштабной циркуляции на режим формирования конвективных облачных систем. Получены аэросиноптические условия образования и развития грозо-градовых процессов для территории Крыма за 10 лет (1976-1985 гг.). Установлено, что выпадение града наблюдалось в основном при прохождении атмосферных фронтов (в среднем 12 случаев в год) и только в 5 случаях в год град выпадал при внутримассовом развитии грозовой деятельности. В тоже время грозо-градовые процессы в данном регионе Украины связаны с прохождением вторичных и основных холодных фронтов с волновыми возмущениями. Преобладающими потоками являются западный, северо-западный и северный, что совпадает с преобладающим прохождением вторичных и основных холодных фронтов со скоростью смещения от 5 до 50 км/час. По средним высотным барическим (АТ-500 гПа) и термическим (ОТ ⁵⁰⁰/₁₀₀₀) полям выявлено 5 основных типов синоптических ситуаций при развитии грозо-градовых процессов. Исследована динамика градовых процессов сетевыми метеорологическими радиолокационными станциями применительно к территории Крыма и приведены результаты радиолокационных исследований опасных явлений погоды. Проведенный совместный анализ синоптической и радиолокационной информации позволил осуществить прогноз смерча. Данные радиолокационных наблюдений показали, что смерчи связаны двумя типами мезомасштабной циркуляции: с облаками, имеющими горизонтальную ось вращения, наблюдающимися на линии неустойчивости перед быстро движущимися холодными фронтами и с облаками, вращающимися вокруг вертикальной оси.

Разработана гидродинамическая модель взаимодействия конвективных облачных систем с полем ветра, основанная на цепочках Кармана. Используя полученную гидродинамическую модель шквалового облака, проведен расчет функции тока в облаке. Эффект вовлечения в данной модели считается полностью сбалансированным стеканием холодного воздуха с вершины облака. Получено экспериментальное подтверждение связи динамических процессов в конвективных облаках и поля ветра с помощью радиолокационного метеорологического поляриметра. Измерена радиолокационная отражаемость линии шквалов, которая составила величину от 5 до 10 дБZ, горизонтальные и вертикальные сдвиги ветра, значения которых соответствовали 2, 210^-2 с^-1 и 710^-2 с^-1. Исследована поляризационная структура конвективных облаков и связанных с ними опасных явлений погоды. Показана возможность идентификации града и ливня в мощных кучево-дождевых облаках по значениям коэффициентов поляризационной матрицы рассеяния. Расчеты показали, что поляризационная матрица конвективных облаков имеет диагональную форму. Получено вертикальное распределение поляризационных параметров в градовых облаках, из которых выпадал град размером от 0, 4 до 0, 6 см и в ливневых с интенсивностью дождя от 0, 1 до 20 мм/час. Установлена ориентация и фазовое состояние гидрометеоров, их форма, показана возможность радиолокационного прогноза грозоопасности кучево-дождевых облаков, определение в них полной структуры турбулентных зон, вызывающих болтанку судна.

Полученые в диссертационной работе радиолокационные характеристики конвективных облаков, с которыми связаны опасные явления погоды, а также предложенные гидродинамическая и поляризационная модели динамических процессов в конвективных облаках могут использоваться в оперативных подразделениях метеослужбы Украины при прогнозе опасных явлений погоды.

Ключевые слова: конвекция, поляризация, модель, мезоструктура, шквалы, смерчи.

Коrban O. V. Convective Cloud System and Hazardous Weather Phenomen on Dynamics Drived from Radar Observation Data in the South of the Ukraine. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 11. 00. 09 - meteorology, climatology, agrometeorology. - The Odessa Hydrometeo-rological Institute, Odessa, 1999.

The thesis is dedicated to the study of dynamic processes within convective clouds reluted to hazardous weather phenomena in the south of the Ukraine. Spatio-temporal features of the convective cloud systems are obtained for the first time. The role of mesocyclones in hazardous wenther phenomenon formation is explored and wind field to dynamic process within convective cloud relationstip is established. Hydrodynamic and polarization models of the clouds, enabling one to make an identification of hazardous weather phenomena, are worked out.

Principal results of the study have been introduced into the Odessa and Crimean departments' for the seeding service operation and thereby can be brought to practice in other operative seeding units for the meteorological service of the Ukraine.

Key words: convection, polarization, model, mesostructure, squall, tornado.

Размещено на Allbest.ru