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

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. 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; Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробці і узагальненні нового науково-методичного напрямку в дослідженні динамічних процесів в конвективних хмарах і повязаних з ними небезпечних явищ погоди, який дозволив вперше теоретично і експериментально отримати ряд важливих результатів.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. Установлено, що розвиток могутніх купчасто-дощових хмар повязаний 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. Установлено, що умови розвитку градових процесів визначаються термодинамічними умовами розвитку атмосфери в години розвитку конвекції, до яких відносяться: - велика позитивна енергія нестійкості; Дані радіолокаційних спостережень показали, що смерчі повязані 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. В той же час з конвективними хмарними системами звязані небезпечні явища погоди, утворення і розвиток яких визначається не тільки зовнішніми параметрами хмар, але і внутрішньою структурою трьохмірних повітряних потоків в могутніх купчастих хмарах.Розроблена і апробована гідродинамічна модель шквалової хмари, що описує вертикальну структуру векторного поля швидкості і дозволяє установити взаємні динамічні звязки конвективної хмари і вітрового поля, і тим самим використати теорію фронтальних ланцюгів Кармана спільно з даними радіолокаційних спостережень в методиці прогнозу небезпечних явищ погоди. 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. Досліджена інформативність метеорологічних радіолокаційних станцій шляхом аналізу радіолокаційних спостережень за конвективними хмарними системами і повязаними 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. З метою застосування поляризаційної метеорологічної радіолокаційної станції в оперативній практиці штормооповіщення розроблений поляризаційний метод розпізнавання конвективних хмар і повязаних з ними небезпечних явищ погоди, що базується на використанні моделі їх відбивальних властивостей у вигляді поляризаційної матриці розсіювання.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. В дисертації на відміну від існуючих методів прогнозу небезпечних явищ погоди, звязаних 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 звязки 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 радіолокаційних станцій шляхом аналізу радіолокаційних спостережень за конвективними хмарними системами і повязаними 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 повязаних 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 повязані 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 конвективних 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, повязаних 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.

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 Всероссийского 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.