CC BY
8НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Гидрометеорология и экология № 3 2011
УДК 551.576:629.7(479.24)
ИЗУЧЕНИЕ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ «ОБЛАЧНЫХ УЛИЦ» НАД КАВКАЗСКО-КАСПИЙСКИМ РЕГИОНОМ, ПО ДАННЫМ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Канд. геогр. наук Т.Д. Агаев
В работе приведены результаты изучения условий формирования «облачных улиц» над Кавказско-Каспийским регионом, по данным аэрокосмической информации, которые имеют практическое значение, и они могут быть полезны при прогнозе погоды, оперативных работах авиационной метеорологической службы.
Облачность является одним из важнейших факторов, определяющих характер многих физических, а также климатообразующих процессов, протекающих в атмосфере Земли. В последние десятилетия в изучение атмосферных процессов всё больше используются снимки, получаемые с искусственных спутников Земли (ИСЗ). Эти снимки в отличие от наземных наблюдений, дают целостную картину распределения облачности на больших территориях [1-5, 7, 8]. Так как формирование облаков зависит от характера атмосферной циркуляции, то они несут информацию для оценки температурной стратификации, прогноза погоды. Данная работа посвящена изучению условий формирования «облачных улиц» над Кавказско-Каспийским регионом, с использованием аэрокосмической информации.
1. Методы и материалы
В работе был применен метод статистического анализа данных и дешифрирования облачности на космических снимках. Для проведения исследования были использованы данные наблюдений аэрологических станций Маштага, Ленкорань и Махачкала, наземных метеорологических станций, расположенных на западном побережье Каспия, космические фотоизображения Кавказско-Каспийского региона.
2. Практическая часть
Роль устойчивого состояния атмосферы в формировании слоисто-кучевых облаков. Анализ аэрологических данных показывает, что слоисто-кучевые облака (8е) над Каспийским морем наиболее часто отмечаются в холодный период года. При этом было установлено, что годовые и суточные изменения повторяемости этой облачности и устойчивого со-
86
стояния атмосферы (часто высотных инверсий) идентичны. Наибольшие значения, которых наблюдаются в холодный период года. При этом повторяемость высотных (или приподнятых) инверсий в сочетании с составляет 62.. .79 %, а в течение суток в дневные часы - 65.. .75 %. Изменение повторяемости приземных инверсий в течение года и суток не во всех случаях совпадает с изменениями рассматриваемых типов облачности.
Как известно, основными характеристиками инверсий температуры являются их мощность и интенсивность. Чем мощнее и интенсивнее инверсионный слой, тем больше продолжительность, т.е. время жизни слоисто-кучевых облаков. Наблюдаемые при облачности нижнего яруса высотные инверсии в зависимости от их мощности и интенсивности можно разделить на следующие четыре типа:
I. не очень мощные и не интенсивные инверсии. Мощность их не превышает 500 м, интенсивность - 5 °С. Подобный тип инверсий из всех случаев составляет 65 %.
II. мощные, но не интенсивные инверсии. Мощность их более 500 м, интенсивность менее 5 °С. Повторяемость их не превышает 26 %.
III. интенсивные, но не очень мощные высотные инверсии. Мощность таких инверсий не более 500 м, интенсивность более 5 °С. Повторяемость инверсий данного типа составляет всего 6 %.
IV. мощные и интенсивные высотные инверсии. Мощность этих инверсий более 500 м, интенсивность более 5 °С. Повторяемость их очень низкая - 3 %.
Во всех перечисленных типах инверсий вертикальные градиенты температуры (у) в нижнем пятисотметровом слое атмосферы в основном колеблются в пределах 0,50. 0,75 °С.
Анализ данных радиозондов показал, что появление устойчивого слоя, как правило, с очень малым положительным или отрицательным градиентом температуры воздуха (инверсия) чуть выше верхней части слоя перемешивания, является своего рода первым признаком образования слоисто-кучевой облачности в холодный период года в дневные часы суток (рис. 1). Под инверсионным слоем, происходит накопление основной массы примесей естественного и индустриального происхождения, за счет чего число ядер конденсации увеличивается, что благоприятствует образованию облаков.
87
Рис. 1. Схема формирования слоисто-кучевой облачности в холодный период года, при устойчивом состоянии атмосферы.
В зимнее время года инверсии в основном образуются за счет переноса теплого воздуха, обусловленного субтропическим антициклоном, развивающимся на юге. Прохождение южных циклонов над исследуемым районом, создает благоприятные условия для поступления из северных районов через Северный Кавказ и Каспий масс холодного воздуха в нижней тропосфере [4-6]. Поступление холодного и влажного воздуха с севера приводит к разрушению приземных инверсий. Однако на некоторой высоте инверсия еще сохраняется, ограничивая сверху некоторый слой воздуха (формирующий слой), где происходит образование облачности. Взаимодействие воздуха понижает температуру в нижней части инверсионного слоя, что приводит к конденсации воздуха и образованию облачности, чаще всего нижнего яруса - 8с (63 и 73 % случаев). После образования облачности ее поверхность радиационно охлаждается.
Формирования «облачных улиц» над Каспийским морем, в холодный период года. Анализ космических снимков Кавказско-Каспийского региона показывает, что облачность типа в 60.65 % имеет зернистую текстуру. Поля облачности характеризуются грядовой
88
(55...60 %) и ячеистой (35...40 %) мезоструктурой. В 5 % случаев облачность типа имеет спиралевидную структуру.
Как известно, в атмосфере выделяют два основных класса ячеек: открытые ячейки с безоблачным пространством в центре и облачным кольцом по периферии и закрытые ячейки с облачностью в центре и безоблачным пространством по периферии [3, 7, 8]. Распределение облачности в открытой ячейке соответствует восходящим движениям воздуха по периферии и нисходящим в центре ячейки. В закрытой ячейке распределение восходящих и нисходящих течений противоположенное. Чаще всего ячейки формируются над водной поверхностью или равнинными, сильно увлажненными участками суши. Гряды конвективной облачности имеют сходный генезис с ячейками и возникают в атмосфере в тех же районах. При благоприятных условиях гряды конвективной облачности формируют «облачные улицы». Так как процессы ячейковой конвекции в атмосфере чрезвычайно распространены, и правильная интерпретация этого явления может оказаться очень полезной при анализе условий погоды над обширными территориями.
Анализом космических фотоизображений установлено, что нередки случаи наблюдения над Каспием и прилегающими к нему территориями в холодное время года «облачных улиц», в основном состоящих из облаков нижнего яруса. Они возникают над земной поверхностью в процессе цилиндрической циркуляции воздуха в атмосфере (рис. 2) и являются одним из видов организованной конвекции. Улицы облаков - результат волнового движения воздуха в устойчивой атмосфере. Она имеет форму расширенной линии кучевых облаков (обычно слоисто-кучевых) почти параллельно направлению ветра. Как было отмечено, наиболее благоприятные условия для их образования происходят, когда самый нижний слой воздуха неустойчив и покрывается устойчивым слоем воздуха. Это часто происходит, когда верхний слой воздуха опускается, как например, при условиях антициклона. Воздух движется поперек улицы, и там, где воздух поднимается - образуются облака, там, где опускается - облачные просветы (улицы). При образовании таких облачных гряд обычно мощность конвективного слоя составляет в среднем 1,5...2,0 км, а выше за счет адвекции теплого воздуха, отмечается слой с замедленным падением или отрицательным градиентом температуры воздуха (инверсия). Так как мезомас-штабные «облачные улицы» возникают в сравнительно тонких, неустойчиво стратифицированных слоях атмосферы, то наблюдения их над каким-
89
либо районом свидетельствует о том, что нижний слой атмосферы является неустойчиво стратифицированным.
Рис. 2. Схема образования «облачных улиц» над морской поверхностью в
холодное время года.
На космическом снимке за 10.01.2008 г. (рис. 3) видно, что слоисто-кучевые облака выстроились вдоль оси с севера на юг по направлению господствующего ветра над Каспийским морем. Они сформировали «улицы облаков», которые связаны с адвекцией холодного воздуха над водной поверхностью. Гряды кучевых облаков формируются вдоль потоков холодного воздуха, который с большой скоростью вырывается с суши, с поверхности морского льда на море. Тепло- и влагообмен над теплой морской поверхностью, при благоприятных условиях привел к образованию «улиц облаков» состоящих из 8е. В начале «облачные улицы» узкие и четкие, но, с увеличением температуры морской воды, постепенно они расширяются, теряют форму и сливаются друг с другом.
Анализ аэросиноптических данных показывает, что 09.01.2008 г. в вечерне-ночные часы у земной поверхности наблюдался ветер юго-западного направления (V = 2 м/с), с адвекцией теплого воздуха. В утренние часы поток холодного воздуха (V = 6.8 м/с) северо-западного направления на теплую морскую поверхность, при благоприятных условиях привёл к образованию гряд слоисто-кучевых облаков. В это время выше верхней части слоя перемешивания находился слой с малым положительным градиентом температуры.
На рис. 4. видно, что 16.12. 2002 г. также отмечались гряды кучевых облаков («облачных улиц») над Каспийским морем, которые сформировались вдоль потока холодного воздуха с севера. Как и в первом случае (рис. 3) в начале улицы облаков узкие и четкие, но, с увеличением темпе-90
ратуры морской воды, постепенно они расширяются, теряют форму и сливаются друг с другом. Так как чем южнее, тем теплее морская вода, следовательно, и увеличение восходящих потоков воздуха и образование мощных кучевых облаков.
Рис. 3. Фрагмент космического снимка Кавказско-Каспийского региона (MODIS, Terra), 10.01.2008 г.[9].
Анализ аэросиноптических данных показывает, что 15.12.02 г. в утренние часы у земной поверхности был штиль или ветер западного направления, со скоростью 2...3 м/с. На высоте наблюдалась адвекция теплого воздуха. Со второй половины дня отмечался поток холодного воздуха северо-западного направления, со скоростью 8.10 м/с. При таких условиях над теплой морской поверхностью в ночные часы 16.12.02 г. сформировались гряды облаков нижнего яруса (Sc).
На космическом снимке за 03.12.2001 г. видно, что северная часть Каспийского моря частично покрыта морским льдом (рис. 5), а Азербайджан и южная часть Каспия покрыта слоистой облачностью. В средней части моря и на побережье образовались гряды конвективных облаков, которые сформировали улицы облаков в направление с востока на запад. В начале «облачной улицы» над морской поверхностью они имеют четкую ячейковую структуру. Но, в западной части моря, соединяясь друг с другом, они постепенно вырастают в крупные облачные формирования, и образуют большие массивы облаков.
91
Рис. 4. Фрагмент космического снимка Кавказско-Каспийского региона (MODIS, Terra), 16.12.2002 г. [10].
Рис. 5. Фрагмент космического снимка Кавказско-Каспийского региона (MODIS, Terra), 03.12. 2001 г. [11].
92
Анализ аэросиноптических данных за 03.12.2001 г. показал, что в образовании облачных гряд большую роль играют холодные воздушные массы, поступающим с северо-востока, в результате действия отрога Сибирского максимума, а также выход южных циклонов на районы Азербайджана и юг Каспийского моря. Большие массивы облаков в западной части моря, указывают на высокие значения восходящих воздушных потоков, где при увеличении конвективной неустойчивости в пограничном слое атмосферы, валиковая структура течений сменяется ячейковой.
Заключение
Следует отметить, что если в пределах однородного массива конвективных ячеек или гряд облачности (или «облачных улиц») имеется хотя бы один пункт радиозондирования, то можно произвести экстраполяцию условий вертикального распределения температуры в нижнем пограничном слое атмосферы на всю территорию. По мере удаления холодного воздуха от суши в направлении моря, и прогревания его над морской поверхностью происходит увеличение размеров гряд облачности и неустойчивости в пограничном слое перемешивания. При этом можно считать, что скорость ветра во всем районе занятом «облачными улицами», сохраняется такой же, как и в пункте радиозондирования. Полученные результаты имеют практическое значение, и они могут быть полезны при прогнозе погоды, оперативных работах авиационной метеорологической службы и лётно-диспетчерскому составу.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агаев Т.Д. Условия формирования облачных вихрей над Каспийским морем // Гидрометеорология и экология». - 2011. - № 1(60). - С. 28-35.
2. Агаев Т.Д. Некоторые возможности использования радиационных данных с ИСЗ в исследованиях загрязнения атмосферы. // Изв. пед. универ. - 2005. - №1. - С. 74-82.
3. Воробьёв В.И., Фадеев В.С. Характеристика облачного покрова северного полушария по данным метеорологических спутников.- Л.: Гид-рометеоизд, 1981. - 172 с.
4. Герман М.А. Космические методы исследования в метеорологии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 351 с.
5. Горчиев А. А., Агаев Т.Д. Аэрокосмические исследования облачности и температурной стратификации атмосферы над Восточным Закавказьем. // Док. АН. Аз. ССР. - №9. - Т. ХЬУ. - 1989. - С. 57-60.
93
6. Горчиев А.А., Агаев Т.Д. Крупномасштабные атмосферные процессы и погодные условия, влияющие на уровень загрязнения атмосферы над городами западного побережья Каспия. // Изв. Всесоюзной географ. общ. - 1990. - №1. - С. 34-43.
7. Климат Азербайджана / Под ред. А.А. Мадатзаде, Э.М. Шихлинского. - Баку: Изд. АН Аз. ССР, 1968. - 341 с.
8. Кондратьев К.Я. Роль космических средств наблюдения в исследовании климата / Аэрокосмические методы исследований окружающей среды. - Л: Изд. ГО СССР, 1981. - С. 37-64.
9. http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view
10. http://www.parstimes.com/MODIS/CaspianSeaDec2002a.jpg
11. http://www.parstimes.com/M0DIS/Kazakhstan.A2001 .jpg
Сумгаитский ГУ, г. Сумгаит, Азербайджан
АЭРОКОСМОСТЬЩ АППАРАТ МЭЛ1МЕТТЕР1 БОЙЫНША
КАВКАЗ-КАСПИЛ1К АУМАЦ YCTI^EO «Б¥ЛТТЫ КеШЕЛЕРДЩ» ЦАЛЫПТАСУ ЖАГДАЙЛАРЫН ЗЕРТТЕУ
Геогр. гылымд. канд. Т.Д. Агаев
Ж>мыста Кавказ-Каспил1к аумац уст1ндег1 аэрокосмостыц ащарат мэл1меттер1 бойынша, практикалыц мацызы бар жэне ауа-райын болжауда, авиациялыц метеорологиялыц цызметтщ шугыл ж>мысына пайдалы болатын «б>лтты квшелердщ» цалъттасу жагдайларын зерттеу келт1ртген.
94
