CC BY
14
УДК: 551.515.4
Будаев А.Х.
вед. инженер-программист, ФГБУ «Высокогорный геофизический институт»
г. Нальчик, РФ
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СУПЕРЯЧЕЙКОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ПРЕДГОРНОЙ ЗОНЕ КАБАРДИНО-БАЛКАРИИ
Аннотация
Территория Северного Кавказа в период с апреля по октябрь подвержена влиянию различных облачных систем, развивающихся под влиянием конвекции. Они приносят комплекс метеорологических явлений, таких как ливневые дожди, грозы, град, шквалистый ветер. Особую опасность представляют суперячейки. Изучение особенностей их развития и существования является важной и интересной задачей для развития и улучшения технологий активных воздействий, направленных на минимизацию и предотвращение ущерба в частности, от градобитий.
Ключевые слова:
Конвекция, кучево-дождевые облака, суперячейка, мезоциклон, град.
Кучево-дождевая облачность представлена моноячейками, мультичяейками и суперячейками. Моноячейка представляет собой отдельно развившееся и существующее кучево-дождевое облако. Мультиячечйка - это система из нескольких близкорасположенных кучево-дождевых облаков, находящихся на разных стадиях развития. Суперячейка - это моноячейка, отличающаяся от обычных кучево-дождевых облаков своей структурой, процессом формирования и обладающая значительной мощностью. Такие облака являются источником опасных гидрометеорологических явлений, к которым, например, относятся крупный град, ураганные ветры, смерчи.
Предгорные, низкогорные и частично среднегорные районы центральной части Северного Кавказа являются благоприятной территорией для возникновения суперячеек и интенсивных грозоградовых процессов. Высокие температуры подстилающей поверхности и почти постоянное господство субтропической воздушной массы, большое содержание влаги в тропосфере являются благоприятными условиями для развития мощных конвективных облаков. Немаловажную роль играет сложный горный рельеф, который усиливает турбулентные потоки в приземном слое атмосферы и увеличивает силу восходящих движений воздуха, наличие горизонтального сдвига ветра в тропосфере, а также близость двух морей (особенно важен перенос теплого влажного воздуха с акватории Черного моря).
На территории Центрального Кавказа, в частности, Кабардино-Балкарии, в теплый период происходит столкновение и смешивание различных по свойствам воздушных масс: холодный воздух с северо-запада и севера, влажный субтропический с юго-запада с акватории Черного моря, сухой тропический воздух с жарких и засушливых регионов Ближнего Востока и Средней Азии, умеренно влажный жаркий воздух с Каспийского моря, умеренно сухой воздух степей и сухой холодный воздух с ледников Главного Кавказского хребта. Все это в общем и делает этот район благоприятным местом для мощных гроз и выпадения града. На рисунке 1 приведена карта повторяемости числа дней с грозой.
Как видно из рисунка, наибольшее число дней с грозой отмечается горных и предгорных районах западнее Нальчика и севернее Эльбруса.
Наиболее градоопасными являются предгорья Центрального и Восточного Кавказа, частично Кубани, что видно на рисунке 2.
Рисунок 2 - Карта градоопасности территории Северного Кавказа [1, с.39]
Траектории суперячеек на территории Центрального Кавказа различны, но выделяются при этом основные направления движения (рис. 3). Обычно суперячейки в город приходят с северо-запада, реже с юго-запада и запада. Они часто малоподвижны, сильно замедляются и отклоняются от ведущего потока. Зачастую при северо-западном направлении суперячейки перемещаются южнее Нальчика вдоль Лесистого и Скалистого хребтов на высотах около 800-1000 м н.у.м. В этом случае под их воздействие попадают территории на 10-20 км западнее и юго-западнее города. Также они зарождаются в районе Канжальского плато и региона Кавказских Минеральных Вод, проходя через город и севернее него. При юго-западном направлении движения суперячейки зарождаются севернее Скалистого хребта и перемещаются либо через город, либо немного западнее него.
Рисунок 3 - Направления наиболее опасных градовых процессов на территории Северного Кавказа [4]
В формировании суперячеек в центре Северного Кавказа по сравнению с более северными широтами куда меньшую роль играют глубокие циклоны и атмосферные фронты, особенно быстродвижущиеся.
В последние годы преобладающим типом макромасштабной циркуляции в средней тропосфере является зональный тип W или тип Wс с нарушением зональности. Он характеризуется преобладанием неглубоких (до 1,5 тыс. км) широких макроложбин, быстро перемещающихся вдоль широтных кругов и отсутствием Арктического минимума (центра низкого давления) в приполярной области. Струйное течение при этом располагается значительно севернее района Кавказа [3, с.279].
Типичная синоптическая ситуация, благоприятная для возникновения суперячеек, это малоподвижная циклоническая депрессия или малоградиентное барическое поле пониженного давления над восточной половиной Черного моря и горами Большого Кавказа с ложбиной, севернее которой через Крым и по низовьям Волги и Дона проходит полярный фронт. Обычно на ложбине в местном циклоне в условиях жаркой погоды в обед и после обеда формируются рассеянные хаотичные грозовые ячейки и кластеры, некоторые из этих ячеек и становятся суперячейками. При такой ситуации они чаще всего малоподвижны, сильно изолированы, сильно отклоняются от ведущего потока. Обычно они формируются в среде с низким сдвигом ветра и не имеют четкой спиральной структуры. Чаще всего порождают некрупный и умеренно крупный град с локальными несильными шквалами.
Другая весьма благоприятная, тоже часто встречающаяся, но несколько иная и более опасная ситуация - это малоподвижный холодный фронт или фронт окклюзии по типу холодного, иногда стационарный, обычно атлантического, реже южного циклона, также с барической ложбиной, идущий с юго-запада, запада, северо-запада, реже севера. При таком сценарии суперячейки могут возникнуть как на линии фронта, так и на ложбине, причем двигаются они обычно намного быстрее чем при первой синоптической ситуации, часто сливаются с другими грозами либо являются частью линии гроз. Формируются в среде с умеренным и сильным сдвигом ветра, имеют более четкую структуру. В данной ситуации возрастает вероятность интенсивных и продолжительных градовых штормов, смерчей и мощных шквалов. Также обычно после прохождения фронта наступает похолодание, хотя часто незначительное и непродолжительное.
Реже суперячейки возникают на вторичных фронтах в тылу циклонов, на изолированных ложбинах не в пределах циклона, в районе центров циклонов, на атмосферных волнах и др.
Наиболее часто они формируются в период с середины мая по конец июня, второй пик (его может и не быть) приходится на вторую половину августа и первую половину сентября, когда после жаркой
середины лета на регион вновь начинают оказывать влияние атмосферные фронты.
Термодинамические условия развития суперячейковых процессов характеризуются высокими значениями энергии неустойчивости (CAPE). CAPE (Convective Available Potential Energy) - доступная конвективная потенциальная энергия, которая представляет собой количество энергии плавучести, доступной для ускорения частицы воздуха по вертикали или количество работы, совершающей частицей воздуха при подъёме [5]. Обычно для суперячеек она составляет от 1000 Дж/кг до 3000 Дж/кг. Например, для суперячейкового процесса в Нальчике, прошедшего 26.05.2016 американская глобальная прогностическая модель GFS прогнозировала значения энергии неустойчивости 1806 Дж/кг. На рисунке 4 данные значения приведены в левой нижней части прогностической модели радиозонда для Нальчика.
Рисунок 4 - Прогностические значения параметров неустойчивости для г. Нальчик [7]
Такие значения в сочетании со сдвигом ветра и достаточной водностью облаков вызвали в итоге развитие мощной суперячейки, принесшей в Нальчик очень сильный ливень с градом количеством осадков 94 мм при майской месячной норме 88 мм, грозу и штормовой ветер.
Характерной особенностью суперячеек является наличие мезоциклона. На рис. 5 мезоциклон схематически представлен красным цветом.
Рисунок 5 - Схематическое изображение суперячейкового облака [8]
Мезоциклон - это циклонический вращающийся вихрь диаметром около 2-10 км в конвективном шторме [6]. Он формируется за счёт сдвига ветра и распространяется на всю толщину ячейки. От силы мезоциклона зависит мощность суперячейки и сопутствующих ей опасных явлений. Зачастую суперячейковые облака в предгорьях визуально сложно определить из-за отсутствия четкой завихренной структуры мезоциклона и низкой скорости вращения. Суперячейки с данной особенностью, снятые автором на фотоаппарат, представлены на рисунках 6 и 7.
Рисунок 6 - Приближение суперячейки к Нальчику 8 августа 2017 г.
Рисунок 7 - Прохождение суперячейки западнее Нальчика 6 июня 2018 г.
Эта особенность может быть связана с тем, что они довольно часто формируются в среде со слабым сдвигом ветра и вдали от фронтов.
Еще одной особенностью суперячеек является то, что они часто сильно изолированы, редко сливаются с другими грозами и ячейками, еще реже наблюдаются встроенные мезоциклоны. Такая обособленность благоприятно сказывается на продолжительности жизни и усиливает процесс градообразования, особенно продолжительность выпадения града. Наиболее распространенный тип - LP (слабые осадки). При этом в регионе формируются также суперячейки по типу НР (сильные осадки), классические суперячейки и минисуперячейки.
В плане опасных конвективных явлений основную опасность от суперячеек представляет крупный град. В среднем в году бывает от 2 до 3 дней с градом (максимально до 6). Куда реже возникают мощные шквалы (обычно локальные) и сильные осадки. Смерчи, даже слабые суперячейки Центрального Кавказа порождают крайне редко. Для Кабардино-Балкарии и Нальчика суперячейковые процессы ежегодно представляют угрозу, так как они приносят значительный ущерб сельскому хозяйству и инфраструктуре. Для уменьшения возможного ущерба на территории региона в теплое полугодие активно работают ракетные пункты воздействия Северо-Кавказской военизированной службы. Список использованной литературы:
1. Абшаев М.Т., Абшаев А.М., Барекова М.В., Малкарова А.М. Руководство по организации и проведению противоградовых работ // Нальчик: - Печатный двор, 2014. - 508 с.
2. Аджиев А.Х., Богаченко Е.М. Грозы Северного Кавказа // Нальчик: - Изд-во М. и В. Котляровых (Полиграфсервис и Т), 2011. - 152 с.
3. Барекова М. В., Инюхин В.С., Макитов В.С. Комплексные исследования интенсивного градового процесса, развивавшегося над центральной частью Северного Кавказа 07.06.2012. Часть 1//Доклады Всероссийской открытой конференции по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы, посвященной 80-летию Эльбрусской
высокогорной комплексной экспедиции АН СССР, 7-9 октября 2014 г., - г. Нальчик, - с. 277-285. URL:
http://openlibrary.ge/bitstream/123456789/5269/1/доклады%20конф.%20в%20ВГИ%2C%202014%20г.%2C%
20частъ%202^.
4. Разумов В.В., Аджиев А.Х., Разумова Н.В. и др. Опасные природные процессы Северного Кавказа / под ред. проф. В.В. Разумова. М.: - Изд-во «Феория», 2013. - 320 с.
5. Карты прогноза параметров конвекции и опасных конвективных явлений [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://meteoweb.ru/alter/conv.php (Дата обращения: 03.09.2020).
6. Meteorology Glossary. American Meteorological Society [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://glossary.ametsoc.org/wiki/Mesocyclone (Дата обращения: 11.09.2020).
7. PivotalWeather. Models. GFS. Soundings [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.pivotalweather.com/model.php?m=gfs&p=qpf_acc (Дата обращения: 25.05.2016).
8. Severe Thunderstorms. Lectures. The University of Arizona [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.atmo.arizona.edu/students/courselinks/spring08/atmo336s1/courses/fall14/atmo170a1s3/online_class/ week_10/lect31_thunderstorms_pt2_tornadoes_pt1.html (Дата обращения: 12.09.2020).
© Будаев А.Х., 2020
