CC BY
69
УДК 551.577.51 + 551.577.54 + 551.578.72
ОСОБЕННОСТИ КЛИМАТОЛОГИИ ГРАДА В РАЗНЫХ РЕГИОНАХ
© 2009 г. М. Т. Абшаев1, И.А. Буранова2, А.М. Малкарова1
1Высокогорный геофизический институт, пр. Ленина, 2, г. Нальчик, КБР, 360030, [email protected]
2Кабардино-Балкарский государственный университет, ул. Чернышевского, 173, г. Нальчик, КБР, 360004, [email protected]
1Highmountain Geophysical Institute, Lenin Ave, 2, Nalchick, KBR, 360030, [email protected]
2Kabardino-Balkar State University, Chernishevskiy St., 173, Nalchik, KBR, 360004, [email protected]
На основе статистического анализа материалов многолетних наблюдений изучены климатические характеристики града в разных физико-географических регионах, включая повторяемость дней с градом в зависимости от синоптической ситуации, типа воздушных масс, направления и скорости их вторжения; суточный и сезонный ход частоты выпадения града; повторяемость длины и ширины градовых дорожек, площади выпадения града; влияние орографии на частоту выпадения града, в том числе ее зависимость от высоты местности, ориентации горных хребтов и долин относительно направления вторжения воздушных масс. Полученные выводы и результаты могут быть использованы для обоснования целесообразности противоградовой защиты, совершенствования технологий прогноза и предотвращения градобитий и оценки эффективности противоградовых мероприятий.
Ключевые слова: климатология града, орография, аэросиноптические условия, фронт, воздушные массы, метеостанции, градовая дорожка.
On the basis of the statistical analysis of materials of long-term supervision climatic characteristics of hail in different physics-geographical regions are studied, including: repeatability of days with hail depending on a synoptic situation, type of air streams, direction and velocity of their moving; daily and seasonal course of frequency of losses from hail; repeatability of length and width of hailfall paths, area of hailfall; influence of orography on frequency of hailfalls including its dependence on altitude of region, orientation of mountain ridges and valleys concerning direction of air streams intrusion. The received conclusions and results can be used for an substantiation of reasonability of hail suppression projects, perfection of the forecast and hail fall prevention technologies and estimation of antihail works efficiency.
Keywords: hail climatology, orography, aerosynoptic conditions, front, air streams, meteorological stations, hailfall path.
Целью настоящей работы является исследование аэросиноптических условий развития и характеристик града в ряде регионов, отличающихся по своим климатическим характеристикам.
Аэросиноптические условия развития градовых процессов
В табл. 1 представлена повторяемость типов синоптической ситуации. Из нее следует, что в большинстве случаев (более 60 %) градовые процессы в указанных регионах развивались в областях пони-
Синоптическая ситуация в дни с градом
Таблица 1
Исследования синоптических условий развития градовых процессов проводились на базе многолетних экспериментальных наблюдений в трех регионах, существенно отличающихся физико-географическими и климатическими характеристиками:
- в Краснодарском крае за период 1978 - 2006 гг. (18 лет наблюдений);
- в Молдове за период 1979 - 1990 гг. (12 лет наблюдений);
- в Таджикистане за период 1978 -1991 гг. (13 лет наблюдений).
Аэросиноптическая информация в дни с градом получена из ежедневных прогнозов града аэросиноптических групп военизированных служб (ВС) по активному воздействию на метеорологические и другие геофизические процессы. Днями с градом считались дни, когда выпадение града было отмечено метеостанциями или зафиксирован ущерб от градобития органами Госстраха, сельского хозяйства или ВС.
Район Всего Синоптическая ситуация
наблю- дней с Лож- Центр Тыл Пери- Область Область
дений градом бина цик- цик- ферия пониж. повыш.
лона лона циклона давления давления
У поверхности земли
Краснодарский край *291 100 37 12,7 19 6,5 2 0,7 1 0,3 179 61,4 53 18,2
Молдова 425 169 64 32 5 109 46
100 39,7 15,0 7,5 1,2 25,6 10,8
Таджи- 160 15 37 0 29 60 19
кистан 100 9,4 23,1 00 18,1 37,5 11,9
На высоте 500 мбар
Красно- 299 248 33 5 0 7 6
край 100 82,9 11,0 1,7 0,0 2,3 2,0
Молдова 285 100 183 64,2 _55 19,3 Л 4,2 л 3,9 J4 4,9 О I ^
Таджи- 159 100 54 0 0 3 2
кистан 100 62,9 33,9 0,0 0,0 1,9 1,3
- в числителе указано число дней с градом; в знаменателе - повторяемость, %.
Таблица 2
Повторяемость дней с градом внутримассового и фронтального происхождения
Происхождение
Район Внутри- Фронтальное
наблю- массовое Холодный Фронт Вторичный Теплый
дений развитие фронт окклю- холодный фронт
зии фронт
Красно- *46 189 42 27 0
дарский 15,1 62,2 13,8 8,9 0
край
Молдова 82 228 60 77 9
18,0 50 13,2 16,9 2,0
Интенсивные градовые процессы
Красно- _6 38 _8 _2
дарский 11,0 70,4 14,8 3,7
край
Молдова 8 33 9 6
14,3 58,9 16,1 10,7
Таблица 3
Повторяемость дней с градом в зависимости от типа воздушных масс
Типы воздушных масс
Конти- Морская Поляр- Аркти- Тропи- Уме-
наблю- нентальная уме- ная ческая ческая ренных
дений умеренная ренная широт
Красно- .60 125 .83 J6 2 0
дарский 21,0 43,7 29,0 5,6 0,7 0
край
Молдова 0 4 102 97 60 24
0 1,4 35,5 33,8 20,9 8,4
Таджи- 0 4 49 18 17 82
кистан 0 2,4 28,8 10,6 10,0 48,2
Интенсивные градовые процессы
Красно- 9 27 15 1 0 0
дарский 17,4 51,9 28,8 1,9 0 0
край
Молдова 0 0 л .8 J8 л
0 0 28,9 15,4 34,6 21,2
Таджи- 0 0 2 2 0 1
кистан 0 0 40 40 0 20
женного давления у земли и ложбины холода на высоте 500 мбар (в Краснодарском крае - 82,9 %, Молдове - 64,2, в Таджикистане - 62,9), которые способствуют конвергенции и развитию конвекции за счет адвекции холода на высотах. Реже отмечается град в центре и тем более в тылу циклонов. В 11 - 18 % случаях отмечается выпадение града в малоградиентных полях повышенного давления у земли.
В табл. 2 приведена повторяемость дней с градом внутримассового и фронтального происхождения. Из нее следует, что большинство градовых процессов имеют фронтальное происхождение (83 %). Мощные градовые процессы в основном наблюдаются при вторжении холодных фронтов и фронтов окклюзии, а катастрофические градобития - обычно при фронтах окклюзии по типу холодного, при которых формируется структура ветра, способствующая развитию трехмерно асимметричных супер-ячейковых облаков.
Во всех трех регионах наибольшее число интенсивных градобитий наблюдается при вторжении холодных фронтов полярного, арктического и тропического происхождения (табл. 3), что согласуется с данными по другим регионам мира [1 - 9].
Преобладающее направление ведущего потока в большинстве дней с градом, как показано на рис. 1а, юго-западное (в Краснодарском крае 37,4 %, в Молдове - 32,1, в Таджикистане -52,5). В Молдове отмечается 22,6 % случаев града при северо-западном ведущем потоке, около 13 % при юго-восточном и 8 % при северовосточном, и поэтому отмечается перемещение градовых облаков в любом направлении.
В Краснодарском крае и Таджикистане в дни с градом превалируют юго-западное, западное и северо-западное направления ведущего потока и градовые облака перемещаются преимущественно с запада на восток с южной или северной составляющей (в секторе ± 45°). На Северном Кавказе, Армении, Грузии направление высотной фронтальной зоны, движущейся с юго-запада на северо-восток, составило 28 %.
Наиболее часто градовые процессы отмечаются при перемещении фронтальных разделов со скоростью 15 -г- 40 км/ч (рис. 16), в том числе в Краснодарском крае треть случаев - при скорости 25 км/ч, в Молдове - около 15 км/ч (27,7 %), а в Таджикистане -20 -=- 40 км/ч (более половины случаев).
Зависимость частоты выпадения града от орографии
Исследования зависимости частоты выпадения града от высоты местности, проведенные в разных регионах мира [1, 2, 6, 10], показали наличие тенденции повышения числа дней с градом с увеличением высоты над уровнем моря. Отмечено [6], что даже
возвышенности высотой 100 - 300 м серьезно сказываются на частоте выпадения града.
На рис. 2 показано, что на Северном Кавказе частота выпадения града увеличивается с повышением высоты местности над уровнем моря по закону: п — 0,3 + 0,0026?/, где Н-высота над уровнем моря, м.
На высоте 1200 - 1500 м следует спад градовой активности, связанный с натеканием воздушной массы на горы, динамическим подъемом и развитием конвекции, а на подветренной стороне гор отмечается фёновый эффект, подавляющий конвекцию, благодаря которому на высотах 1200 - 1500 м отмечается максимальное число солнечных дней. Повышение частоты выпадения града на высокогорье (Н = 2000 - 2500 м) связано с выпадением мелкого града, не успевающего растаять из-за ограниченности пути таяния.
Для детального исследования зависимости частоты дней с градом от орографических условий проанализированы результаты наблюдений в 1958 - 2006 гг. 54 метеостанций Северного Кавказа, разбитых на четыре группы.
СВ В ЮВ Ю ЮЗ З Направление перемещения фронта
СЗ Неуст.
b
х * X % X
у у
* \
*
15
45
55
25 35
Скорость вторжения фронта, км/ч
Рис. 1. Повторяемость дней с градом (Р, %) в Краснодарском крае, Молдове и Таджикистане в зависимости: а - от направления; б - скорости вторжения холодного фронта
S14
о et
Ц12 110
я 8 5
n = 0,3 ■ 0,0026H
♦
____.
« ____*"
------
Н, м
0 500 1000 1500 2000 2500
Рис. 2. Зависимость частоты выпадения града от высоты местности над уровнем моря Н, м
Первая группа включает 9 метеостанций, расположенных на побережье Черного моря, вторая - 17 метеостанций, расположенных в горах Главного Кавказского хребта (выше 650 м), третья - 16 предгорных метеостанций (250 - 650 м) и четвертая - 12 метеостанций, расположенных на равнине (50 - 200 м над уровнем моря).
На рис. 3 представлено число случаев выпадения града в 1958 - 1992 гг. на этих метеостанциях. Наибольшее число случаев выпадения града отметили горные метеостанции, значительно меньше случаев града -предгорные метеостанции и еще меньше - равнинные и прибрежные. Однако доля мощных градовых процессов выше в предгорьях и примыкающей равнине, поскольку приземный слой атмосферы, питающий конвективные облака, содержит больше влаги.
Минимум числа дней с градом на Черноморском побережье обусловлен обильным содержанием в прибрежной атмосфере крупных гигроскопических ядер
Приморские Горные Предгорные Равнинные Районы
Рис. 3. Число случаев выпадения града в 1958 -1992 гг. на метеостанциях, расположенных в прибрежных, горных, предгорных и равнинных районах: а - всего; б - среднее годовое на одной метеостанции
морской соли, приводящих к быстрому осадкообразованию и разрушению конвективных облаков до тижения ими градовой стадии развития.
Дни с градовыми процессами в западной и центральной частях Северного Кавказа не совпадают из-за различия в ориентации горных хребтов и долин в этих двух регионах. Формированию градовых облаков способствует вторжение холодных фронтов перпендикулярно ориентации хребтов и долин. Западные и юго-западные вторжения холодных фронтов благоприятствуют развитию градовых процессов в западной, а фронты с северо-запада и севера - в центральной части Северного Кавказа.
Для исследования этого феномена были проанализированы данные о выпадении града на двух группах метеостанций:
- первая включает 18 метеостанций, расположенных в западной части Северного Кавказа;
вторая включает 13 метеостанций, расположенных в центральной части Северного Кавказа.
Анализ аэросиноптической ситуации показал, что наибольшее число градобитий (« 67 % случаев) связано с прохождением холодных фронтов, и около 20 % обусловлено внутримассовым развитием, когда указанный феномен не может оказать влияние.
С
в
4
2
0
Из рис. 4 следует, что 1-я группа метеостанций отмечает повышенную градовую активность в дни с вторжением холодных фронтов и фронтальных систем с запада, юго-запада, а вторая - при северозападном и северном вторжениях (т.е. поперек направлению горных хребтов).
« К
я и
К
а
II Запа Цент дна я эальн асть CK а я часть CK
б
в
10 20 1 10 20 Апрель Май
10 20 Июнь
10 20 Июль
Рис. 4. Дни с градом в западной (серый цвет) и центральной части (черный цвет) Северного Кавказа в теплый период трех лет: а - 1959 г.; б - 1991 г.; в - 1995 г.
Дни с выпадением града в первом и втором регионах не совпадают, что свидетельствует о наличии зависимости между направлением перемещения холодных фронтов и ориентацией горных хребтов.
Исследование сезонного хода частоты выпадения града в двух регионах показало, что в рассматриваемые годы (1979, 1991 и 1995 г.) в районе первой группы метеостанций град наблюдался в мае (19 %), июле (22) и августе (12) с максимумом в июне (44). На территории второго района наибольшее количество градовых дней приходится на май (37 %) и июнь (34) (см. табл. 1). Число случаев с несовпадением дней с градом в обоих регионах составляет 91 %, а с совпадением - всего 9. Это свидетельствует о связи выпадения града с ориентацией горных хребтов относительно направления вторжения холодных фронтов.
Сезонный и суточный ход выпадения града
Исследование сезонного хода частоты выпадения града показывает, что в Молдавии количество градобитий в июне достигает 35,8 %, в мае и июле - 20,8 и 26,4. В районах Таджикистана и Узбекистана в период с апреля по июнь градобития составляют 46 % дней, а большинство из них наблюдается в мае. На территории Украины максимум числа дней с градом наблюдается в мае (25 %).
На Северном Кавказе подавляющее число дней с градом отмечается с мая по август с абсолютным максимумом в июне (рис. 5а). В предгорных районах максимальная градовая активность приходится на май (рис. 5б), а второй максимум проявляется в августе. На побережье Черного моря также отмечается второй максимум в период октябрь - декабрь, связанный с зимними грозами.
900 800 700 600 500 400 300 200 100
0
30
1 У
/ \
\
\
\
/ V
/ \
/ X
% 15
- б
V
ч
/ /* * / \ Ii
/* и Ii Ii Д*
/ \\
и * / \
1-1-Г
■Приморские районы
- - - Торные районы " ' Предгорные районы ■Равнинные районы
10 20 1 10 Август Сентябрь
Месяц
Рис. 5. Средняя за 54 года повторяемость случаев выпадения града по месяцам: а - на всех метеостанциях; б - прибрежных, горных, предгорных и равнинных метеостанциях
Статистический анализ 190 случаев выпадения града в Краснодарском крае, 224 случаев в Молдове и 241 в Таджикистане показал, что во всех трех рассматриваемых регионах град выпадает преимущественно во второй половине дня с абсолютным максимумом в 17 ч (рис. 6).
40
35
30
25
20
15
10
Краснодарский - Молдова ■ "Таджикистан край
_ i * t
* Ii i J
* И t / \
1 я I я 1 i \
* * v » ' Г
yf i \
* \
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Время выпадения града
Рис. 6. Суточный ход выпадения града в указанных регионах
С 00 до 12 ч число случаев выпадения града не превышает 10 - 12 %. Это согласуется с данными наблюдений на Северном Кавказе, Польше [8, 9, 11], Средней Азии [2], где в 80 % случаев град выпадает с 12 до 20 ч и Украине, где 42,5 % случаев выпадения града отмечается в период максимального развития термической конвекции с 15 до 18 ч. Максимум частоты выпадения града в горах отмечается около 12 ч, а на равнине - в 16 ч с уменьшением частоты к 20 ч.
25
20
10
5
0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
5
0
Размер града
Диаметр града варьирует в пределах от 0,5 до 10 см, но в большинстве случаев (рис. 7) не превышает 1,75 см (в Краснодарском крае - 74,9 % случаев, в Молдове -90,5, в Таджикистане - 94,8). С увеличением размера града его повторяемость во всех трех регионах убывает. В Краснодарском крае число случаев крупного града (2 - 10 см) в несколько раз больше, чем в Молдове и Таджикистане, на территории которых диаметр града редко превышает 3 см.
70
60 50 40 30 20 10
Сраснодарский край Молдова — Гаджикистан
Ч' \
\
— а --
0,5
1,5
2 2,5 3 Размер града, d см
3,5
< 4,5
Рис. 7. Повторяемость размера града, выдающего в указанных регионах
Наиболее часто по данным [2, 3, 5] выпадает относительно мелкий град диаметром 5 - 20 мм: в Средней Азии и Армении - в 96 % случаев, на Северном Кавказе - в 70, в Украине - в 40. Вероятность выпадения града диаметром более 30 мм на Кавказе достигает 30 % случаев, на Украине - 20, в Грузии - 10, а в Армении и Средней Азии - всего 1 % случаев.
Исследования длины и ширины градовых дорожек по данным многолетних автоматизированных радиолокационных наблюдений, а также данным наземных обследований (310 случаев) показали, что на Северном Кавказе длина градовых дорожек варьирует от сотен метров до 170 км при среднем значении 15 -20 км, а ширина - от сотен метров до 20 - 25 км при среднем значении 4 - 6 км (рис. 8).
Таким образом, на основе статистического анализа материалов многолетних наблюдений изучены климатические характеристики града в разных физико-географических регионах, включая: повторяемость дней с градом в зависимости от синоптической ситуации, типа воздушных масс, направления и скорости их вторжения; суточный и сезонный ход частоты выпадения града; повторяемость длины и ширины градовых дорожек, площади выпадения града; влияние орографии на частоту выпадения града, в том числе ее зависимость от высоты местности, ориентации горных хребтов и долин относительно направления вторжения воздушных масс.
Полученные выводы и результаты могут быть использованы для обоснования целесообразности про-тивоградовой защиты, совершенствования технологий прогноза и предотвращения градобитий и оценки эффективности противоградовых мероприятий.
3 6 9 12 15 18 21 23 26 29 max
>30
l, км
Рис. 8. Частота: а - длины L, км; б - ширины l, км градовых дорожек, отмечавшихся в радиусе 120 км от пункта радиолокационных наблюдений
Литература
1. Гольцберг И.А., Дроздова О.А. Климатические ресурсы центральных областей Европейской части СССР и их использование в с/х отношении. Л., 1956. 311 с.
2. Опасные гидрометеорологические явления в Средней Азии /А.Д. Джураев [и др.]. Л., 1977. 236 с.
3. Сванидзе Г.П., Цуцкиридзе Я.А. Опасные гидрометеорологические явления на Кавказе. Л., 1983. 264 с.
4. Пастух В.П., Сохрина Р.Ф. Град на территории СССР // Тр. ГГО. 1957. Вып. 74. С. 67-79.
5. Бабиченко В.Н. Стихийные метеорологические явления на Украине и Молдавии. Л., 1991. 224 с.
6. Chagnon S.A. Examples of economic losses from hail in the U.S. // J. Appl. Meteorol. 1972. № 11. P. 1128-1137.
7. Lemons H. Hail in high and low latitudes // Am. Met. Soc. 1942. № 23. Р. 61.
8. Kozminski Cz. Geographiczne rozmic szezenic wie kszych lurz gradowych lanotowanych na obsjarje Polski w la-tach 1946-1950 // Przecl^d Geograficzny. 1964. T. 36. Р. 1.
9. Kozminski Cz. Wstepne Badania nad metodika statys-tycznych opracown opadow Gradu w Polsce // Leszyty naukow wyzczej szkoly Rolniczy w Szczecinie. 1963. № 11,
10. Гигинейшвили В.М. Градобития в Восточной Грузии. Л., 1960. 124 с.
11. Абшаев М.Т., Малкарова А.М., Борисова Н.А. О тенденции изменения климата на Северном Кавказе // Тр. Всемирной конференции по изменению климата. М., 2003. С. 190 - 191.
Поступила в редакцию
3 февраля 2009 г.
0
4
