CC BY
8
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
«НАУКА. ИННОВАЦИИ. ТЕХНОЛОГИИ», №4, 2021
МЕТЕОРОЛОГИЯ, КЛИМАТОЛОГИЯ, АГРОМЕТЕОРОЛОГИЯ
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Высокогорный геофизический институт», Россия; nata0770@yandex.ru
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЙ НАЗЕМНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРАДА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ АКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГРАДОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
DOI: 10.37493/2308-4758.2021.4.11
Градовые процессы наносят значительный ущерб сельскому хозяйству, приводят к повреждению строений, к гибели животных и к человеческим жертвам. Для снижения отрицательного последствия градовых явлений проводятся работы по активным воздействиям на градовые процессы. В данной работе проведена оценка изменений наземных (спектральных и энергетических) характеристик града при проведении активного воздействия по данным наземной градомерной сети и радиозондирования атмосферы.
Материалы и методы
исследований. При исследовании наземных характеристик градобитий были использованы данные, полученные на градомерной сети во время проведения Комплексного градового эксперимента Высокогорного геофизического института (1983-1997 гг.), данные Северо-Кавказской военизированной службы по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (СК ВС) о градобитиях за период 2011-2012 гг., а также данные радиозондирования атмосферы. Используя метод кластерного анализа (статистическая программа SPSS) все процессы с активным воздействием (АВ) и без активного воздействия (всего 91 процесс) были разбиты от 2 до 5 кластеров для выявления максимального влияния параметров атмосферы на характеристики градовых процессов и дальнейшего выбора оптимального числа кластеров. Далее был проведен корреляционный анализ для выявления связи наземных характеристик града с параметрами атмосферы. Были построены уравнения множественной линейной регрессии взаимосвязи наземных характеристик града (средний диаметр, средняя поверхностная плотность кинетической энергии, средняя концентрация) с параметрами атмосферы. Полученные уравнения можно использовать для анализа изменений спектральных и энергетических характеристик градобитий при проведении активного воздействия.
Результаты исследования и их
обсуждение. Анализ данных о наземных характеристиках градовых процессов с
АВ и без АВ показал, что выборки неравнозначны. В процессы с АВ, вероятнее всего, попали более мощные градовые процессы, поэтому для их корректного сравнения с процессами без АВ необходимо произвести деление на кластеры. Для проведения кластерного анализа использовались характеристики атмосферы, полученные по данным радиозондирования, произведенного в момент времени, ближайший ко времени выпадения града. Результаты кластерного анализа, подтвержденные Т-тестом, показали, что оптимальным является разделение на 2 кластера. Из характеристик параметров атмосферы в двух кластерах следует, что в 1-ый кластер вошли параметры атмосферы,
25.00.30 УДК 551.578.7
Теунова Н.В.
Введение.
приводящие к более мощным градовым процессам. Для исследования взаимосвязи между параметрами, характеризующими состояние атмосферы и наземными характеристиками града, были определены зависимые и независимые переменные. В процессах, отнесенных к 1-му кластеру и 2-му кластеру, были выбраны значимые корреляции наземных характеристик града с параметрами атмосферы при уровнях значимости Sig < 0,05 и близких к нему. Проведен множественный регрессионный анализ с использованием выбранных характеристик и построены регрессионные уравнения взаимосвязи наземных характеристик града с параметрами атмосферы для процессов 1-го и 2-го кластера. Полученные уравнения были использованы для анализа изменений спектральных и энергетических характеристик градобитий в результате активного воздействия.
Выводы. Проведен анализ изменений спектральных и энергетических характерис-
тик градобитий в результате активного воздействия с использованием полученных регрессионных уравнений связи наземных характеристик града с параметрами атмосферы. Анализ показал, что изменения наземных характеристик градовых осадков в результате АВ в процессах 1-го кластера, к которому относятся более мощные градовые процессы, не приводят к значимому изменению наземных характеристик града. Для процессов 2-го кластера (слабые процессы) активное воздействие приводит к уменьшению значений наземных характеристик градовых осадков.
Ключевые слова: градовые процессы, градомерная сеть, параметры атмосферы, активные воздействия, кластерный анализ, уравнения регрессии, наземные характеристики града.
Federal State Budgetary Institution "Vysokogorny Geophysical Institute", Russia
Assessment of Changes in the Ground Characteristics of Hail During an Active Impact on Hail Processes
Hailing processes cause significant damage to agriculture, lead to damage to buildings, the death of animals and human casualties. To reduce the negative consequences of hail phenomena, work is being carried out to actively influence hail processes. In this work, an assessment of changes in the spectral and energy characteristics of hail is carried out during an active action according to the data of the hail-gauge network and radiosonding of the atmosphere.
Materials and research
methods. In the study of the ground characteristics of hail damage, we used the data
obtained on the hail-gauge network during the Comprehensive hail experiment High Mountain Geophysical Institute (1983-1997), the data of the North Caucasian paramilitary service on active impacts on hydrometeorological processes (NC PS) about hailstorm for the period 2011-2012 and data from radiosonding of the atmosphere. Using the method of cluster analysis (statistical program SPSS), all processes with active impact (AI) and without active impact (91 processes in total) were divided from 2 to 5 clusters to identify the maximum influence of atmospheric parameters on the characteristics of hail processes and further select the optimal number of clusters. Further, a correlation analysis was carried out to identify the relationship between the
Teunova N.V.
Introduction.
науки о земле
Оценка изменений наземных характеристик града . . Теунова Н.В.
terrestrial characteristics of hail and atmospheric parameters. Multiple linear regression equations were constructed for the relationship between the ground characteristics of hail (average diameter, average surface density of kinetic energy, average concentration) and atmospheric parameters. The obtained equations can be used to analyze changes in the spectral and energy characteristics of hailstorms during active exposure.
Research results and
discussion. Analysis of data on the ground characteristics of hail processes with and without
AI showed that the samples are not equal. More powerful hail processes most likely got into the processes with AI, therefore, for their correct comparison with the processes without AI, it is necessary to divide them into clusters. To carry out the cluster analysis, we used the characteristics of the atmosphere obtained from the data of radio sounding performed at the time instant closest to the time of the hail. The results of cluster analysis, confirmed by the T-test, showed that division into 2 clusters is optimal. From the characteristics of the parameters of the atmosphere in two clusters of clusters, it follows that 1 cluster includes the parameters of the atmosphere, leading to more powerful hail processes. To investigate the relationship between the parameters characterizing the state of the atmosphere and the terrestrial characteristics of hail, the dependent and independent variables were determined. In the processes assigned to cluster 1 and cluster 2, significant correlations of the ground characteristics of hail with atmospheric parameters were selected at significance levels < 0.05 and close to it. Multiple regression analysis was carried out using the selected characteristics and regression equations for the relationship between the ground characteristics of hail and atmospheric parameters for processes 1 and 2 of the cluster were constructed. The resulting equations were used to analyze changes in the spectral and energy characteristics of hail hits as a result of active exposure.
Conclusions. The analysis of changes in the spectral and energy characteristics of hailstorms
as a result of active exposure using the obtained regression equations for the relationship between the ground characteristics of hail and atmospheric parameters has been carried out. The analysis showed that changes in the ground characteristics of hail precipitation as a result of AI in the processes of cluster 1, which includes more powerful hail processes, does not lead to a significant change in the ground characteristics of hail. For processes of cluster 2 (weak processes), active impact leads to a decrease in the values of the ground characteristics of hail precipitation.
Key words: hail processes, hail-gauge network, atmospheric parameters, active influ-
ences, cluster analysis, regression equations, ground characteristics of hail.
Введение
Среди глобальных проблем современности обращает на себя внимание рост количества природных и техногенных катастроф, происходящих на Земле [1]. Мощным фактором нарастания природных угроз является также глобальное изменение климата, с которым, вероятно, связано увеличение частоты и интенсивности многих стихийных процессов и явлений в природной среде. К этим явлениям относятся и градовые процессы, которые наносят значительный ущерб сельскому хозяйству, приводят к повреждению строений, к гибели животных и к человеческим жертвам.
Градоопасность на территории Российской Федерации ввиду наличия разнообразных климатических зон крайне неоднородна. Территориями с высокой градоопасностью являются юго-западные районы Краснодарского края, горные и высокогорные районы Карачаево-Черкесии, Кабардино-Балкарии, РСО - Алании. Предгорные районы Краснодарского и Ставропольского краев, Карачаево-Черкесии, Кабардино-Балкарии, РСО - Алании являются районами повышенной градоопасности [2].
Ущерб от града зависит от многих факторов, включающих физические характеристики града (размер града, общая концентрация, кинетическая энергия и др.), сопутствующие градобитиям явления (ветер, ливневые осадки), период вегетации и структура производства сельскохозяйственных культур.
Для снижения отрицательного последствия градовых явлений проводятся работы по активным воздействиям на градовые процессы. Успешность активных воздействий можно определить по изменениям спектральных и энергетических характеристик града с использованием радиолокационных и наземных методов.
В данной работе проведена оценка изменений наземных (спектральных и энергетических) характеристик града при проведении активного воздействия на градовые процессы по данным градомер-ной сети и радиозондирования атмосферы.
Материалы и методы исследований
При исследовании наземных характеристик градобитий были использованы данные, полученные на градомерной сети, во время проведения Комплексного градового эксперимента Высокогорного геофизического института (1983-1997 гг.), и данные Северо-Кавказской военизированной службы по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (СК ВС) о градобитиях за период 2011-2012 гг.
Площадь градомерной сети составляла 3,5 103 км2 и являлась крупнейшей сетью в практике подобных исследований. На градомерной сети было размещено 600 пассивных индикаторов града (ПИГ). Плотность ПИГ на площади 2,5 103 км2 составляла 1 прибор на 10 км2, на площади 9102 км2 - 1 прибор на 2,5 км2. ПИГ представляет собой подложку из пенополистирола толщиной 20 мм
с площадью поверхности 0,1 м2, которая покрывается алюминиевой фольгой толщиной 40-200 мкм. Подложка устанавливается на горизонтальную подставку на высоте 1 м над уровнем земли. При падении на ПИГ градовые частицы оставляют отпечатки в виде кратеров. По размерам кратеров с использованием калибровочной кривой определялись размеры градин и скорости их падения.
Кинетическая энергия градины определялась по известной формуле:
тУ2
Е = —--—— , (1)
де т - масса и
Уг - установившаяся скорость падения градины.
Установившуюся скорость падения градин Уг можно определить из равенства сил тяжести и аэродинамического сопротивления:
V2
^ = • Рв —— , (2)
где тг - масса градины,
g - ускорение силы тяжести,
£ - миделево сечение градины,
рв - плотность воздуха,
Сф - коэффициент лобового сопротивления градины.
После определения спектра размеров градин по их отпечаткам на градовых подушках вычислялся их среднеарифметический диаметр.
Поверхностная плотность кинетической энергии градин на градовой дорожке была рассчитана с помощью выражения:
3 3 • 10-5 • уп п 4
Е = 3,3 10° , (3)
^под
Подробно методика использования ПИГ и определение характеристик выпадающего града описаны в работах Л.М. Федченко, М.И. Тлисова, Б.М. Хучунаева и др. [3, 4]. Анализ данных, полученных на градомерной сети, позволил получить уни-
кальные, разрешенные в пространстве и во времени данные о спектральныхиэнергетическиххарактеристикахградовыхчастицпри естественном развитии процессов и активном воздействии на них.
Для выявления связи между наземными характеристиками града и характеристиками атмосферы, были рассчитаны следующие параметры, полученные по данным радиозондирования атмосферы:
ш -
'' тах
Нв -
М1 -
ДЛ -
Д^-
Дг\ -
максимальная вертикальная скорость восходящего
потока, м/сек;
уровень конвекции, км;
вертикальный градиент температуры в слое
Нк + 2 км, °С/100 м;
вертикальный градиент температуры в слое Нк + 2,5 км, °С/100 м;
Т -
в
Т-*- тах
вертикальный градиент температуры в слое Нк + 2 км + 2 км, °С /100 м; вертикальный градиент температуры в слое Нк + 2,5 км + 2 км, °С/100 м; температура на уровне конвекции, К; температура на уровне максимальной разности температур, определяют по данным аэрологической диаграммы, К;
^земля(7 - суммарная массовая доля воды в слое земля -500 гПа, г/кг;
температура на уровне конденсации, К; давление на уровне конденсации, мб; максимальная разность температур в облаке и в окружающем воздухе, °С;
давление на уровне максимальной разности температур, мбар;
давление на уровне нулевой изотермы, мбар; высота уровня нулевой изотермы, км; псевдопотенциальная температура смоченного термометра на уровне максимальной разности температур облака и окружающего воздуха, К; высота слоя конвекции, расположенного в области отрицательных температур, км;
Тк -Рк -Д -
Р -
± тах
Ро -
Но -®'р (Дт)
ДЫ_ -
приведенная водность слоя конвекции, г/кг; высота слоя зарождения нисходящих потоков, км; высота слоя потенциальной неустойчивости, км; псевдопотенциальная температура смоченного термометра приземного воздуха, К; минимальная псевдопотенциальная температура смоченного термометра на уровне Нр, К; индекс интегральных сумм, предложенный Миллером, К;
обобщенный индекс неустойчивости.
Эти параметры использовались в методах прогноза конвективных явлений, предложенных В.А. Беленцовой, Л.М. Фед-ченко, Г.Г. Гораль, А.Х. Кагермазовым и др. [5-9]. Методика прогноза града, основанная на использовании вышеприведенных характеристик, получила широкое признание и используется до настоящего времени.
Используя метод кластерного анализа (статистическая программа SPSS) [10] все процессы с активным воздействием (АВ) и без активного воздействия (всего 91 процесс) были разбиты от 2 до 5 кластеров для анализа максимального влияния параметров атмосферы на характеристики градовых процессов и их группировки в тот или иной кластер.
Некоторые результаты такого анализа приводятся в работах Б.М. Хучунаева и А.А. Ташиловой [11, 12], но количество кластеров в этих работах задавалось исследователями, т.е., можно сказать, что имели место некоторые субъективные моменты. Более объективно разделение на кластеры можно произвести на основе оптимизации числа кластеров.
Далее был проведен корреляционный анализ для выявления связи наземных характеристик (средний диаметр, средняя поверхностная плотность кинетической энергии, средняя концентрация) града с параметрами атмосферы. При проведении множественной линейной регрессии, прежде всего, следует обратить внимание на статистики коллинеарности, чтобы избежать эффекта мультиколли-неарности. Значение показателя «Толерантность» должно превышать 0,1, а значение показателя «VIF» (Фактор инфляции диспер-
q -
н*—
H— 0'р1 —
® р обл
ТТ—
D —
сии - Variance Inflation Factor) должно быть меньше 10. Коэффициенты модели показывают величину значимости независимых переменных, включенных в регрессионную модель.
С использованием полученных коэффициентов были построены уравнения множественной линейной регрессии взаимосвязи наземных характеристик града с параметрами атмосферы. Полученные уравнения были использованы для анализа изменений спектральных и энергетических характеристик градобитий.
В работах М.И. Тлисова, Б.М. Хучунаева и др. [13-15], посвященных анализу изменений спектральных и энергетических характеристик градобитий, исследование изменений характеристик града на земле проводилось при разбиении параметров атмосферы на 3 кластера, которые задавались исследователем. Рассчитывались наземные теоретические характеристики града в каждом кластере, полученные по параметрам атмосферы и определялись суммарные значения.
В данной работе изменение наземных характеристик града не суммировалось, а было представлено для 2 кластеров (мощные и слабые градовые процессы).
Результаты и их обсуждение
При исследовании влияния активного воздействия на градовые процессы их характеристики, зарегистрированные градо-мерной сетью, были разделены на 2 группы, соответствующие процессам с активным воздействием (с АВ) и процессам без активного воздействия (без АВ). Анализ данных о наземных характеристиках градовых процессах с АВ и без АВ показал, что выборки неравнозначны. В процессы с АВ, вероятнее всего, попали более мощные градовые процессы, поэтому для их корректного сравнения с процессами без АВ необходимо произвести их деление на кластеры. Для проведения кластерного анализа использовались характеристики атмосферы, полученные по данным радиозондирования, произведенного в момент времени, ближайший ко времени выпадения града.
По результатам кластерного анализа оптимальным является разделение на 2 кластера. Используя Т-тест, было выяснено, что почти все параметры атмосферы, разделенные на 2 кластера, имеют статистически значимые различия, следовательно, кластерный ана-
лиз позволяет классифицировать облака по различным состояниям атмосферы, и, вероятно, приводящим к градовым процессам различной интенсивности. В 1-й кластер вошло 30 процессов без АВ и 46 процессов с АВ, во 2-й - 11 процессов без АВ и только 3 процесса с АВ. По результатам Т-теста можно предположить, что в 1-й кластер вошли параметры атмосферы, приводящие к более мощным градовым процессам.
Для исследования взаимосвязи между параметрами, характеризующими состояние атмосферы, и наземными характеристиками града были определены зависимые и независимые переменные. В случае рассматриваемой задачи в качестве независимых переменных были использованы параметры атмосферы, а зависимыми переменными - наземные характеристики града. Для выявления линейной зависимости между наземными характеристики града на земле и несколькими параметрами атмосферы, использовался множественный коэффициент линейной корреляции.
В процессах, отнесенных к 1-му кластеру, были выбраны значимые корреляции наземных характеристик града с параметрами атмосферы при уровнях значимости Sig < 0,05 и близких к нему. Значимая корреляционная зависимость для среднего диаметра выпавшего града наблюдалась с температурой на уровне конденсации ( Гк), со значением высоты слоя зарождения нисходящих потоков и с суммарной удельной влажностью в слое земля - 500 гПа (^зе£ля<7 ). Результаты расчетов для средней энергии выпавшего града (Еср.) показали значимую корреляционную связь со следующими параметрами атмосферы: вертикальный градиент температуры в слое Нк + 2 км + 2 км (Д^2), вертикальный градиент температуры в слое Нк+2,5 км (ДГ'2) и индекс Миллера (ТТ).Для средней концентрации градин корреляция наблюдается с максимальной вертикальной скоростью восходящего потока (Wmax), с температурой на уровне максимальной разности температур (Гтах) и с давлением на уровне максимальной разности температур (Pmax).
При проведении множественной линейной регрессии получено, что значения показателя «Толерантность» и «VIF» удовлетворяют требованиям, при которых невозможно возникновение нежелательного эффекта мультиколлинеарности. В таблице 1 представлены показатели, характеризующие качество построенной
Таблица 1. КОЭФФИЦИЕНТЫ УРАВНЕНИЯ РЕГРЕССИИ ДЛЯ ГРАДОВЫХ
ПРОЦЕССОВ 1-ГО КЛАСТЕРА
Table 1. Coefficients of the regression equation for grad processes of the 1st cluster
е
ы ik а н
н н е 01 s" и о с т
м s ц то
е и а
р ц н га н га
е С к л и м (Я
5 ф р а е >£3 р .а т
и р т с
с и § е д а Ч о м
CÛ а ■à ■à ■& и X
«о э э э а
е о о о н
X к к к о
Коэффициенты модели
3 о
4 н
га
т
О
Статистики коллинеарности
Зависимая переменная - средний диаметр, Оср
Константа 77,438 44,210
Т„ 0,493 0,243 2,614 0,061 -0,252 0,156 0,793 1,260
H 0,445 0,338 0,936 1,069
У500 я ^земляУ -0,104 0,127 0,839 1,191
Зависимая переменная - средняя поверхностная плотность кинетической энергии, Еср
Константа 461,486 358,892
At2 0,318 0,101 2,002 0,421 480,295 559,005 0,536 1,865
Ai, 237,058 361,392 0,889 1,125
TT 1,526 8,071 0,578 1,731
Зависимая переменная - средняя концентрация, Мср
Константа 21724,5 59726,3
Wmax 0,508 0,258 2,536 0,048 311,85 468,959 0,182 5,489
Tmax -30,559 206,854 0,471 2,124
P 1 max -25,382 42,726 0,19 5,258
модели: коэффициент корреляции, коэффициент детерминации, коэффициент Дарбина-Уотсона, значимость коэффициента модели, статистики коллинеарности. Результаты множественного регрессионного анализа с использованием выбранных характеристик свидетельствует о том, что регрессионные модели, построенные на основе этих данных, справедливы для всей генеральной совокупности в целом.
С использованием таблицы 1 были построены регрессионные уравнения взаимосвязи наземных характеристик града с параметрами атмосферы для процессов 1-го кластера:
где -
Н* — Т — А = А =
где —
ДЛ —
ТТ —
Ео = Е1 = Е2 = Ез =
где Wmax — Т —
ГПЯУ
Ар.= Во - D^мляq + А - DзТк ,
(4)
суммарная удельная влажность в слое земля 500 гПа, г/кг;
высота слоя зарождения нисходящих потоков, км; температура на уровне конденсации, К; 77,438 мм; А = 0,104 ммкг/г; 0,445 мм км-1; А = 0,252 ммК-1;
ЕСр= - Ео + Е1 + Е2 + ЕзТТ,
(5)
вертикальный градиент температуры в в слое Нк + 2 км + 2 км, град/100 м; вертикальный градиент температуры в слое Нк + 2,5 км, град/100 м;
индекс интегральных сумм, предложенный Миллером, К; 461,486 Дж, 480,295 Дж100 м/°С, 237,058 Дж100 м/°С, 1,526 ДжК1.
N Ж - N Т - N Р
-^уср -х V ^ | V 1 гг тах 1У 2 1 тах 1У3 1 тах 5
(6)
максимальная вертикальная скорость восходящего потока, м/сек;
температура на уровне максимальной разности температур, К;
Ртах - давление на уровне максимальной разности температур, мбар;
N0 = 21724,5;
N = 311,85 сек/м;
N2 = 30,559 К-1;
N3 = 25,382 мбар-1.
Полученные уравнения были использованы для анализа изменений спектральных и энергетических характеристик градобитий в результате активного воздействия. С использованием вошедших в уравнения атмосферных параметров для процессов с АВ, относящихся к 1-му кластеру, были посчитаны теоретические значения наземных характеристик града, определено их среднее значение и проведено сравнение со значениями реальных характеристик града на земле после проведения АВ (табл. 2).
Изменения наземных характеристик града были вычислены по формулам: изменение среднего диаметра:
ЛЯ - тГ, (7)
-^теор
изменение средней кинетической энергии:
ЛЕ = , (8)
-С'теор
изменение средней концентрации:
ЛN = (9)
В результате получено, что активное воздействие на процессы, отнесенные к 1-му кластеру (мощные процессы), приводит к увеличению среднего диаметра града в 1,2 раза, уменьшению их средней кинетической энергии и концентрации на 24 % и 29 %.
Во второй кластер вошло малое количество процессов (11 процессов), поэтому для построения уравнения регрессии может использоваться только 1 независимый параметр. Проведенный анализ корреляционной связи наземных характеристик града с параметрами атмосферы показал, что для среднего диаметра выпавшего града корреляция наблюдается с уровнем конвекции (Нв), для сред-
НАУКИ О ЗЕМЛЕ 9П3
Оценка изменений наземных характеристик града . . . _
Теунова Н.В.
Таблица 2. СРАВНЕНИЕ РЕАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗНАЧЕНИЙ
НАЗЕМНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРАДА ПРОЦЕССОВ 1-ГО КЛАСТЕРА
Table 2. Comparison of real and theoretical values of ground characteristics of the hail of processes of the 1st cluster
Наземные характеристики града
Средний диаметр, °ср Средняя поверхностная плотность кинетической энергии, Еср Средняя концентрация, «Ср
теоретическое реальное теоретическое реальное теоретическое реальное
5,81 15,5 230,67 213,00 8269,23 1575,00
5,89 4,52 60,94 19,90 6002,62 4128,00
5,16 9,2 77,66 24,00 6429,34 830,00
5,59 6,73 97,12 87,97 13993,38 5180,00
5,12 5,8 49,85 4,00 6366,34 300,00
3,77 10,97 230,51 482,30 9235,99 2870,00
5,19 7,88 131,71 90,82 6909,47 2743,00
7,53 10,3 206,40 195,40 6216,53 1070,00
6,19 6,71 153,94 124,98 4840,62 3759,00
4,73 5,9 75,81 48,41 14195,50 5103,00
5,89 3,82 96,85 12,41 4259,63 5358,00
6,28 5,38 96,86 14,31 3989,09 9697,00
4,05 5,05 119,77 89,00 2831,55 17080,00
4,27 4,85 20,94 3,28 10343,80 2855,00
7,83 7,5 83,20 8,85 11095,33 3210,00
6,93 6 230,67 161,60 2728,37 2600,00
5,09 4,4 166,79 106,60 13358,99 8190,00
4,05 5,5 230,67 163,80 9484,84 6830,00
7,68 7,1 85,5 15,5 5787,93 670,00
Среднее значение
5,4 6,48 139,87 106,89 7255,06 041,457
ней энергии выпавшего града корреляция наблюдается с псевдопотенциальной температурой смоченного термометра на уровне максимальной разности температур (&'р (Дт)). Средняя концентрация выпавшего града для процессов второго кластера имеет наиболее значительную корреляцию с высотой слоя зарождения нисходящих потоков (Н*). Коэффициенты уравнений регрессии для процессов 2-го кластера приведены в таблице 3.
По результатам регрессионного анализа были построены уравнения взаимосвязи наземных характеристик града с параметрами атмосферы для процессов, вошедших во 2-й кластер:
Ар = Д + АН (10)
где Нв - уровень конвекции, км;
Д = 0,232 мм;
А = 0,6 ммкм-1
Еср = -Ео+ Е1 @'р (Дт), (11)
где @'р (Дт) - псевдопотенциальная температура смоченного термометра на уровне максимальной разности температур облака и окружающего воздуха,
Ео = 13823,9 Дж;
Е1 = 49,195 ДжК1;
Кр = -N,+N1 , (12)
где - высота слоя зарождения нисходящих потоков, км;
N = 2701,954;
N = 2269,969 км-1.
Анализ изменений спектральных и энергетических характеристик градобитий в процессах, входящих во 2-й кластер (слабые процессы) показал, что активное воздействие приводит к увеличению среднего диаметра градин в 1,1 раза, уменьшению средней кинетической энергии на 70 %, уменьшению их концентрации на 60 %.
Из вышеописанного следует, что классификация методом кластерного анализа была проведена правильно и физически обоснована, поскольку во второй кластер вошли только 3 процесса, на
НАУкИ о зЕмлЕ
Оценка изменений наземных характеристик града
теунова н.В.
которые было проведено АВ. Результаты расчетов подтверждают, что во 2-й класс вошли более слабые градовые процессы.
Выводы
Для исследования влияния АВ на наземные характеристики градовых осадков был проведен кластерный анализ градовых процессов с использованием наземных характеристик градовых осадков и параметров атмосферы в дни с градовыми процессами. Анализ показал, что представление градовых процессов в виде 2-х кластеров является наиболее приемлемым. Для процессов, относящихся к обоим кластерам, построены регрессионные уравнения, связывающие наземные характеристики града с параметрами атмосферы.
С использованием вошедших в уравнения атмосферных параметров для процессов с АВ были посчитаны теоретические значения наземных характеристик града в двух кластерах и проведено их сравнение со значениями реальных характеристик града на земле после проведения АВ.
Анализ полученных результатов показал, что изменения наземных характеристик градовых осадков, в результате АВ из процессов 1-го кластера, к которому относятся более мощные градовые процессы, не приводит к значимому изменению наземных характеристик града. Для процессов 2-го кластера (слабые процессы) активное воздействие приводит к уменьшению значений наземных характеристик градовых осадков.
Построенные регрессионные уравнения, связывающие наземные характеристики града с параметрами атмосферы позволяют с определенной точностью оценить значения характеристик града на земле.
Библиографический список
1. Акимов В .А . , Соколов Ю . И . Глобальные и национальные
приоритеты снижения риска бедствий и катастроф / МЧС
России . М . : ФГБУ ВНИИ ГО ЧС (ФЦ), 2016. 396 с.
2 . РД 52 .37. 722-2009 . Районирование территории по градоо-
пасности / М . Т. Абшаев, А . М . Малкарова, Н .А . Борисова .
Нальчик: Изд . «Эльбрус», 2009. 16 с .
3 . Тлисов М . И . Физические характеристики града и механизм
его образования . С . -Пб .: Гидрометеоиздат, 2002 . 386 с .
4 . Тлисов М . И ., Таумурзаев А.Х ., Федченко Л . М . , Хучуна-
ев Б . М . Физические характеристики града и повреждаемость сельскохозяйственных культур // Труды ВГИ, 1987 . Вып . 74 . С.137-145 .
5 . Беленцова В .А. , Федченко Л . М . О влиянии циркуляции
термодинамического состояния нижнего слоя тропосферы на локализацию и интенсивность конвективных процессов на Северном Кавказе // Труды ВГИ, 1979. Вып . 44 . С 48-59
6 . Гораль Г. Г., Мальбахова Н . М . Оценка потенциальной не-
устойчивости атмосферы при развитии градовых процессов . Метеорология и гидрология, 1985 . № 3 . С . 36-45 .
7 . Кагермазов А .Х . Прогноз града по выходным данным гло-
бальной модели атмосферы (Т254 NCEP) . Метеорология и гидрология, 2012 . № 3 . С . 28-34 .
8 . Федченко Л . М . , Кагермазов А.Х . Использование статис-
тических методов для прогноза градовых процессов и их характеристик . Метеорология и гидрология, 1988 . № 4 . С.41-50.
9 . Кагермазов А .Х . Цифровая атмосфера . Современные ме-
тоды и методология исследования опасных метеорологических процессов и явлений . Монография . Нальчик: Печатный двор, 2015 . 210 с . 10 . Бююлъ А ., Цефель П . SPSS: искусство обработки информации Анализ статистических данных и восстановление скрытых закономерностей . СПб .: ДиаСофтЮП, 2002 . 608 с
11. Хучунаев Б . М . Микрофизика зарождения и предотвращения града: автореф . дис . докт. физ . -мат. наук . 25 .00 .30 / Хучунаев Б М , Нальчик, 2002 44 с
12 . Ташилова А . А . Исследование взаимосвязи микрофизичес-
ких характеристик града на земле с параметрами атмосферы: дис . . . . канд . физ . -мат. наук. Нальчик, 2002. 158 с .
13 . Хучунаев Б . М . , Ташилова А .А ., Теунова Н . В . Оценка фи-
зической эффективности активных воздействий на градовые процессы . «Известия КБНЦ РАН», № 6 . Нальчик, 2008. C.169-175.
14 . Хучунаев Б . М . , Ташилова А.А ., Теунова Н . В . Некоторые
результаты оценки активных воздействий на градовые процессы // Известия высших учебных заведений Северо-Кавказский регион . Серия: Естественные науки . 2009 . № 2 С 72-75
науки о земле
Оценка изменений наземных характеристик града . . Теунова Н.В.
15 . Тлисов М . И . , Хучунаев Б . М . , Ташилова А . А ., Теунова Н . В . Оценка физической эффективности активных воздействий на градовые процессы по радиолокационным данным с использованием регрессионных уравнений связи параметров атмосферы с характеристиками града . «Известия КБНЦ РАН», №3, Нальчик, 2012 . C . 81-85 . References
1. Akimov V. A ., Sokolov Yu . I. Global and National Priorities for Disaster and Disaster Risk Reduction / EMERCOM of Russia . Moscow: FSBI ARRI CD SER (FC), 2016 . 396 p .
2 . RD 52 .37. 722-2009. Zoning of the territory according to urban
hazard . / M .T. Abshaev, A . M . Malkarova, N .A . Borisov. Nalchik: Ed . Elbrus, 2009. 16 p .
3 Tlisov M I Physical characteristics of hail and the mechanism of its formation . S . -Pb .: Gidrometeoizdat, 2002 . 386 p .
4 . Tlisov M . I., Taumurzaev A . Kh ., Fedchenko L . M ., Khuchunaev
B . M . Physical characteristics of hail and damage to agricultural crops // Proceedings of HGI, 1987 . Vol . 74 . P. 137-145 .
5 . Belentsova V.A . , Fedchenko L . M . On the influence of the cir-
culation of the thermodynamic state of the lower tropospheric layer on the localization and intensity of convective processes in the North Caucasus . Proceedings of HGI, 1979 . ISSUE 44 . P 48-59
6 . Goral G . G . , Malbakhova N . M . Assessment of the potential in-
stability of the atmosphere during the development of hail processes . Meteorology and Hydrology, 1985 . No . 3 . P. 36-45 .
7 Kagermazov A Kh Hail forecast based on the output of the global atmospheric model (T254 NCEP) . Meteorology and Hydrology, 2012 . No . 3 . P. 28-34 .
8 . Fedchenko L . M ., Kagermazov A . Kh . Using statistical methods
to predict hail processes and their characteristics . Meteorology and Hydrology, 1988 . No . 4 . P. 41-50 .
9 Kagermazov A Kh Digital atmosphere Modern methods and methodology for the study of hazardous meteorological processes and phenomena . Monograph, Nalchik "Printing yard", 2015 . 210 p .
10 . Byul A ., Tsefel P. SPSS: the art of information processing . Analysis of statistical data and recovery of hidden patterns SPb : DiaSoftUP, 2002 608 p 11. Khuchunaev B . M . Microphysics of the origin and prevention of hail: Author's abstract . dis . doct . physical-mat . sciences . 25. 00 . 30 / Khuchunaev B . M . Nalchik, 2002 . 44 p .
Tashilova A .A . Investigation of the relationship of the micro-physical characteristics of hail on the ground with the parameters of the atmosphere: dis . Cand . physical-mat . sciences . 25 .00 .30 / Tashilova Alla Amarbievna, Nalchik, 2002. 158 p . Khuchunaev B . M ., Tashilova A . A ., Teunova N .V. Assessment of the physical effectiveness of active influences on hail processes . "Izvestia KBSC RAS", No . 6 . Nalchik, 2008. P. 169175 .
Khuchunaev B . M ., Tashilova A .A . , Teunova N .V. Some results of assessing active influences on hail processes // News of higher educational institutions . North Caucasian region . Series: Natural Sciences 2009 No 2 P 72-75 Tlisov M . I., Huchunaev B . M . , Tashilova A . A ., Teunova N .V. Assessment of the physical efficiency of active influences on hail processes based on radar data using regression equations for the relationship between atmospheric parameters and hail characteristics . «Izvestia KBSC RAS», No . 3 . Nalchik, 2012 . P. 81-85 .
Поступило в редакцию 10.08.2021, принято к публикации 06.09.2021.
сведения об авторах
Теунова Наталия Вячеславовна, и . о . старшего научного сотрудника Федерального государственного бюджетного учреждения «Высокогорный геофизический институт» . Адрес: Россия, Кабардино-Балкарская республика, г Нальчик, пр Ленина, д . 2, Scopus ID: 57191571952, Researcher ID: К-4312-2015, Телефон (903) 492-99-64, E-mail: nata0770@yandex . ru
About the authors
Teunova Nanaliya Vyacheslavovna, acting senior researcher associate of department of physics of clouds of Federal state budgetary institution "High-Mountain Geophysical Institute" . Address: Russia, Kabardino-Balkar Republic, Nalchik, Lenin Ave ., 2 . Scopus ID: 57191571952, Researcher ID: К-4312-2015, Phone: (903) 492-99-64, E-mail: nata0770@yandex . ru
12
13
14
15
