CC BY
5
УДК 551.515.9
DOI: 10.15587/2313-8416.2016.73923
К1ЛЬК1СНА ОЦ1НКА 1НТЕНСИВНОСТ1 Л1ТН1Х АТМОСФЕРНИХ ФРОНТ1В НАД УКРАÏНОЮ
© Г. П. 1вус, Г. В. Хоменко, Н. М. Мщенко, Н. I. Косолапова, О. О. Сухов
При прогнозуванш погоди головна увага придшяеться небезпечним та стихшним явищам, як часто обу-мовлюються проходженням атмосферних фронтiв, тому важливо визначити найбтьш Штенсивт дшя-нки остантх, де погiршення погодних умов е найiмовiрнiшим. Осюльки фронти пов'язанi з бароклтними зонами, для оцтки ïx iнтенсивностi використано параметр W- кшьюсна характеристика бароклтнос-тi нижньо'1 половини тропосфери
Ключовi слова: атмосферний фронт, небезпечш явища, бароклтна зона, iнтенсивнiсть опадiв, циклон
When forecasting the weather the main attention is paid to the hazardous phenomena and natural disasters which are often caused by passing of atmospheric fronts. Therefore it is important to determine the most intensive frontal zones where deterioration in weather conditions is the most probable. As the fronts are connected with baroclinic zones therefore in order to assess their intensity the W parameter, the quantity characteristic of baroclinicity of the lower half of the troposphere, is used
Keywords: atmospheric front, hazardous phenomena, baroclinic zone, intensity of rainfall, cyclone
1. Вступ
Завдяки штенсивному розвитку чисельних ме-тодiв прогнозу погоди в синоптичнш практищ для зменшення суб'ективного фактору в тепершнш час при аналiзi атмосферних процеав використовуеться багато шльшсних характеристик. Так, при фронтоло-пчному аналiзi в заруб1жних прогностичних центрах широко застосовуються рiзнi параметри, як е показ-никами бароклшносп атмосфери i циклошчносп ба-ричного поля в нижнш тропосферi [1, 2]. Для оцшки iнтенсивностi вертикальних рух1в у фронтальних зонах використовуеться потенщальний вихор Ертеля [3]. Розраховуються також множиннi критерп пдро-динамiчно! та конвективно! нестшкосп атмосферних течiй, iндекси блокування тощо [4].
2. Лiтературний огляд
Оскшьки при прогнозуваннi погоди головна увага придметься небезпечним та стихiйним явищам, яш часто обумовлюються проходженням атмосферних фронпв, важливо визначити найбшьш ште-нсивнi дiлянки останшх, де погiршення погодних умов е найiмовiрнiшим.
Така задача вирiшувалася авторами [2], яш за-ймалися оцшкою зв'язку мiж показником бароклшносп нижньо! половини тропосфери (параметром Т) i к1льк1стю опадiв, тобто вивчалась роль бароклш-ностi у формуванш зон опадiв. В останнi роки з'являються роботи, автори яких використовують параметр Т як один iз предикторiв при прогнозi сильного виру та шквалiв [5], зокрема, в дослщженнях [6, 7] зроблена спроба виявити зв'язок мiж параметром Т i небезпечним виром (10 мс-1 та бтше) в ось ньо-зимовий перiод.
3. Мета та задачi досл1дження
Мета дослщження полягае в кiлькiснiй оцшщ ролi бароклiнностi в формуваннi небезпечних явищ погоди на територп Укра!ни в лiтнiй перiод.
Згiдно з поставленою метою виршеш TaKi задача
- розраховаш поля фронтального параметра Y - показника бароклшносп нижньо! тропосфери;
- зроблено зютавлення полiв фронтального параметра з картами добових сум опaдiв та штормо-вих повщомлень про вiтер.
4. Матерiали та методи досл1дження
Для aнaлiзу використaнi поля фронтального параметра Y, синоптичнi карти, штормовi поввдом-лення по вiтру, карти добових сум опaдiв та радюзо-нди для окремих пункпв Украши. Розрахунки фронтального параметра Y виконано за алгоритмом [8] у вузлах сики з кроком 2,5° по широт i довгоп за да-ними об'ективного aнaлiзу полiв температури повп-ря i масово! частки водяно! пари на iзобaричних по-верхнях 850, 700, 500 гПа за 00 UTC першого та два-дцять шостого червня 2012 року, коли в окремих час-тинах Украши спостерп'алося збшьшення швидкостi виру до небезпечного, грози та опади. Область роз-рахунк1в обмежена паралелями 35-60° твн. ш. i ме-ридiaнaми 0-40° сх. д. В тексп i на рисунках Y вказу-еться в одиницях 10-10 м-1.
Методика дослiдження полягае в порiвняль-ному aнaлiзi параметра Y з сумами опaдiв та швидш-стю вiтру для виявлення наявносп к1льк1сного зв'язку бaроклiнностi в обласп атмосферних фронтiв з опадами та виром.
5. Результати дослвджень та ïx обговорення
В ситуаци, що ввдбувалася першого червня, погоднi умови в захвдних та центральних областях Украши були пов'язан з проходженням тепло! дшя-нки полярного фронту; швденш та схiднi райони зна-ходились пiд впливом холодного фронту.
Як показуе рис. 1, полярний фронт з хвилями проходить в малогращентному баричному полi в широ-тнiй смузi м1ж 45 та 55° твн. ш., при цьому бiльшa час-тина теплого фронту пов'язана з улоговиною, спрямо-
ваною майже з твшчного сходу на твденний зах1д, а менша його частина разом з холодною дшянкою проходить через гребшь, ор1ентований на швшчний сх1д.
В роботах [1, 8] отримано, що в пол1 фронтального параметра Т бшьш чгтко проявляються холо-дт фронти особливо в зимовий перюд; знайдено та-кож зв'язок мгж параметром Т 1 опадами. Так, у фро-нтальних зонах, де Т>5 од., в 60 % випадшв спосте-р1гаються опади [8], що свщчить про досить високу актившсть ввдповщних фронт1в. Значения Т=5 од. е пороговим для опащв. При прогноз! шквал1в одшею з необх1дних умов виникнення шквал1в е наявшсть фронтально! зони, де Т>2,5 од. [5].
В нашому випадку додатш значення параметра Т отримаш для тепло! гшки полярного фронту 1 дшян-ки холодного фронту, яка проходить над швшчно-
захщним узбережжям Чорного моря. Рис. 1 показуе, що Т змшюеться ввд 2 до 10 од. в обласп 1 1 ввд 11 до 25 од. поблизу лт! фронту в обласп 2. Бароклшна зона охоплюе захвдт, центральт (в основному правобе-режт) 1 швденно-захвдш райони Укра!ни, тобто тери-торш, на як1й ввдбувалося посилення виру до 10-19 м/с 1 в багатьох пунктах спостери-алися грози (рис. 2). Слад ввдзначиш, що з часом фронти мало змь нювали свое положення. I тому штормова зона над вказаними районами Укра!ни першого червня зберта-лася протягом майже 13 годин (ввд 9 до 22 год.). При цьому найбшьша к1льк1сть штормових поввдомлень по виру та грозах приходилась на полуденш та тсляпо-луденш часи, що може сввдчига про додатковий вне-сок терм1чно! конвекци в загострения процеав.
- ¥<10 од.;
- 10<Т<25 од.
Рис. 1. Аналiз приземний 01.06.2012 р. 00 UTC Бароклшна зона (Т>2 од.)
На рис. 3 представлена карта опад1в не пльки для територи Укра!ни, а й для Молдови 1 Румунп. Видно, що в бшьшосл пункпв, як1 попадають в барок-лшну зону (Т>2 од.), добова сума опад1в змшюеться в широких границях. В центральних районах Укра!ни (в правобережий частит) опади, к1льк1сть яких не перевищуе 3 мм за добу, пов'язаш з холодною д1лян-кою фронту, де значення параметра Т менш1 шж 10 од. Перед теплою дшянкою фронту, що проходить над Захвдною Укра!ною, опади штенсивнютю ввд 4 до 10 мм за добу спостер1гаються в зош, де Т перевищуе 2 од. У вузькш зош поблизу фронту Т зм1ню-еться ввд 10 до 25 од. (рис. 1, область 2), а добова ш-льшсть опад1в в бшьшосп пункпв складае 8-10 мм.
Тобто тдтверджуються висновки, що отримаш в роботах [1, 8], згвдно з якими бшьшим значенням Т вь дповвдають бшьш штенсивш опади. Велик! суми опад1в в Закарпатп та захвдних районах Румунп мо-жна пояснити додатковим впливом орографи.
В робот! [9], яка присвячена дослвдженню впливу конвекци на формування небезпечних явищ погоди на територи Укра!ни, ввдзначаеться, що посилення виру до шквал1в, як 1 шш1 конвективш явища, виникають на фош штенсивних великомасштабних потоков з1 значними вертикальними 1 горизонтальни-ми зсувами виру, тобто потоков, в яких може реаль зуватися як бароклшна, так 1 баротропна нестшшсть, що може сприяти виникненню гроз 1 лшш шквал1в.
Рис. 2. Штормов1 повщомлення за добу 01.06.2012 р.
Рис. 3. Кшьшсть опад1в (мм) за добу 01.06.2012 р.
Оскшьки в розвитку конвективних рух1в осно-вну роль вщграе доступна потенщальна енерпя CAPE, в данш робот проанал1зовано радюзонди за перше червня для станцш: Одеса, Чершвщ, Кш'в. Ц шчш радюзонди показали слабку нестшшсть в райош Чертвцш, де САРЕ дор1внюе 48 Дж/кг, та ii вщсут-шсть в шших пунктах. Тобто в шчнш строк конвек-тивш рухи або ввдсутш, або слабш, але в денш часи вони можуть досягати значно! штенсивносп i, таким чином, сприяти i посиленню вiтру, i формуванню конвективних опащв. Ще одним показником нестш-косл нижнiх шарiв атмосфери е шдекс нестiйкостi
ТТ, який при наявносп конвекцй' перевищуе порого-ве значения 44 °С. Оцiнки цього iндексу для нашого випадку сввдчать про те, що в бароклiннiй зош теплого фронту ТТ змiнюеться вiд 44 до 52; в схвдних районах Украни (за холодним фронтом) ТТ коливаеть-ся ввд 38 до 42.
Таким чином, посилення виру, грози та опади в захвдних, центральних та твденно-захвдних районах Украши обумовлене, перш за все, значною баро-клшшстю, iнтенсивнiсть яко! досягае в полi параметра Y 25 од. Слабка конвекщя, яка в денш часи могла посилюватися, також сприяла пiдвищенню швидкостi
виру в указанш частит Укра!ни. В схвдних районах формування зон небезпечного виру, як 1 опад1в не вь дбулося, тому що холодний фронт проходив через область тдвищеного тиску 1 не проявлявся в пол1 параметра Т; значення !ндекса ТТ також не ввдповвда-ють умовам, як1 сприяють розвитку конвекци.
В ситуаци, яка ввдбувалася 26.06.2012 р., пого-дш умови на територи Укра!ни визначалися прохо-дженням холодно! плки полярного фронту. На рис. 4 видно, що як холодна, так 1 тепла д1лянки фронту добре проявляються в пол! фронтального параметра, де Т змшюеться ввд 2 до 30 од. в обласп 1 1 досягае 40 од. в обласп 2. Найбшьш! значення Т ввдзначаеть-ся у вузькш смуз1 за холодним фронтом 1 перед ним (над Швшчно-Захвдним Причорномор'ям). Меридю-нально спрямованш д1лянц1 цього фронту ввдповвда-ють ввд'емш значення параметра Т, що сввдчить про слабку його штенсивнють.
З часом полярний фронт пересувався в твден-ному напрямку 1 через 6 годин вш проходив над тв-шчно-захвдним узбережжям Чорного моря 1 центра-льними районами Укра!ни, а через добу був вже поза !! межами. Поввдомлення про посилення виру до 1013 1 навиъ до 15-16 мс-1 надходили в першу половину дня, в основному, з захвдних та центральних райо-шв Укра!ни, а в другу - з твденних та схвдних !! ра-йошв (рис. 5). В указан! часи ввдповвдш територ!! знаходились в зон!, де значення Т дор!внювали або перевищували 2 од. Цей результат узгоджуеться з ви-сновками, щодо можливосп використання параметра
Т в якосп потенц!ального предиктора при прогноз! шквал!в [5].
Анал!з поля опад!в за 26.06.2012 р. (рис. 6) по-казуе, що в захвдних та центральних областях Укра!-ни як посилення в!тру, так ! опади пов'язан! з прохо-дженням холодного фронту. Практично ва пункти з опадами знаходяться в бароклшнш зон!, де Т>2 од. Найбшьша кшьшсть пункт!в, в яких добов! суми опа-д!в зм!нюються в!д 10 до 24 мм, потрапляють в най-б!льш штенсивну частину барокл!нно! зони, де Т на-бувае значень в д!апазош 30-40 од. Сх!дн! та твден-но-сх!дн! райони Укра!ни знаходяться пвд впливом д!-лянки фронту значно меншо! !нтенсивност! ! суми опад!в тут також менш!: в схвдних районах вони не пе-ревищують 5 мм, а в бшьшосп пункпв менш! 1 мм.
Опади з! значною штенсившстю в!дм!чаються за холодним фронтом, де сприятлив! умови для розвитку конвективних рух!в, особливо в денш часи. Про це сввдчать значення доступно! потенщально! енерг!! САРЕ, яка нав!ть в шчний строк для Киева (за холодним фронтом) складае близько 12 Дж/кг, а в 12 годин досягае 42 Дж/кг. Нажаль ввдсутшсть да-них рад!озондування не дае можливосп оцшити цей фактор для шших пункт!в. Щодо !ндексу не-ст!йкост! ТТ, то ця характеристика в центральних районах Укра!ни, тобто (за холодним фронтом) змшюеться ввд 40 до 48 оС ! навиъ досягае 53 оС, тобто декшька перевищуе порогове значення. Мо-жна вважати, що в денн! часи це перевищення було значно бшьшим.
- ¥<30 од.;
- ¥>30 од.
Рис. 4. Аналiз приземний 26.06.2012 р. 00 UTC. Бароклшна зона (¥>2х10-1° м-1)
Рис. 5. Штормов! поввдомлення за добу 26.06.2012 р.
Рис. 6. Кшьшсть опад1в (мм) за добу 26.06.2012 р.
6. Висновки
Одже, розгляд двох лигах ситуацш з небезпе-чними явищами, як1 пов'язаш з проходженням атмо-сферних фронпв через територш Украши, дозволяе зробити так1 висновки:
- бароклшну зону як теплого, так i холодного фронту, де параметр Y>2 од., можна вважати потен-щальною зоною небезпечного виру;
- в пол1 параметра Т краще проявляеться хо-лодний фронт, якому ввдповвдають значення Т майже удв!ч1 б1льш1 в пор1внянш з теплим фронтом;
- отримано як1сний зв'язок м1ж параметром Т та опадами: бiлъшiстъ випадюв з опадами пов'язана з бароклшною зоною, де Т перевищуе 5 од.; для бшьш обгрунтовано! ощнки впливу бароклiнностi на фор-
мування зон опадiв слiд використовувати критери пд-родинамiчноl та конвективно! нестшкосп атмосфери;
- для лигах випадк1в, як i для зимових, не от-римано кшьшсного зв'язку мiж параметром ¥ i швидшстю вiтру;
- при уточненнi методiв прогнозу приземного вiтру в теплу пору року поряд з параметром ¥ в якосп пре диктора слад враховувати також iндекс нестшкосп ТТ.
Лiтература
1. Шакина, Н. П. Спектр повторяемости осадков на территории Европейской части бывшего СССР в зависимости от интенсивности фронтальных зон и конвективной неустойчивости сеточного масштаба [Текст] / Н. П. Шакина, Е. Н. Скриптунова // Метеорология и гидрология. - 2006. -№ 4. - С. 5-18.
2. Huber-Rock, F. An operational model of objective frontal analysis based on ECMWF products [Text] / F. Huber-Rock, Ch. Kress // Meteorology and Atmospheric Physics. - 1989. - Vol. 40, Issue 4. - P. 70-180. doi: 10.1007/ bf01032457
3. Sawyer, J. S. The vertical circulation at meteorological fronts and its relation to frontogenesis [Text] / J. S. Sawyer // Proc. Roy. Soc. - 1998. - Vol. 234. - P. 17-55.
4. Шакина, Н. П. Лекции по динамической метеорологии [Текст] / Н. П. Шакина. - М.: «Триада ЛТД»,
2013. -160 с.
5. Юсупов, Ю. И. К вопросу об оперативном прогнозе шквалов [Текст] / Ю. И. Юсупов // Тр. ГМЦ РФ. -2008. - Вып. 342. - С. 55-78.
6. 1вус, Г. П. Умови утворення зон небезпечного вь тру на територп Украши [Текст] / Г. П. 1вус, С. О. Зубко-вич, Г. В. Хоменко, I. А. Ковальков // Вюник ОДЕКУ. -
2014. - № 18. - С. 48-55.
7. Семенова, И. Г. Использование термического фронтального параметра для моделирования бароклинных зон в процессах циклогенеза [Текст] / И. Г. Семенова, Г. П. Ивус // Науюж пращ УкрНДГМГ - 2011. - Вип. 251. -С. 56-71.
8. Шакина, Н. П. Объективный анализ атмосферных фронтов и оценка его эффективности [Текст] / Н. П. Шаки-на, Е. Н. Скриптунова, А. Р. Иванова // Метеорология и гидрология. - 2000. - № 7. - С. 5-16.
9. Балабух, В. А. Межгодовая изменчивость интенсивности конвекции в Украине [Текст] / В. А. Балабух; под ред. В. И. Осадчего. - Глобальные и региональные изменения климата. - Киев: Ника-Центр, 2011. - С. 150-159.
10. Шакина, Н. П. Субъективный и объективный анализы атмосферных фронтов. II Объективное выделение зон фронтов [Текст] / Н. П. Шакина, Е. Н. Скриптунова, А. Р. Иванова, Г. Ю. Калугина // Метеорология и гидрология. - 1998. - № 8. - С. 5-15.
References
1. Shakina, N. P., Skriptunova, E. N. (2006). Spektr povtoryaemosti osadkov na territorii Evropeyskoy chasti by-ivshego SSSR v zavisimosti ot intensivnosti frontalnyih zon i konvektivnoy neustoychivosti setochnogo masshtaba. Meteor-ologiya i gidrologiya, 4, 5-18.
2. Huber-Pock, F., Kress, C. (1989). An operational model of objective frontal analysis based on ECMWF products. Meteorology and Atmospheric Physics, 40 (4), 170-180. doi: 10.1007/ bf01032457
3. Sawyer, J. S. (1998). The vertical circulation at meteorological fronts and its relation to frontogenesis. Proc. Roy. Soc., 234, 17-55.
4. Yusupov, Yu. I. (2008). K voprosu ob operativnom prognoze shkvalov. Tr. GMTs RF, 342, 55-78.
5. Shakina, N. P. (2013). Lektsii po dinamicheskoy me-teorologii. Moscow: «Triada LTD», 160.
6. Ivus, H. P., Zubkovych, S. O., Khomenko, H. V., Koval'kov, I. A. (2014). Umovy utvorennia zon nebezpechnoho vitru na terytorii Ukrainy. Visnyk ODEKU, 18, 48-55.
7. Semenova, I. G., Ivus, G. P. (2011). Ispolzovanie termicheskogo frontalnogo parametra dlya modelirovaniya baroklinnyih zon v protsessah tsiklogeneza. Naukovi pratsi UkrNDGMI, 251, 56-71.
8. Shakina, N. P., Skriptunova, E. N., Ivanova, A. R. (2000). Ob'ektivnyiy analiz atmosfernyih frontov i otsenka ego effektivnosti. Meteorologiya i gidrologiya, 7, 5-16.
9. Balabuh, V. A.; Osadchiy, V. I. (Ed.) (2011). Mezh-godovaya izmenchivost intensivnosti konvektsii v Ukraine. Globalnyie i regionalnyie izmeneniya klimata. Kyiv: Nika-Tsentr, 150-159.
10. Shakina, N. P., Skriptunova, E. N., Ivanova, A. R., Kalugina, G. Yu. (1998). Sub'ektivnyiy i ob'ektivnyiy analizyi atmosfernyih frontov. II Ob'ektivnoe vyidelenie zon frontov. Meteorologiya i gidrologiya, 8, 5-15.
Рекомендовано до публгкацИ д-р геогр. наук Ляшенко Г. В.
Дата надходження рукопису 08.06.2016
1вус Галина neTpiBHa, кандидат географiчних наук, професор, заввдувач кафедри, кафедра метеорологи та мматологп, Одеський державний еколопчний ушверситет, вул. Львiвська, 15, м. Одеса, Украша, 65016, E-mail: meteo@odeky.edu.ua
Хоменко Галина Васигавна, кандидат географiчних наук, доцент, кафедра метеорологи та ктматологп, Одеський державний еколопчний ушверситет, вул. Львiвська, 15, м. Одеса, Укра!на, 65016 E-mail: in_home@ukr.net
Мщенко Нaтaлiя Михaйлiвнa, кандидат географiчних наук, асистент, кафедра метеорологи та ктма-тологи, Одеський державний еколопчний ушверситет, вул. Львiвська, 15, м. Одеса, Укра!на, 65016 E-mail: minatami@list.ru
Косолапова Неля Iiopiitna, асшрант, iнженер-синоптик, кафедра метеорологи та ктматологи, Одеський державний еколопчний ушверситет, вул. Львiвська, 15, м. Одеса, Укра!на, 65016 E-mail: nelj11072004@rambler.ru
Сухов Олександр Олексшович, асистент, кафедра електропостачання та енергетичного менеджменту, Одеський нацюнальний полпехшчний ушверситет, пр. Шевченко, 1, м. Одеса, Укра!на, 65016 E-mail: sukhov7@ukr.net
