CC BY
4ЭОЖ 551.524.3
ГТАМР 37.21.29
РЕАНАЛИЗ ДЕРЕКТЕР1 БОИЫНША ИНВЕРСИЯ ЦАБАТЫН ТАЛДАУ
МYМКIНДIКТЕРI
М.М.Махамбетова*, Н.Н. Абаев
«Цазгидромет» РМК, Астана ц., Цазацстан E-mail: [email protected]
Атмосферадагы жылу инверсиясынын, цабаттарын зерттеу эртYрлi атмосфералыц про-цестердi тYсiнуде жэне экологиялыц жэне метеорологиялыц мэселелердi шешуде мацы-зды рел атцарады. Б^л ж^мыс аэрологиялыц станциялардыц шектеулi цолжет1мдштне балама ретщде ERA5 реанализi деректерiн пайдалана отырып, терминалы»; инверсия цабаттарын талдау элеуетш багалауга арналган. 2012...2021 жылдар аралыгындагы ERA5 реанализi деректерi мен Караганды аэрологиялыц станциясыныц радиозон-дылау деректерi арцылы есептелген инверсиялардыц сипаттамалары салыстырылды. Жалпы инверсиялар кебiнесе цацтар айында (15...18 рет) кездеседi, ал кек-тем мен кYЗде инверсиялардыц орташа айлыц саны 4...10 ц^райды. Жаз-да жер бетiндегi инверсиялар жш кездеседi жэне мэнi 25-ке дешн жетедi. Тер-микалыц инверсиялардыц царцындылыгы -1 °C ... -9 °С аралыгында езгередi. Зерттеу нэтижелерi ERA5 реанализшен алынган жэне радио зондтау де-ректерi арасындагы жацын ^цсастыцтарды керсеттi. Б^л реанализ дерек-тершщ термиялыц инверсияларды зерттеуге жарамдылыгын керсетед^ Жа-салынган ж^мыс атмосфераныц ластануы, ауа-райын болжамы, авиациялыц метеорология жэне климаттыц модельдердi эзiрлеу салаларын дамытуга Yлес цосады.
Туй1н сездер: инверсия, атмосфера, радиозонд, ERA5 реанализ.
Кабылданды: 22.05.2023 DOI: 10.54668/2789-6323-2023-109-2-23-33
К1Р1СПЕ
Ауа температурасы тропосферада бшкпк бойынша темендейд^ б1рац кейб1р ерекше жагдайларда вертикальд1 температуралыц градиентпц тацбасыныц ауысуы орын алады, оны инверсия деп атаймыз.Инверсияцабатыныцэсершенбелгш б1р аумацта ауа массасыныц турацтылыгы байцалады. Жацсы дамыган инверсия тежепш цабат болып табылады, ол конвективт агындардыц дамыуына тетеп береди Турацтылыгы ете жогары болгандыцтан алмасу коэффициент! юшкентай, сондыцтан да инверсия цабаты арцылы турбулентп алмасу элаз болады (Петерсон С., 1961).
Температуралыц инверсияларды зерттеу кептеген гылыми жэне цолданбалы мэселелерд1 шешуге жол беред1, оны зерттей отырып шекаралыц цабаттагы атмосфераныц моделш Yлгiлеуге, ц^рылыс
климатологияныц мэселелерш царастыруга, авиациялыц метеорологияда, жэне т.б. кептеген салаларда цолдануга болады. Термикалыц инверсиялардыц климаттыц сипаттамалары (пайда болуы, жойылуы, царцындылыгы, т.б.) ауа райын болжауда болжам дэлдшн арттыруга кемектеседi.
Сондай-ац, атмосфераныц ластануына инверсия цабатыныц эсерi кептеген зерттеу ж^мыстарында дэлелденген (Берлянд М.Е., 1985). Инверсия цабаты кездесетш жагдайдыц 61%-да ластаушы заттардыц концентрациясы артады, сонымен цатар, ластаушы заттардыц жогары концентрациясы инверсия байцалатын кYндерi инверсиясыз кYндерге цараганда 3-5 есе жш кездеседi (Ячмёнева Н. В., Гольвей А. Ю., 2011). Инверсиялардыц сипаттамалары ластаушы заттардыц сешлуше цолайсыз метеорологиялыц жагдайларды болжау эдютерш дайндауда, сондай-ац атмосфераныц ластану элеуетш есептеу Yшiн
непзп керсетюштер ретшде колданылады (Л. Ф. Козлова, А. В. Хохлова, 2019, Kauazov A.,Abayev N., Turashov S., Zhambalina F., 2021).
^азакстан Республикасынньщ
территориясында аэрологиялык бакылаулар 9 аэрологиялык станцияда тэулшне екi рет (00 жэне 12 ОГУ), жер бетшен 30 км жэне одан жогары биiктiктегi атмосфераныц жай-кYЙiн бакылау Yшiн жYргiзiледi.
Жалпы алганда, аэрологиялык станциялардыц сирек орналасуымен катар, радиозондылау акпараттарыныц келесiдей кемшiлiгi бар: станциялардагы барлау аралыгындагы Yзiлiс уакыты 12 сагатты курайды, сонымен катар кейбiр кYндерi техникалык себептерге байланысты тек бiр гана радиозондтыц ушырылуы мYмкiн. Ягни, инверсияны зерттеуге ете мацызды шекаралык кабаттагы мэлiметтер толык емес немесе мYлдем болмауы мYмкiн. Мундай акпараттыц болуы инверсия кабаттарыныц пайда болуы мен жойылу уакытын, калыптасу узактыгын, сонымен катар инверсияныц калыцдыгы мен каркындылыгын
накты аныктауга мYмкiндiк береди
Аэрологиялык станциялардыц
кещспкпк акпаратты камтамассыз етуi жеткiлiксiз болуымен катар, радиозондылау акпаратыныц толык болмауы атмосферадагы метеорологиялык элементтердщ таралуын зерттеуге кедергi келтсредь Сондыктан да, казiргi тацда косымша акпараттар кездерiн колдана отырып атмосфераныц эртYрлi кабаттарына талдау жасауга болады. ^арастырылып отырган жумыста алдынгы катарлы акпарат кезi ретшде ERA5 реанализ мэлiметтерi жиынтыгы пайдаланылды.
Реанализ деректер жиынтыгы ауа-райы мен климатты зерттеу Yшiн ец жиi колданылатын торлы деректердiц бiрi болып табылады. Бiртектiлiгi мен жогары кецiстiктiк жэне уакыттык ажыратымдылыгыныц аркасында
(ецделмеген бакылаулармен салыстырганда) реанализ климаттык модельдердi куруда, топырак су балансыныц эволюциясын зерттеуде, каушт кубылыстарды болджауда жэне баска да кептеген колданбалы максаттагы жумыстарды жYргiзу Yшiн
колданылады (Mavromatis T., 2022).
Реанализ акпараттарын колдану сонгы жиырма жылда катты дамуда жэне де колданыста алуан тYрлерi бар (https:// psl.noaa.gov; https://www.copernicus.
eu; https://jra.kishou.go.jp). ^аз1рп тацда, реанализдердiц iшiнде алдынгы катарлы болып Еуропалык орта мерзiмдi ауа-райын болжау орталыгыныц (ECMWF) ERA5 ernMi саналады (Hoffmann L. et al., 2019).
Осы зерттеу жумысында
колданылатын реанализ моделш тацдау Yшiн кептеген гылыми жумыстар карастырылды. Реанализ деректерш багалау бойынша гылыми жумыстары Азия елдердщ аукымында жYргiзiлген (Liangke H. et al, 2022, Wang Y. et al, 2022, Nacar S.,Kankal M. et al, 2022, Xu W. et al, 2022).
MERRA-2 жэне ERA5 реанализ мэлiметтерi бойынша жYргiзiлген зерттеулерде ауа температурасы мен кысымныц акпараттарыныц дэлдiгi багаланган. Зерттеу нэтижесiнде 609 метеорологиялык станциялардан алынган накты акпаратпен салыстырганда ERA5 жэне MERRA-2 деректерi бойынша алынган температура мен кысымныц орташа жылдык ауыткулары тиiсiнше 0,45 К жэне -0,07 ГПа жэне 0,38 К жэне -0,01 ГПа курады. Зерттеушшер ERA5 реанализiнiц дэлдiгi MERRA-2-ге караганда жогары екендiгiн атап еткен болатын (Liangke H. et al, 2022).
Келес зерттеу жумысында алдынгы катарлы бес реанализ модельдерi (ERA5, JRA55, MERRA2, HARv2, NCEP/CFSR) алынып, келесщей нэтижелердi атап eттi: барлык реанализ модельдершщ деректер жиыны эртYрлi маусымдардагы терт радиация параметрiнiц езгеру тенденциясын керсете алады. ^ыста жазга караганда реанализ модельдерi жогары eнiмдiлiкке ие, жазда булт жамылгысыныц Yлкен болуына байланысты акпараттардыц сапасы нашарлайды. Дегенмен, бес реанализ модельдершщ шшен ERA5 элi де ец кеп усынылатын деректер жинагы болып табылады (Wang Y. et al, 2022).
Шыгыс Азия (Кытай, Жапония, ОцтYCтiк Корея жэне СолтYCтiк Корея) елдершщ акпараттары
непзшде ERA5, JRA55, NCEP2, CRU реанализдерi салыстыру барысында да еуропалык реанализ ERA5 ец жаксы нэтижелердi керсеткен болатын. Корреляция коэффициенттерше келетiн болсак, ERA5 жэне JRA 55 екеуi де жогары R > 0,9 корреляция коэффициенттерш керсете отырып, температураныц климатологиялык орташа мэндерш жаксы кайталайды. Ец аз орташа квадратты; ауытку (RMSE) жэне орташа температурасыныц ауыткуы (BIAS) мэндерi терт деректер жиынтыгыныц арасында ERA5-те байкалады (Kim M., Lee E., 2022). Сонымен катар, баска да жумыстарда температура мен жауын-шашынды, экстремалды температуралык кубылыстарды, жэте т.б. метеорологиялык элементтердi модельдеу бойынша ERA5 реанализi ец жаксы нэтижелерге ие екендш айтылады, ягни накты бакылау мэлiметi жок жагдайда ERA5 реанализ моделшш колданбалы максаттардагы зерттеулердi жYргiзу мYмкiндiгi жогары екендiгiн керсетедi (Nacar S.,Kankal M. et al, 2022, Xu W. et al, 2022, Yilmaz М., 2023, Махамбетова М.М., Абаев Н.Н., Нысанбаева А.С., 2022)
^арастырылып отырган
жумыста ERA5 реанализ мэлiметi негiзiнде ^азакстан аумагында
инверсияныц сипаттамалары талданды.
БАСТАЩЫ МЭЛ1МЕТТЕР1 МЕН ЭД1СТЕР1
Зерттеу жумысында Караганды каласында (49°48.55', 73°08.29') 2012...2021 жылдар аралыгындагы жер бет инверсияларын реанализ акпараттары негiзiндеталдаумYмкiндiгiбаFаланды.Зерттеу YшiнколданылFанбастапкы метеорологиялык акпараттар РМК «^азгидромет»
жэне copernicus.eu сайтынан алынды.
Радиозондылау мэлiметi.
^араFанды каласыныц радиозондылау акпараты РМК «^азгидромет» бакылау желiсi мэлiметтерiнен алынды.
^араFанды аэрологиялык станциясы 1941
жылданбер1ж¥мысютепкеледьСтанция49°48' с.е пен 73°09' ш.б орналаскан, станцияныц
биiктiгi 552,2 м. Алышан он жылдык кезецде аэрологиялык станциясында АВК-МРЗ, Grow DFM-09, Grow DFM-17, GPSonde M10 туршдеп радиозондттар ушырылды.
Бастапкы мэлiмет непзшде ^араFанды аэрологиялык станциясындаFы 2012...2021 жылдар аралыFындаFы ауа температурасыныц 925 гПа жэне 850 гПа изобаралык бетпктеп тацFы жэне кешкi бакылау (00 саF., 12 саF.) акпараты алынды. Сонымен катар, жер бетшен 2 м бшкпктеп ауа температурасыныц акпараты ^араFанды метеорологиялык станциясынан алынды.
Реанализ акпараты. Бастапкы мэлiмет кезi ретiнде Еуропалык орта мерзiмдi ауа-райын болжау орталыFы шыFарFан ERA5 колданылды. Жаhандык акпарат кезiнен 2012...2021 жылдар аралы^ы Yшiн 925 гПа, 850 гПа бетпктердеп ауа температуралары жэне жер бетiнен 2 м бшкпктеп ауа температурасы алынды.
ERA5 - Еуропалык орта мерзiмдi ауа-райын болжау орталы^ы (ECMWF) дайындаFан ец жаца атмосфералык реанализ. ECMWF реанализдш бесiншi буыны ретiнде ERA5 ERA-Interim-де кол жетiмдi кептеген параметрлердi камтиды жэне кептеген инновациялык мYмкiндiктерге ие. ERA-Interim деректер жинаFы 0,7 градус ажыратымдылыкка ие, ал ERA5 элдекайда жоFары 0,25 градус ажыратымдылыкты камтамасыз етедi. Сол сиякты, EPA5 реанализi 1950 жылдыц 1 кацтарына дешн созылады жэне ол алFаш рет атмосфераныц, курлык пен тецiз бетшш кептеген параметрлерi туралы саFаттык деректердi усынады (Zhu, J. et al., 2015).
Кептеген кецеспк жэне шетелдш Fалымдар инверсияларды зерттедi. Осы уакытка дейiн инверсияларды зерттеу процесiнде олардыц пайда болу шарттары аныкталды жэне инверсияларды ею негiзгi тYрге белдь Олар жер бетi инверсиялар жэне еркш атмосфералык инверсиялар (Бордовская Л.И., 1976).
Зерттеу жумысында жер бетше жакын шекаралык кабаттаFы инверсиялары есептелшдь Шекаралык кабатта кездесетiн инверсиялардыц Yш тYрi ерекшелендi,
олар жер бет инверсиясы, кетерщю инверсия жэне жалпы инверсия. Инверсияны аныктау кабаттар арасындагы ауа температурасыныц айырмашылыгы аныктау аркылы есептелiндi,яFни келес формулалар колданылды:
АТжб = Т2м — Т925 АТк = Т925 - Т850 (1)
АТж = Т2м — Т850
мундаFы, Т2м — жер бетiнен 2 м бшкпктеп ауа температурасы;
АТ925 — 925 гПа изобаралык беттiктегi ауа температурасы;
АТ850 — 850 гПа изобаралык бетпктеп ауа температурасы;
АТжб жер бет инверсиясын, АТк — кетерщю инверсияны, АТж — жалпы инверсияны аныктайтын шама. АТжб, АТк, АТж мэндерi терiс болса онда инверсия бар деп есептелшедь Жер бет мен 925 гПа изобаралык кабаттыц арасында ауа температурасыныц айырмашылыгы терiс болFан жаFдайды жер бет! инверсиясы бар кабат деп есептелшдь 925 гПа мен 850 гПа изобаралык кабаттардыц арасында ауа температурасыныц айырмашылыгы терiс болса кетерщю
немесе биiктiк инверсиясы деп алынды. Ал, АТжб кабатында да, АТк кабатында да температура айырмашылыFы терiс болса, онда инверсия жалпы немесе куатты деп есептелiнедi (Ахметшина А., 2015).
НЭТИЖЕЛЕР1Н ТАЛДАУ
Жер бет инверсиялары бар ^ндердщ ец кеп саны жазда, ал кетерщю инверсиялар кацтарда байкалады. Жалпы инверсиясы бар кYндердiц ец аз саны ^зде кыркYЙек—казан айларында байкалады. Инверсиялардыц орташа тэулiктiк узакты^ы ец жоFары шамасы кетерiцкi инверсияларда карашадан наурызFа дешнп кезецде. Жылдыц жылы кезецiнде жер бет инверсиялары басым болады, дегенмен инверсиялардыц жалпы узакты^ы минималды
(Шкляев В.А., Костарева Т.В., 2019).
Зерттеу жумысында 2012...2021 жылдар аралыFында ^араFанды
каласында шекаралык кабатщ^ы температуралык инверсиялармен
бакылаулар саны аныкталынды. Келесi суреттерде, жер бетi, кетерiцкi жэне жалпы инверсиялардыц жыл iшiнде таралу динамикасы берiлген (Сурет 1...3).
00 сагат
12 сагат
30 г
л
К Й 25 -
о
^ 20 -
Ч
Я к 15 -
й
ю л 10 -
й
ю 5 -
§
о л 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
10
л К
й
о
£
Ч
Я к й ю
л
й ю
Jl^l J
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ай
I Радиозонд ■ ERA5
I Радиозонд ■ ERA5
8
6
4
2
0
Сур. 1. Тацгы жэне кешкг уацыттагы жер бетг инверсиялары бар орташа айлыц бакылаулар саны.
1-суретте, та^ы жэне кешю уакытта жер бетi инверсиялармен орташа айлык бакылау саны бершген. Радиозондылау жэне реанализдiц акпараттары жалпы алFанда бiр-бiрiне уксас келедi. Эаресе,
тацFы уакытта реанализ мэлiметiнен алыетан нэтижелер радиозонд
акпаратын толыFымен кайталап отыр. ТацFы уакытта (ОГУ бойынша 00 саFат) жер бетi инверсиялары минималды
* .9
ф ^
н сг
П> ни
43 ^
Я 2
К оз
со ь
П> ни *
V г
н ^ я и
СГ о
Н О)
рз рз
Я я
►ч сг
Е 3
¡3 3
о
а о
8 р
* я
Й СГ
0> ни
Ш Я1
43
РЗ Я сг
РЗ
я сг
5
и
^
о 43
03
ю
о
^
43 О
О
Я ф
2 Ч
рз Я
рз й
РЗ
£ 2
О оз
03 ни
й а
О Й
-Н- о
РЗ ^
Я 2
ф 3 43.
к а
8 к.
о
N
сг
5
СГ
я
к
о
а>
Я
К X со о 43 О
3 м
Ф к
н со
2 £
в Ъ
рз К
рз Кс Й СГ
я я
о Е
3
сг
2 2
О £2 рз
я 3 £
>-• сг о
3 к
<м К рз О
Я рз
43
Е
03 Й рз
Р3 й сг
8 *
я
►ч сг
в
я
рз Я СГ
рз
О Й
н ф
я о рз К
рз Кс
Е
3
£э рз
« I
Я СГ
3 ^
я а
Ф 2
н л о 43
рз
О ^
к ;
2 о рз
- " Л
£ и»
-а
Ра о*
Л ил
н е
д
а а
сг
•>4
О* 2
Си
а
3
8 а
§ о*
а а
05
О 8
Iх
Я сг
СП Я рэ
2. 3 3
Д 55,
СЯ СП О рз 43 Кс
2 И К сг ¡а
инверсия бар бак^шау саны
ою-^-с^ооою-^-с^ооо
43 и й К
о
ы О К й
К!
И
Г ■
о о о
инверсия бар бакылау саны ою-^-с^ооою-^-с^оо
и »
К
о
ы О
К
»
К!
М 00
ь, -
о
3
а §
а
о*
§
а а
о*
Ю
инверсия бар бак;ылау саны
43 и
о К
й
И
а-.
О
о о
ъ
9
о о О Рз
Я
ег
3
¡3
я Е
3
п> н
к
I
я о 43
0
5 Ш ¡я 3
1 -8
1 ё
6 сг
и РЗ
Я
ег
рз
СО
рз
О РЗ
Я
Е ю
рз рз
РЗ £ ^
Н рз
ф я ю Е
43 Ф
о
Я а, 3. << Я
РЗ
Я Я СП
^ Е н<
3« §
►5 £¡о
1Г Р о,
3
РЗ
01 Я 3 я
В-з
рз к;
а и 2. к р я £ о» й
| з и
^ яд Е сг> и я я
" О)
й <2
Кс Н
Й
Р3 ж
43 к
Й я
рз М
ГГ. ^
О ^
а §
ё I
Е "
н 2
рз рз
2 я Е §
03 3
ёс ®
Яс й
м §
2 КС
Ц н
О ь
Я Я
О й
рз Я
3
в
о
43
Н ^ рз О
Я сг
я сг
я о
03
рз О
В $
рз
рз
О, $
43 Н
О Я
Н рз
СП н
2 3 Я ё
СГ й
43 и й К о
СО
О
К
»
И
инверсия бар бак;ылау саны
к
К:
00
Ы О
ъ
9
к я а сг> 43 О
3 м о ег
рз Я ег
0> 43
03 рз
Й а
о Я
о
^
Ч * Р
3 е ё
рз а и я
рз Сг1
ег
5
-ч Е 3
рз
Я Я
л
я. я. £
3' <2
• и
рз
Я О
Яс Й О
Ф> V.
рз Я
Яс О Я ?
р3 3
а ь ё
Е н. §
ё
ф
43 Н рз
В
рз
0\
ю
41
рз О
рз ►Ч
я н
рз ^^
43
$ *
рз 8 Я 43
рз
СП
о
н
я
I
N я.
43'
л ж « 8 43 О
СП я
рз ¡Я
-Я 9
и1 Е
3 ^ ►
СГ1
й о сг н
рз
43
5 §
^ а о рз
О
^ ни рз Со
Я J
сг
а ?
рз Я
Я
^ Р3
Ян
. рз
«<
ф> и ф
® «
3 2 В
рз
я рз
3е
рз
¡3
рз
в
СГ
5 Е ■ч о-
§ 41
рз 43 СГ
СП ф
рз сг
Накты барлау жэне альтернатива аппарат кезш салыстыратын болсак, радиозондылау аркылы алынган
керсетюштердщ нэтижесi реанализдан Yлкен болып келедi, эсiресе бул айырмашылык акпан-наурыз айларында катты байкалады.
3-суретте жалпы инверсиялардыц, жер бетi мен кетерщю инверсиялар бiрге кездескен жагдайдыц жыл iшiнде орташа айлы; таралуы бершген. Кетерщю инверсия секiлдi, жалпы инверсия кебшесе кыскы айларында кездеседi.
0 -1
Ею бакылау уакытында да жалпы инверсиялар ец жш кацтар айында бакыланады, шамемен 15...18 тец. Кектемде жэне кYЗде тацгы уакытта жалпы инверсияныц орташа айлы; мэш 10 дейiн барады, ал кешю уакытта 4...6 тец.
Инверсияныц каркындылыгы
(инверсия шамасы) дегенiмiз - кабаттагы температураныц жалпы есуi, ДТ, °С (Ахметшина А. С., 2015). Келес суреттерде эр инверсияныц орташа айлык каркындылыгы берiлген (Сурет 4...6).
12
ДТ жер бетi инверсиясы (радиозонд) 00 сагат
ДТ жер бетi инверсиясы (ERA5) 00 сагат ай
ДТ жер бетi инверсиясы (радиозонд) 12 сагат ДТ жер беп инверсиясы (ERA5) 12 сагат
Сур. 4. Тацгы жэне кешкг уацыттагы жер бетг инверсияларыныц орташа айлыц царцындылыгыныц таралуы.
Ею акпарат кездерi нщ нэтижелерi жыл шшде таралу ерекшелiктерiнiц уксастыгын керсеттi. Тацгы жер бет! инверсияларыныц каркындылыгы кешю уакытка караганда кYштiрек болады. Тацгы уакытта жер бет инверсияныц каркындылыгы барлык айда терiс мэнге ие, -3 °С...-7 °С аралыгында таралады. Жыл iшiнде кыскы инверсияныц каркындылыгы жогары болады.
Кешкi уакытта жер бет инверсияларыныц жыл iшiнде таралуы -5 °С пен -0,8 °С аралыгында болады. Жазгы айларында кешю жер бет инверсиясыныц каркындылыгы ете темен болып келедь
5-суретте, кетерщю инверсиялардыц орташа айлык каркындылыгыныц таралуы бершген. Тацгы уакыттагы екi акпараттын жYрiсi уксас, бiрак кейбiр айырмашылыктар
бар. Ал кешкi уакытта реанализ бен радиозондылау аркылы алынган
акпараттар бiр-бiрiн жаксы кайталайды.
Тацгы уакыттагы кетерщю инверсиясыныц каркындылыгы кешю уакытка караганда жыл бойы аныкталады, шамасы -1,2 °С пен -3,4 °С аралыгында езгередi. Жогары каркындылык кыс айларында бакыланады, ал жазда азаяды.
Кешкi уакыт Yшiн кетерiцкi инверсияларыныц каркындылыгы тек жылдыц суык мезгшнде гана аныкталады жэне -1 °С...-3 °С тец. Жазда кешкi уакытта кетерщю инверсия бакыланган жагдайда каркындылыгы ете темен болады (0,5 °С).
6-суретте, тацгы жэне кешкi барлау уакытындагы жалпы инверсияныц орташа айлык каркындылыгы бейнеленген.
о
H <1
0
-0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 -3 -3.5 -4
2
3
4
5
6 7
ай
8
9
10
11
12
•АТ кетерщю инверсия (радиозонд) 00 сагат •ДТ кетерщю инверсия (радиозонд) 12 сагат
•АТ кетерщю инверсия (ERA5) 00 сагат •АТ кетерщю инверсия (ERA5) 12 сагат
Сур. 5. Тацгы жэне кешк уацыттагы квтер1цк1 инверсиялардыц орташа айлыц царцындылыгыныц таралуы.
о -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10
12
аи
ДТ жалпы инверсия (радиозонд) 00 сагат ^^—ДТ жалпы инверсия (ERA5) 00 сагат ДТ жалпы инверсия (радиозонд) 12 сагат ^^—ДТ жалпы инверсия (ERA5) 12 сагат
Сур. 6. Тацгы жэне кешкг уацыттагы жалпы инверсиялардыц орташа айлыц царцындылыгыныц таралуы.
Суретте радиозонд пен реанализдан алынган инверсиялардыц каркындылыктары
уксас таралатындыгы кершедь
Тацгы уакытта каркындылык кешю уакытка караганда темен болып келедi жэне жыл бойы бакыланады. Жалпы инверсияныц каркындылыгы кыстан жазга карай азаяды.
^ыста тацертен жалпы инверсияныц каркындылыгы -7 °С...-9 °С тец, жаз айларында айларында шамамен -1...-2 °С тец.
Кешкi уакытта (ОГУ бойынша 12 сагат) жалпы инверсиялар тек жылдыц суык мезгiлiнде гана байкалады. Инверсияныц
каркындылыгы -1 °С мен -7 °С аралыгында езередi. Мамыр мен кыркYЙек аралыгында жалпы инверсиялар аз кездесетшд^ен, бул уакытта каркындылык аныкталмайды.
ЦОРЫТЫНДЫ
Караганды каласында шекаралык кабаттагы термикалык инверсияларды зерттей отырып келесiдей нэтижелер алынды:
Жер бет инверсиялары тацгы уакытта жш кездесуi радиациялык салкындаудын салдарынан болады,
1
желтоксан айында орташа алганда 5...6 рет, тамыз айында саны 25-26 дешн жетедi.
Кешкi уакытта жер бет инверсиясы кыста жазга караганда жшрек кездеседi.
Кетерiцкi инверсия тацгы уакытта максималды кайталануы желтоксан айында 5...6ретбакыланса, кешкiуакыттамаксималды мэнi акпан мен наурызда 7 жагдайга тец.
Жалпы инверсия ею бакылау уакытында да кацтар айында жиi кездеседi, шамемен 15...18 рет. Кектемде жэне ^зде тацгы уакытта жалпы инверсиямен орташа айлык жагдайлар саны 10 дейiн жетсе, кешю уакытта 4...6 тец. Ал жазгы айлары аз бакыланады (1) немесе мYлдем болмайды.
Термикалык инверсияларыныц
каркындылыгы кыстан жаз айларына карай азаяды. Тацгы уакытта жер бет инверсияныц каркындылыгы жыл iшiнде терiс мэнге ие жэне -3 °С...-7 °С аралыгында таралады. Кешкi уакытта жер бет инверсияларыныц каркындылыгы -5 °С пен -0,8 °С аралыгында таралады.
Кетерщю инверсияныц
каркындылыгы тацертен -1,2°С
пен -3,4°С аралыгында езгерсе, кешкi уакытта -1 °С...-3 °С тец.
^ыста тацертен жалпы инверсияныц каркындылыгы -7 °С...-9 °С тец, жаз айларында шамамен -1...-2 °С тец. Кешю уакытта жалпы инверсияныц каркындылыгы тек жылдыц суык мезгiлiнде гана аньщталады жэне мэнi -1 °С мен -7 °С аралыгында езередi.
Орын алган кейбiр кателiктер радиозондтыц ушырылган кезiндегi бастапкы орнынан ауа агынымен ауыткып кетуiнен болуы мYмкiн, сонымен катар, реанализ моделi акпаратты белгш бiр координаттык нYктеден алатындыктан, оныц мэлiметi тек алынган орынга катысты болады.
Сонымен, реанализ акпараты радиозондылауакпаратынжаксыкайталайды. Ягни, колданбалы максатта инверсиялардыц кайталанушылыгын жэне каркындылыгын аныктауда аэрологиялык акпараттарды реанализ акпаратымен алмастыруга болады.
ЭДЕБИЕТТЕР Т1З1М1
1 Ахметшина А. С. Инверсии
температуры воздуха как фактор, влияющий на уровень загрязнения пограничного слоя атмосферы (на примере г. Томска) Диссертация Томск - 2015. - 54 б.
2 Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы // Л.:Гидрометеоиздат, 1985.—272 с.
3 Бордовская Л. И. Температурные инверсии над западной сибирью // вопросы географии сибири выпуск девятый // Томск - 1976// 16-21 с.
4 Козлова Л. Ф., Хохлова А. В. Повторяемость инверсий температуры по данным наблюдений на аэрологической станции салехард // Труды ВНИИГМИ-МЦД, выпуск 185 /2019/105-114
5 Крюкова С. В., Симакина Т. Е. (2015). Сезонная динамика влияния инверсий на уровень загрязнения атмосферы в г. Санкт-Петербурге. APRIORI. Серия: Естественные и технические науки, (2), 19.
6 Махамбетова М.М., Абаев Н.Н., Нысанбаева А.С. Алматы каласында реанализ мэлiметтерi бойынша метеорологиялык параметрлердщ вертикальдi таралу ерекшелiктерi Хабаршы. География сериясы. №2 (65) 2022
7 Петерсон С. Анализ и прогноз погоды гидрометеорологическое -Ленинград: Гидрометеозидат, 1961. - 425 с.
8 Шкляев В.А., Костарева Т.В. Характеристики температурных инверсий и их связь с загрязнением атмосферного воздуха в г. Перми // Географический вестник = Geographical bulletin. 2019. №1(48). С. 84-92. doi 10.17072/2079-7877-2019-1-84-92
9 Ячмёнева Н. В., Гольвей А. Ю. Повторяемость инверсий и их влияние на уровень загрязнения атмосферного воздуха г. Челябинске // Вестник Челябинского государственного университета. 2011. Экология. Природопользование. Вып. 5. C. 84-89.
10 Hoffmann L., Günther G., Li D., Stein O., Wu X., Griessbach S., Heng Y., Konopka P., Müller R., Vogel B. et al., "From ERA-Interim to ERA5: the considerable impact of ECMWF's next-generation reanalysis on lagrangian transport simulations." Atmospheric Chemistry & Physics, vol. 19, no. 5, 2019.
11 Huang, Liangke & Fang, Xiaoyang & Zhang, Tengxu & Wang, Haoyu & Cui, Lei & Liu, Lilong. (2022). Evaluation of surface temperature and pressure derived from MERRA-2 and ERA5 reanalysis datasets and their applications in hourly GNSS precipitable water vapor retrieval over China. Geodesy and Geodynamics. 14. 10.1016/j.geog.2022.08.006.
12 Kauazov, A., Abayev, N., Turashov, S., Zhambalina, F. (2021). The Development of Software to Calculate the Atmospheric Pollution Parameters and Air Pollution Levels Forecast. In: Silhavy, R. (eds) Informatics and Cybernetics in Intelligent Systems. CSOC 2021. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 228. Springer, Cham. https:// doi.org/10.1007/978-3-030-77448-6_52
13 Kim, Minseok & Lee, Eungul. (2022). ValidationandComparisonofClimateReanalysis Data in the East Asian Monsoon Region. Atmosphere. 13. 1589. 10.3390/atmos13101589.
14 Mavromatis T. Evaluation of Reanalysis Data in Meteorological and Climatological Applications: Spatial and Temporal Considerations. Water 2022, 14, 2769.
15 Nacar, Sinan & Kankal, Murat & Okkan, Umut. (2022). Evaluation of the suitability of NCEP/NCAR, ERA-Interim and, ERA5 reanalysis data sets for statistical downscaling in the Eastern Black Sea Basin, Turkey. Meteorology and Atmospheric Physics. 134. 10.1007/s00703-022-00878-6.
16 Yilmaz, Meric. (2023). Accuracy assessment of temperature trends from ERA5 and ERA5-Land. Science of The Total Environment. 856. 159182.
17 Yingshan, Wang & Sun, Weijun & Wang, Lei & Yanzhao, Li & Wentao, Du & Jizu, Chen & Xiang, Qin. (2022). How Do Different Reanalysis Radiation Datasets Perform in West Qilian Mountains?. Frontiers in Earth Science. 10. 10.3389/feart.2022.852054.
18 Xu, Wanling & Lei, Xiangyong & Chen, Shiting & Yu, Tingting & Hu, Zeng-Yun & Zhang, Meng & Jiang, Lizhi & Bao, Ruijuan & Guan, Xiaojun & Ma, Miaomiao & Wei, Jianhui & Gao, Lu & Feng, Aixia. (2022). How Well Does the ERA5 Reanalysis Capture the Extreme Climate Events Over China? Part II: Extreme
Temperature. Frontiers inEnvironmental Science. 10. 921659. 10.3389/fenvs.2022.921659.
19 Zhu, J.; Xie, A.; Qin, X.; Wang, Y.; Xu, B.; Wang, Y An Assessment ofERA5 Reanalysis for Antarctic Near-Surface Air Temperature
20 ERA5 Reanalysis ^.eKTpoHgbi; pecypcrap]. - https://www.copernicus.eu
21 NCEP/NCAR Reanalysis ^.eKTpoHgbi; pecypcrap]. - https://psl.noaa.gov
22 Japanese Reanalysis ^.eKTpoHgbi; pecypcrap]. - https://jra.kishou.go.jp
REFERENCES
1 Ahmetshina A. S. Inversii temperatury vozduha kak faktor, vliyayushhiy na uroven zagryazneniya pogranichnogo sloya atmosfery (na primere g. Tomska) Dissertaciya Tomsk - 2015. - 54 p.
2 Berlyand M.E. Prognoz i regulirovanie zagryaznenya atmosfery // L.:Gidrometeoizdat, 1985.—272 p.
3 BordovskajaL. I. Temperaturnye inversii nad zapadnoj sibir'ju // voprosy geografii sibiri vypusk devjatyj // Tomsk - 1976// 16-21 p.
4 Kozlova L. F., Hohlova A. V. Povtorjaemost' inversij temperatury po dannym nabljudenij na ajerologicheskoj stancii salehard // Trudy VNIIGMI-MCD, vypusk 185 /2019/105-114
5 Krjukova S. V., Simakina T. E. (2015). Sezonnaja dinamika vlijanija inversij na uroven' zagrjaznenija atmosfery v g. Sankt-Peterburge. APRIORI. Serija: Estestvennye i tehnicheskie nauki, (2), 19.
6 Mahambetova M.M., Abaev N.N., Nysanbaeva A.S. Almaty ;alasynda reanaliz malimetteri boiynsha meteorologijaly; parametrlerdin vertikaldi taralu erekshelikteri Habarshy. Geografiya seriyasy. №2 (65) 2022
7 Peterson S. Analiz i prognoz pogody gidrometeorologicheskoe -Leningrad: Gidrometeozidat, 1961. - 425 p.
8 Shkljaev V.A., Kostareva T.V. Harakteristiki temperaturnyh inversij i ih svjaz' s zagrjazneniem atmosfernogo vozduha v g. Permi // Geograficheskij vestnik = Geographical bulletin. 2019. №1(48). p. 8492. doi 10.17072/2079-7877-2019-1-84-92
ruöpoMemeopoxoauM u экоRогиR №2 2023
9 Yachmyoneva N. V., Golvey A. Ju. POVTORYAEMOST INVERSII I IH VLIYANIE NA UROVEN ZAGRYAZNENIYA ATMOSFERNOGO VOZDUHA V G. CHELYABINSKE // Vestnik Cheljabinskogo gosudarstvennogo universiteta. 2011. Jekologija. Prirodopol'zovanie. Vyp. 5. p. 84-89.
10 Hoffmann L., Günther G., Li D., Stein O., Wu X., Griessbach S., Heng Y., Konopka P., Müller R., Vogel B. et al, "From ERA-Interim to ERA5: the considerable impact of ECMWF's next-generation reanalysis on lagrangian transport simulations." Atmospheric Chemistry & Physics, vol. 19, no. 5, 2019.
11 Huang, Liangke & Fang, Xiaoyang & Zhang, Tengxu & Wang, Haoyu & Cui, Lei & Liu, Lilong. (2022). Evaluation of surface temperature and pressure derived from MERRA-2 and ERA5 reanalysis datasets and their applications in hourly GNSS precipitable water vapor retrieval over China. Geodesy and Geodynamics. 14. 10.1016/j.geog.2022.08.006.
12 Kauazov, A., Abayev, N., Turashov, S., Zhambalina, F. (2021). The Development of Software to Calculate the Atmospheric Pollution Parameters and Air Pollution Levels Forecast. In: Silhavy, R. (eds) Informatics and Cybernetics in Intelligent Systems. CSOC 2021. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 228. Springer, Cham. https:// doi.org/10.1007/978-3-030-77448-6_52
13 Kim, Minseok & Lee, Eungul. (2022). ValidationandComparisonofClimateReanalysis Data in the East Asian Monsoon Region. Atmosphere. 13. 1589. 10.3390/atmos13101589.
14 Mavromatis T. Evaluation of Reanalysis Data in Meteorological and Climatological
Applications: Spatial and Temporal Considerations. Water 2022, 14, 2769.
15 Nacar, Sinan & Kankal, Murat & Okkan, Umut. (2022). Evaluation of the suitability of NCEP/NCAR, ERA-Interim and, ERA5 reanalysis data sets for statistical downscaling in the Eastern Black Sea Basin, Turkey. Meteorology and Atmospheric Physics. 134. 10.1007/s00703-022-00878-6.
16 Yilmaz, Meric. (2023). Accuracy assessment of temperature trends from ERA5 and ERA5-Land. Science of The Total Environment. 856. 159182.
17 Yingshan, Wang & Sun, Weijun & Wang, Lei & Yanzhao, Li & Wentao, Du & Jizu, Chen & Xiang, Qin. (2022). How Do Different Reanalysis Radiation Datasets Perform in West Qilian Mountains?. Frontiers in Earth Science. 10. 10.3389/feart.2022.852054.
18 Xu, Wanling & Lei, Xiangyong & Chen, Shiting & Yu, Tingting & Hu, Zeng-Yun & Zhang, Meng & Jiang, Lizhi & Bao, Ruijuan & Guan, Xiaojun & Ma, Miaomiao & Wei, Jianhui & Gao, Lu & Feng, Aixia. (2022). How Well Does the ERA5 Reanalysis Capture the Extreme Climate Events Over China? Part II: Extreme Temperature. Frontiers inEnvironmental Science. 10. 921659. 10.3389/fenvs.2022.921659.
19 Zhu, J.;Xie, A.; Qin, X.; Wang, Y.;Xu, B.; Wang, Y. An Assessment of ERA5 Reanalysis for Antarctic Near-Surface Air Temperature
20 ERA5 Reanalysis [Electronic resources]. - https://www.copernicus.eu
21 NCEP/NCAR Reanalysis [Electronic resources]. - https://psl.noaa.gov
22 Japanese Reanalysis [Electronic resources]. - https://jra.kishou.go.jp
THE POSSIBILITIES OF ANALYZING THE INVERSION LAYER ACCORDING TO
REANALYSIS DATA M.M. Makhambetova*, N.N. Abayev
RSE «Kazhydromet», Astana, Kazakhstan E-mail: [email protected]
The study of thermal inversion layers in the atmosphere plays an important role in understanding various atmospheric processes and solving environmental and meteorological problems. This work is devoted to evaluating the potential of thermal inversion layer analysis using ERA5 reanalysis data in the near-ground layer as an alternative to the limited availability of aerological stations.
The characteristics of inversions calculated using ERA5 reanalysis data and radiosonde data from the Karaganda Aerological Station for the period from 2012 to 2021 were compared. General inversions occur most often in January (15...18 times), while in spring and autumn, the average monthly number of cases is 4...10. In the summertime, surface inversions occur most frequently, with a mean monthly value ofup to 25 times. The intensity of different surface inversions varies between -1 °C ... -9 °С. The results of the study showed a close similarity between the ERA5 reanalysis data and the radiosonde data. This indicates the suitability of the reanalysis data for studying thermal inversions. This study contributes to the development of knowledge in atmospheric pollution, weather forecasting, aviation meteorology, and the development of climate models by using reanalysis data to study inversion phenomena.
Keywords: inversion, atmosphere, radiosonde, ERA5 reanalysis.
ВОЗМОЖНОСТИ АНАЛИЗА ИНВЕРСИИОННОГО СЛОЯ ПО ДАННЫМ РЕАНАЛИЗА
М.М.Махамбетова*, Н.Н. Абаев
РГП «Казгидромет», г. Астана, Казакстан E-mail: [email protected]
Исследование слоев тепловой инверсии в атмосфере играет важную роль в понимании различных атмосферных процессов и решении важных экологических и метеорологи-че ских задач. Данная работа по священа оценке потенциала анализа слоев термических инверсий с использованием данных реанализа ERA5 в приземном слое в качестве альтернативы ограниченной доступности аэрологических станций. Были сравнены характеристики инверсий, расчитанные с помощью данных реанализа ERA5, и данных радиозондирования Карагандинской аэрологической станции за период с 2012 по 2021 годы. Общие инверсии чаще всего встречаются в январе (15.. .18 раз), в то время как весной и осенью среднемесячное количество случаев равно 4...10. В летнее время чаще всего втречаются приземные инверсии, их серднемесечное значение достигает до 25 раз. Интенсивность различных приземных инверии варьируется в пределах -1 °С ... -9 °С. Результаты исследования показали близкое сходство между полученными от реанализа ERA5 и данными радиозондирования. Это свидетельствует о пригодности данных реанализа для изучения термических инверсий. Данное исследование вносит вклад в развитие знаний в области загрязнения атмосферы, прогнозирования погоды, авиационной метеорологии и разработки климатических моделей путем использования данных реанализа для изучения явлений инверсии.
Ключевые слова: инверсия, атмосфера, радиозонд, реанализ ERA5.
