CC BY
98
Sinoptical conditions of dust storms in Stavropol region
Section 14. Physics
Badakhova Galina Khamzatovna, Stavropol Hydrometcenter Main meteorologist E-mail: badahovag@mail.ru Didenko Aleksandr Nikolaevich, North-Caucasus Federal University, Magistrant Kravchenko Nelly Anatolievna, Stavropol Hydrometcenter Chief of Center
Sinoptical conditions of dust storms in Stavropol region
Abstract: It was made the analysis and classification of dust storm synoptically conditions in Stavropol region over the last 50 years. This research showed that in the most of days with dust storm meridian baric fields were fixed. In this case dust storms are forming against background of a strong pressure crest on AT500. It was found that at different times of the year there were some differences in the conditions of dust storms forming and developing. The indexes of atmosphere circulation and their anomalies were calculated for all months of the year. It was described the conditions of forming and developing of the largest dust storms on the North Caucasus at the second half of XX and at the beginning of XXI century.
Keywords: dust storm, circulation, index, anticyclone, pressure crest, speed of wind.
Бадахова Галина Хамзатовна, Ставропольский краевой центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, ведущий метеоролог
E-mail: badahovag@mail.ru Диденко Александр Николаевич, Северо-Кавказский федеральный университет,
магистрант Кравченко Нелли Анатольевна, Ставропольский краевой центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, начальник центра
Синоптические условия формирования пыльных бурь в Ставропольском крае
Аннотация: На базе многолетних данных проведен анализ и типизация синоптических ситуаций, обусловливающих развитие пыльных бурь в Ставропольском крае. Показано, что в подавляющем большинстве случаев в дни с пыльными бурями отмечается преобладание меридиональных барических полей. При этом пыльные бури в основном развиваются при наличии на АТ500 мощного гребня высокого давления. Установлены отличия условий формирования пыльных бурь в различные периоды года. Для всех месяцев рассчитаны индексы циркуляции атмосферы и их аномалии. Описаны термобарические условия формирования и развития крупнейших пыльных бурь на Северном Кавказе во второй половине ХХ и начале XXI века.
Ключевые слова: пыльная буря, циркуляция, индекс, антициклон, гребень, скорость ветра.
Пыльные бури — одно из наиболее опасных для На Северном Кавказе пыльные бури наблюдаются сельского хозяйства метеорологических явлений. относительно часто и по повторяемости составляют
119
Section 14. Physics
12% дней с опасными метеорологическими явлениями. Для северо-восточных и восточных районов Ставропольского края пыльные бури являются одной из важных составляющих их климатической характеристики.
Пыльные бури обычно возникают в бездождный, засушливый период, при относительной влажности воздуха менее 50%. Зимой возникновению пыльных бурь способствуют неглубокое промерзание и слабая цементация почвы, отсутствие снежного покрова и ледяных корок. Чаще всего пыльные бури наблюдаются весной, когда ветер усиливается, а растительность на распаханных полях еще слабо развита. Второй максимум повторяемости пыльных бурь отмечается в конце лета, когда поля после уборки вновь начинают распахиваться, а почва находится в иссушенном состоянии. Зимние пыльные бури — явление в Ставропольском крае достаточно редкое [1].
Начинаются пыльные бури чаще всего в утренние часы, достигают максимального развития к полудню и прекращаются к вечеру. Ночные пыльные бури бывают чрезвычайно редко. Такой характер пыльных бурь соответствует суточному ходу скорости ветра и развитию наибольшей неустойчивости воздушной массы.
Синоптический анализ показал, что на Ставрополье отмечаются как внутримассовые пыльные бури, чаще всего возникающие между усиливающимся антициклоном и углубляющимся циклоном, так и фронтальные пыльные бури, возникающие преимущественно в зоне усиления ветра перед холодными фронтами.
Количественная оценка циркуляции при возникновении пыльных бурь рассчитывалась по приведенной ниже формуле с использованием индекса Е. Н. Блиновой (а) [1]:
L = 1000 — = -0.7752H65 - 0.4952H60 - 0.1854H55 + ю
+0.1448H50 + 0.4853H45 + 0.8258H40
В этой формуле ш — угловая скорость вращения Земли, Нф — осредненный геопотенциал на широте ф.
Расчеты показали, что в апреле-июне пыльные бури формируются при меридиональной циркуляции. Индекс циркуляции достигает значений L = 25 - 30, аномалии индекса циркуляции ЛЬ варьируют от -1 до -2.При этом наибольшая меридиональ-ность отмечается в июне.
Формирование пыльных бурь в июле-августе чаще связано с широтными процессами, отклонения индекса циркуляции от нормы положительны и невелики (ЛЬ = 0.1-0.2).
Известно, что в общем формирование пыльных бурь существенно зависит от локализации высотных гребней и ложбин. Для установления более конкретной формы этой зависимости для пыльных бурь на территории Ставропольского края был проведен анализ положения осевой линии ПВФЗ, отражающей положение и деформацию ПВФЗ. Определялись среднее, максимальное и минимальное положение осевой линии на меридианах, взятых через 10°. Анализ показал, что во все месяцы при пыльных бурях она располагается севернее 50° с. ш. Отмечаются ложбины над югом Скандинавии и над Западной Сибирью, всю европейскую территорию России занимает гребень.
Для количественной оценки степени возмущен-ности ПВФЗ использовался показатель а:
а =■
£ (фя-ф)
где ах — средняя квадратическая деформация; и% — число меридианов, на которых она отмечается; фх — положение осевой линии на меридиане ф — среднее широтное положение осевой линии ПВФЗ, которое рассчитывается по формуле
Ф= — ±Ф, •
% 1
Для продолжительных периодов с пыльными бурями характерно стационирование обширного высокого антициклона над востоком ЕТС или Казахстаном при наличии барической депрессии над Черным морем и Малой Азией. В холодный период года формирование пыльных бурь возможно также на западной периферии гребня азиатского антициклона, ориентированного на Северный Кавказ с востока. Обширной области высокого давления у земной поверхности на высотах соответствует мощный меридиональный гребень.
Наличие на АТ500 мощного гребня высокого давления, вытянувшегося с юга на север вдоль одного из меридианов между 10 и 80° в. д., является характерным прогностическим признаком сформировавшейся так называемой «стадии угрозы», характерной синоптической ситуации за трое суток до развития пыльной бури.
В 26% случаев меридиональный гребень располагается в районе Каспийского моря или над Средней Азией. Его северная часть нередко наклонена на югозапад — на восточные или центральные районы ЕТС. Глубокая высотная ложбина распространяется с севера на Центральную Европу. В южной части ложбины возникают один или несколько самостоятельных
n
я
120
Sinoptical conditions of dust storms in Stavropol region
циклонов, которые с течением времени углубляются и расширяются по площади. Восточное положение высотного гребня наиболее часто наблюдается перед пыльными бурями в теплое время года. Несколько реже (24% случаев) ось высотного меридионального гребня направлена с Черного моря на центральные районы ЕТС, так называемое центральное положение гребня. Центральное положение оси меридионального гребня преобладает за трое суток до начала пыльных бурь в холодное время года (ноябрь — декабрь и февраль — март). В 18% случаев меридиональный гребень лежит над Центральной Европой, западнее глубокой ложбины, расположенной над центральной частью ЕТС и ориентированной от циклона над Баренцевым или Карским морями на Кавказ или Черное море. Наибольшая повторяемость такой разновидности высотного барического поля отмечается в январе и июне — августе.
В 9% случаев на уровне АТ500 над Югом России, Закавказьем, Турцией или Черным морем наблюдается изоляция обширного циклона. Барическое поле такого вида отмечается в апреле — мае и июле — августе.
Очень редко (в 3% случаев) перед пыльными бурями над югом ЕТС или Черным морем формируется малоподвижный антициклон, который сохраняется в течение естественного синоптического периода. Отмечаются такие ситуации в мае, июне и августе.
Несмотря на преобладание меридиональных барических полей, в 20% случаев во время пыльных бурь и за трое суток до их начала в тропосфере преобладает хорошо выраженный зональный перенос (в «стадии угрозы»). Наиболее часто такие ситуации отмечаются с января по апрель и в июле-августе.
В 39% случаев пыльные бури на Северном Кавказе формируются на периферии малоподвижных антициклонов, центры которых располагаются на востоке Атлантико-Европейского естественного синоптического района.
В 28% случаев пыльные бури возникают на южной или юго-западной периферии антициклонов, смещающихся с северо-запада или севера на юго-восток.
В 12% случаев формирование пыльных бурь происходит на периферии антициклонов, смещающихся с юга или юго-запада на северо-восток по востоку естественного синоптического района.
Примерно в 21% случаев траектории антициклонов, с которыми связано возникновение пыльных бурь, имеют значительную зональную составляющую и проходят по югу или по центральной части европейской территории России.
Таковы синоптические условия, способствующие формированию и развитию пыльных бурь на Северном Кавказе и в Ставропольском крае, в частности.
Таким образом, необходимыми условиями формирования и развития пыльных бурь являются наличие больших термобарических градиентов и пониженная влажность воздушных масс над территорией. Несмотря на то, что складывающаяся синоптическая ситуация распространяется, как правило, на весьма обширную территорию, пыльные бури при этом наблюдаются не повсеместно. Вероятность реализации «угрозы» формирования и развития пыльных бурь в конкретной местности в большой степени зависит от ожидаемой скорости ветра и состояния поверхности почвы, в частности, ее влажности.
Особенно опасны пыльные бури в весенний период, когда озимые посевы еще недостаточно укоренились и при интенсивных бурях подвергаются выдуванию. В такой ситуации пыльная буря может стать настоящим экологическим бедствием и причинить большой материальный ущерб. Так было весной 1960 года, когда почти вся территория Северного Кавказа была охвачена интенсивной пыльной бурей, принявшей характер стихийного бедствия. Местами был полностью сдут пахотный слой, слабо укоренившиеся растения сносились с полей, а в пониженных местах и возле лесополос образовались наносы, высотой более 4 м. Количество пылевых наносов, задержанных лесными полосами, на Ставропольской возвышенности составляло 40-60, а иногда и 100 м 3/м. Было вынесено пыли от 50 до 500 м 3/га, а местами до 1000 м 3/га, т. е. слой почвы от 0.5 до 5 см, а в отдельных случаях даже до 10 см. Эта буря сформировалась в результате характерной синоптической ситуации. Мощный антициклон, смещавшийся с Баренцева моря на юго-восток ЕТС, вступил во взаимодействие с циклоном, центр которого располагался над Балканским полуостровом, а ложбина — над Черным морем. Смещение антициклона на юг и сближение его с ложбиной низкого давления привели к появлению значительных барических градиентов, вызвавших, в свою очередь, сильные восточные ветры. Ветер со скоростью 18-25 м/с при пониженной влажности воздуха способствовал иссушению почвы и возникновению пыльных бурь.
В новом веке наибольшие по охвату территории длительные пыльные бури отмечены в апреле 2003 года. В марте и первой декаде апреля осадков выпало очень мало, поэтому распаханная почва, а это 60% территории края, находилась в иссушенном
121
Section 14. Physics
образований 14 апреля привело к возникновению больших барических градиентов, вызвавших сильные восточные ветры, до 28 м/с, которые, в свою очередь, стали причиной пыльных бурь, охвативших практически всю территорию Центрального Предкавказья. Пыльные бури отмечались на территории края в течение 4-6 суток, после чего вследствие расхождения азиатского антициклона и южного циклона барические градиенты уменьшились и сильные ветры прекратились.
Несмотря на незначительную повторяемость зимних пыльных бурь, иногда они также бывают весьма интенсивными и крупномасштабными. Такова зимняя пыльная буря 1969 г., прошедшая по всему Северному Кавказу. Это была крупнейшая пыльная буря ХХ столетия не только в Ставропольском крае, но во всей России. Барико-синоптическая ситуация, приведшая к ее возникновению, показана на рисунке [2].
Рис 1. Синоптические условия формирования пыльной бури
Термобарическое поле 5 января 1969 г. за 03 ч: 1 — АТ700, 2 — ОТ 100о
References:
1. Агаркова А. П. Пыльные бури и их прогноз. М.: Гидрометеоиздат, 1981. - С. 74.
2. Бадахова Г. Х., Кнутас А. В. Ставропольский край: современные климатические условия.
3. Ставрополь, ГУП СК «Краевые сети связи», 2007. 272 с.
состоянии. 6 апреля в северо-западные районы Северного Кавказа и восточные районы Украины вышел сформировавшийся над Балканским полуостровом глубокий изолированный циклон, давление в центре которого составляло всего лишь 980.2 гПа. На восточной периферии наблюдался мощный гребень, прижатый Кавказским хребтом. Такая барико-синоптическая ситуация обусловила возникновение сильных ветров (до 40 м/с) и, как следствие, пыльной бури в северо-западных районах края. Через неделю на Ставрополье вновь обрушились сильные ветры и пыльные бури, но обусловлены они были другой синоптической ситуацией. Обширный антициклон, зародившийся над приполярным Уралом, смещался вдоль Уральского хребта к югу, а затем к западу. Над Турцией и Черным морем в это время развивался циклон с центром над Малой Азией. Сближение этих двух барических
122
