ОДЕСЬКИЙ ГІДРОМЕТЕОРОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ

ДАНОВА Тетяна Євгенівна

УДК 551.578.7

УМОВИ ФОРМУВАННЯ ГРАДОВИХ ПРОЦЕСІВ І ОСОБЛИВОСТІ ЇХ МЕЗОСТРУКТУРИ ЗА ДАНИМИ РАДІОЛОКАЦІЙНИХ ВИМІРЮВАНЬ У ПІВНІЧНОМУ ПРИЧОРНОМОР`Ї

11.00.09 – метеорологія, кліматологія, агрометеорологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Одеса – 2001

Дисертацію є рукопис.

Робота виконана в Одеському гідрометеорологічному інституті

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник

доктор технічних наук, доцент

Корбан Віктор Харитонович,

Одеський гідрометеорологічний інститут,

завідувач кафедри експериментальної

метеорології.

Офіційні опоненти:

доктор географічних наук, професор

Міщенко Зінаїда Антонівна,

Одеський гідрометеорологічний інститут,

професор кафедри агрометеорології і

агрометеорологічних прогнозів;

кандидат географічних наук,

Лесков Борис Никонорович,

Український науково-дослідний

гідрометеорологічний інститут,

Міністерства екоресурсів України (м. Київ),

старший науковий співробітник

Провідна установа:

Київській національний університет

ім. Тараса Шевченка,

кафедра метеорології та кліматології.

Захист відбудеться “_8_” _листопада_2001 р. о _1000_годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.090.01 в

Одеському гідрометеорологічному інституті за адресою:

65016, м.Одеса –16, вул. Львівська 15, ОГМІ

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Одеського

гідрометеорологічного інституту, м.Одеса, вул. Львівська 15, ОГМІ

Автореферат розісланий “_6_” жовтня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Лобода Н.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Град є одним з найбільш небезпечних явищ погоди. Збиток, який щорічно наносять градобої світовій економіці, оцінюється в кілька мільярдів доларів. Тому в багатьох країнах світу здійснюються проекти по боротьбі з градом. В умовах Північного Причорномор'я, де з 1981р. проводиться виробничий захист посівних площ від градобоїв, дослідження регіональних особливостей градових процесів здобувають особливу практичну і наукову цінність. На основі радіолокаційної інформації про закономірності динаміки і структури радіолуни окремих конвективних осередків і хмарних комплексів пропонується прогнозувати час і місце утворення нових осередків, а також відокремлювати потенційно градові осередки від потенційно зливових. Такий понадкороткотерміновий прогноз має важливе значення не тільки для своєчасного засіву градонебезпечних хмар, але й для забезпечення безпеки польотів літаків у складних градових умовах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дослідження, які виконані в дисертації, увійшли до плану НДР кафедри експериментальної метеорології Одеського гідрометеорологічного институту № ДР 0298 U 009068 “Исследование мезомасштабных процессов и связанных с ними опасных явлений погоды на территории Украины”.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є дослідження режиму грозо-градових процесів і умов їхнього формування в Північному Причорномор'ї, вивчення особливостей мезоструктури і динаміки розвитку радіолуни градонебезпечних хмар при природному розвитку та у результаті активного впливу на них.

Відповідно до мети дослідження поставлені такі конкретні задачі:

- організація і проведення радіолокаційних спостережень за грозо-градовими процесами і експериментів по впливу на конвективні осередки різних типів на різній стадії їхнього розвитку;

- дослідження режиму граду і градобоїв, а так само особливостей формування грозо-градових процесів у регіоні;

- детальний аналіз експериментального матеріалу по вивченню особливостей мезоструктури і динаміки розвитку градових осередків різних типів;

- оцінка закономірностей еволюції потенційно градонебезпечних, градонебезпечних і градових хмар при природному розвитку та у результаті активного впливу.

Об'єкт дослідження - грозо-градові шторми в Північному Причорномор'ї.

Предмет дослідження складають особливості формування та еволюції конвективних хмар у зазначеному регіоні, їх динаміка і мезострукура в залежності від класу градових процесів і термодинамічного стану атмосфери.

Основною інформаційною базою послужили дані практично безупинних вимірювань параметрів радіолуни конвективних хмар, отримані за допомогою радіолокаційного методу дослідження при використанні метеорологічного радіолокатора МРЛ-5, що працює на довжинах хвиль 3,2 і 10,0 см.

При дослідженні кінетичної та лабільної енергії застосовувався метод об`ективного аналізу.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що для Північного Причорномор'я вперше:

- виявлено регіональні особливості режиму граду і градобоїв, і збитків, заподіяних ними;

- визначено вплив аеросиноптичних і термодинамічних характеристик тропосфери на формування градових процесів різної інтенсивності;

- оцінено внесок деяких видів енергії в тропосфері в реалізацію одноосередкових, багатоосередкових і суперосередкових градових процесів;

- виявлено особливості появи, розвитку і переміщення градових осередків різних типів;

- розроблено комплексний критерій грозонебезпечності конвективних осередків, що дозволяє прогнозувати і локалізувати грози;

- виявлено ефект впливу при порівнянні трансформації параметрів радіолуни засіяних і незасіяних градонебезпечних хмар.

Практичне значення одержаних результатів.

Проведене дослідження носить прикладний характер і пов'язане з аналізом та прогнозом інтенсивних градових процесів, які супроводжуються градобоями, сильними зливами, грозами. Розроблений комплексний критерій грозонебезпечності, що дозволяє оперативно проводити індикацію і локалізацію гроз під час протиградового захисту. Він успішно застосовувався в практиці забезпечення безпеки польотів літаків.

Уперше на території Одеського протиградового полігону успішно використовувався метод оцінки фізичної ефективності впливу на градові хмари. Практичне застосування основних результатів, отриманих у дисертаційній роботі, підтверджено актами впровадження в оперативну роботу Одеської і Кримської протиградових служб.

Особистий внесок здобувача в одержанні наукових результатів, що виносяться на захист, полягає в наступному:

- виявлено режим граду та градобоїв у регіоні; визначені аеросиноптичні і термодинамічні умови формування градових процесів, оцінений внесок деяких видів енергії в тропосфері в реалізацію градових процесів різної інтенсивності;

- розроблено та застосовано програму дослідження грозо-градових процесів;

- проведені радіолокаційні спостереження за структурою і динамікою розвитку градових осередків в умовах природного їх розвитку та у період засіву;

- поставлено і вирішено задачу індикації та локалізації грози за допомогою МРЛ-5 на довжині хвилі 10 см;

- розраховані критериальні радіолокаційні параметри для потенційно градових і потенційно зливових хмарних осередків у регіоні дослідження.

Апробація результатів дисертації проходила шляхом проведення експериментів по впливу на градонебезпечні хмари, перевіркою розроблених рекомендацій й методів у практиці прогнозу градових ситуацій, понадкороткотермінового прогнозу утворення, розвитку і переміщення градонебезпечних осередків, а так само шляхом оцінки результатів засіву з застосуванням методу фізичного контролю.

Результати проведеного дослідження доповідалися на XIX Всеросійському симпозіумі “Радиолокационные исследования природних сред” (м. Санкт-Петербург, 2001), на науковій конференції молодих вчених Одеського гідрометеорологічного інституту (березень 2000). У повному обсязі робота доповідалася на розширеному науковому семінарі кафедри експериментальної метеорології Одеського гідрометеорологічного інституту (травень 2001 р.).

Публікації. За результатами дисертаційних досліджень опубліковано 3 статті в наукових виданнях, рекомендованих ВАК України та тези доповіді.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох глав, висновку і списку використаних літературних джерел. Загальний обсяг роботи складає 184 сторінки друкованого тексту, що включає 34 рисунка, 39 таблиць, список використаних джерел з 141 найменування.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність, наукова новизна і практична значимість дисертаційної роботи, формулюються мета і задачі дослідження, викладаються основні положення та результати, що виносяться на захист.

В першому розділі досліджується режим граду і градобоїв у Північному Причорномор'ї, на площі понад 14 тис. км2. Згідно з даними гидрометеорологічної мережі частота граду в окремому пункті не перевищує 1.0 – 1.6 випадків за рік і його повторюваність задовільно апроксимується розподілом Пуассона. Однак з урахуванням усієї наявної інформації про град, щільність мережі (1 пункт на 65 км2), частота його випадання в регіоні дослідження досягає 52 дні на рік.

Найбільш високим рівнем повторюваності граду і градобоїв відзначаються Бєлгород – Дністровський, Саратський і Татарбунарський райони, де щорічно градом ушкоджується більше 14 % від посівної площі, а частота катастрофічних градобоїв з одноразовим збитком на площі більш 5 тис. га складає 7 – 11 % від випадків із градом.

У другому розділі аналізуються фактори, що впливають на формування градових процесів. Методами метематичної статистики досліджуються поля кінетичної і ефективно-потенційної енергії при реалізації одноосередкових, багатоосередкових і суперосередкових градових процесів. Кількісна оцінка кінетичної енергії виконувалася за значеннями фактичного вітру в шарі земля – 300 гПа за формулою:

, (1)

де – середнє значення швидкості вітру в шарі ;

= 1, 2, 3 ,4 – число шарів тропосфери від поверхні землі до рівня 300 гПа.

Лабільна енергія представлена сумою внутрішньої та потенційної енергій і є основним джерелом збільшення кінетичної енергії. Розрахункове рівняння має вигляд:

, (2)

де - висота ізобаричної поверхні над рівнем моря.

Ефективно-потенційна енергія вертикального розподілу маси повітря визначається як

; (3)

де (4)

або , (5)

де і - значення температури і тиску на вихідному рівні.

- лабільна енергія вертикального розподілу маси повітря при адиабатичному підйомі.

- сухоадіабатичний градієнт.

Значення ефективно-потенційної енергії залежить від горизонтальних градієнтів температури на всіх ізобаричних поверхнях виділеного об’єму атмосфери і визначається стратифікацією цього об’єму стосовно адіабатичного стану. По зміні можна оцінити і зміну .

Розрахунок , , проводився для 39 випадків градових процесів різної інтенсивності.

Аналіз результатів показав, що поля кінетичної енергії при потужних багатоосередкових і особливо суперосередкових процесах відрізняються значно більшими градієнтами, ніж при одноосередкових. Зміна лабільної енергії при цьому незначна, що підтверджується теоретичними положеннями, згідно яким набагато перевищує величину (рис. 1).

б)

Рис. 1. Поля кінетичної енергії при суперосередковому (а) і одноосередковому (б) процесах.

Значні зміни можуть бути викликані несуттєвою зміною . Через це використання лабільної енергії як характеристики інтенсивності грозо-градового процесу недоцільне. Як випливає з аналізу вертикального розподілу , і для всіх градових процесів незалежно від їхнього класу відзначається ріст із висотою зазначених видів енергії.

Однак, потужним градовим процесам відповідають істотно більші запаси і , ніж слабкоінтенсивним, що повинно враховуватися в практиці прогнозу градової ситуації.

Режим і просторовий розподіл грозо-градових явищ у Північному Причорномор'ї визначається, в першу чергу, циркуляційними умовами в атмосфері. На підставі типізації понад 200 градових ситуацій з'ясовано, що найчастіше випадання інтенсивного граду відбувається при проходженні холодних фронтів різного генезису, в адвективній області холоду у верхній тропосфері, виділеній на карті відносної топографії , аналізованої разом з картою гПа.

Градові процеси досягали максимальної інтенсивності при проходженні осей вузькоспрямованих термічних улоговин, що швидко переміщуються.

Аналіз вітрового режиму показав, що розвиток потужних градових хмар відбувається в атмосфері зі зсувом вітру як за швидкостю, так і за напрямком, при цьому значення зсуву вітру , осередненого для шару “земля – 10 км”, знаходяться в межах , а у випадку потужних градових процесів - .

Вперше вдалося виявити вирішальну роль зміни вітру з висотою у нижньому 3-и кілометровому шарі тропосфери при формуванні найбільш потужних градових процесів, де сполучення правого його повороту з великими вертикальними градієнтами швидкості - , характерне для катастрофічних градобоїв (табл. 1).

Таблиця 1

Зміна вітру в нижній тропосфері при градових процесах різної інтенсивності

Дата | Земля-850 гПа | 850-700 гПа | граду, см | , тис. га

22.06.1989 | Правий, 400 | Лівий, 500 | 1,5 | 0,7

27.06.1989 | Правий, 500 | Лівий, 50 | 0,8 | 0,2

05.07.1991 | Правий, 800 | Правий, 1000 | 2,5 | 5,0

23.05.1993 | Правий, 1400 | Правий, 300 | 4,0 | 8,0

24.06.1993 | Правий, 300 | Правий, 250 | 4,0 | >6,0

13.06.1978 | Правий, 550 | Правий, 550 | 10,0 | >40,0

Радіолокаційному дослідженню мезомасштабної структури конвективних осередків і їхніх комплексів присвячений третій розділ дисертації.

Для виявлення особливостей еволюції конвективних осередків, часу їхнього існування, інтенсивності, геометричних розмірів, закономірностей виникнення і переміщення було проаналізовано 127 днів із градом різної інтенсивності; уперше було проведено класифікацію градових штормів, згідно з якою, переважну більшість з них можна віднести до класу багатоосередкових (табл. 2).

Таблиця 2

Структура і динаміка розвитку градових процесів у Північному Причорномор'ї

Відмінні риси | Одноосередкові | Багатоосередкові | Суперосередкові

Кількість осередків і їхня будівля | Декілька просторово ізольованих невзаємодіючих осесиметричних осередків | Взаємодіючі осередки, які межують один з одним, частіше – несиметричні | Один чи декілька рознесених у просторі невзаємодіючих, несиметричних осередків.

Динаміка розвитку конвективних осередків | Розвиток і дисипація при мінімальній стадії квазістаціонарного стану. | Розвиток 10-60 хв., квазістаціонарний стан 17-110 хв., дисипація 12-43 хв. | Розвиток 12-45 хв., квазістаціонарний стан від 33 до 190 хв. і більш; дисипація 18-40 хв.

Закономірності поширення процесу градоутворення в просторі | Дискретне, хаотичне | Дискретно-безупинне, частіше вправо від ведучого потоку, іноді осередки циркулюють тривалий час в обмеженому просторі. | Безупинне, по дугоподібних траєкторіях різного радіусу, зміщаючись вправо від ведучого потоку.

Швидкість переміщення (км/год) | 0-20 | 10-45 | 20-80

Максимальна радіолокаційна відбиваність

Максимальний розмір граду , см | 1,0-2,5 | 2,0-4,0 | 4,0-8,0

Площа випадання граду | 1-10 | 1-10 | 10-100 і більш

Напрямок і швидкість ведучого потоку | Хитливе, км/год | Перевага західної складової, 15-60 км/год | Суперосередки 200-2900,

60-100 км/год

Середний зсув вітру в шарі

земля-10 км, | Менш

Максимальні висоти і (км) | 11,6; 9,0 | 15,0; 11,2 | 18,7; 14,0

Максимальна радіолокаційна відбиваність

Продовження табл. 2

Максимальна радіолокаційна відбиваність

Максимальний розмір граду , см | 1,0-2,5 | 2,0-4,0 | 4,0-8,0

Площа випадання граду | 1-10 | 1-10 | 10-100 і більш

Напрямок і швидкість ведучого потоку | Хитливе, км/год | Перевага західної складової, 15-60 км/год | Суперосередки 200-2900,

60-100 км/год

Середний зсув вітру в шарі

земля-10 км, | Менш

Зсув вітру в шарі

земля-850 гПа;

850-700 гПа | Слабкий | Лів. 5-300, або прав. до 130

Лів. 10-400, або ін. до 750 |

Ін. 30-1450,

Слабкий лів. чи пр. 5-1700,

Площа осередків при изоконтурах , км2 | 20-40 | 25-130 | 110-220

Площа радіолуни хмари , км2 | До 180 | 150-875 | До 1500

Повторюваність | 12% | 78% | 10%

Установлено, що перша радіолуна потенційно градових осередків, незалежно від їхнього класу, з'являється на висотах км, в інтервалі температур .

Подальший ріст радіолокаційних параметрів у процесі еволюції осередків носить пульсаційній характер, причому градовій стадії передують максимальні значення так званих динамічних параметрів (швидкість росту радіолокаційної відбиваності , верхня границя хмари і висота зони підвищеної радіолуни ).

В досліджуваному регіоні випаданню великого граду передує значний ріст одночасно всіх зазначених параметрів, визначені їх критеріальні значення, що відокремлюють потенційно градові від потенційно зливових осередків і дорівнюють:

; ; (6)

Показано, що розмір граду визначається часом збереження критеріальних значень цих параметрів.

Такий понадкороткотерміновий прогноз розвитку градових осередків (до 15 хвилин) надзвичайно важливий для більш точної індикації граду і своєчасного засіву градових хмар.

Згідно з даними спостережень за переміщенням радіолуни кілька тисяч конвективних осередків, удалося з`ясувати, що утворення нових осередків може відбуватися як праворуч, так і ліворуч щодо середнього вітру і зсуву хмарної системи в цілому.

Виявлено, що в початковій стадії розвитку одноосередкові та багатоосередкові процеси мають багато загального: малорухомість (незалежно від ), флуктуація положення центру при поступовому збільшенні горизонтальної і вертикальної площі радіолуни.

Початок випадання опадів різко активізує ті конвективні хмари, що здобувають ознаки багатоосередкових і хмарна система починає рухатися за рахунок поширення при формуванні нових конвективних осередків. Періодичність появи таких осередків складає 15-25 хвилин, причому протягом 6-12 хвилин видимий зсув осередку відбувається у вигляді обертання, найчастіше – за антициклональною циркуляцією.

Очевидно, таке обертання визначається утворенням мезоантициклону при спадних вертикальних потоках, зумовлених випаданням опадів. Нові осередки виникають на однаковій відстані від попередніх, через однаковий проміжок часу таким чином, що їхні центри лежать на одній лінії, яка рівнобіжна зсуву хмарної системи і тому місце розташування цих осередків легко прогнозується.

Оскільки антициклональний зсув осередків, характерний для хмар, що дають опади, то ліве чи праве зародження осередку визначається тільки напрямком зсуву хмарної системи, яке згодом наближається до напрямку ведучого потоку.

Рух суперосередкових штормів у силу їх тривалого квазістаціонарного стану виражено більш чітко.

Вперше виявлено, що в межах досліджуваного регіону суперосередки переміщаються по плавних дугоподібних кривих різного радіусу, що, можливо, й визначає тривалість квазістаціонарного стану: чим більше радіус дугоподібної траєкторії, тим більш тривалий період стійкого стану суперосередку (рис. 2).

Рис. 2. Траєкторії суперосередкових градових процесів.

Зазначені закономірності виявлені вперше, а велика кількість експериментальних даних, підданих аналізу, дозволяє припустити, що в кожному конкретному випадку, навіть на перший погляд хаотичного виникнення і переміщення радіолуни, можуть бути виявлені механізми, що керують цими процесами, а, отже й визначені час і місце зародження нових осередків.

На підставі дослідження 144 випадків грозових осередків, включаючи градонебезпечні і градові, уперше розрахований комплексний критерій грозонебезпечності на довжині хвилі 10см:

, (7)

де - величина максимального сигналу радіолуни осередку.

- відповідає значенню верхньої границі хмари.

Для розмежування грозових і градових осередків застосовано дискримінантну функцію :

, (8)

де и - предиктори, які представляють и відповідно.

Таким чином, використовуючи дані МРЛ-5 про розвиток конвективних осередків і розраховане значення , можна виявляти практично всі грози в радіусі 50-70 км, а за зміною цього параметру – прогнозувати грозонебезпечність хмар.

Запропонований метод індикації і локалізації гроз успішно апробований і впроваджений у практику оперативної роботи Одеської та Кримської ВС по забезпеченню безпеки польотів авіації.

У четвертому розділі показано, що основна фізична концепція впливу на градові хмари - передчасне стимулювання опадів шляхом засіву конвективних осередків, які розвиваються.

Для прискорення опадоутворення необхідне одночасне введення льодоутворювального реагенту на рівні ізотерми по всій площі горизонтального розрізу тієї частини хмари, де формуються (створюються) умови зародження та росту граду.

З врахуванням стадії розвитку конвективних осередків виділяються чотири категорії об`єктів впливу:

1. Потенційно градонебезпечні – знову утворюються осередки, перша радіолуна яких формується вище ізотерми .

2. Градонебезпечні конвективні осередки на більш пізній стадії розвитку, з тенденцією переростання в градові.

3. Градові конвективні осередки, з яких випадає град.

4. Надпотужні градові осередки, які приводять до найбільш інтенсивних і крупномасштабних градобоїв.

У ході розвитку градові осередки робляться по`черзі об`єктами впливу різних категорій.

Ефект впливу на одноосередкові, багатоосередкові та суперосередкові градові процеси, який виражений у зменшені параметрів радіолуни, виявляється при правильному і своєчасному засіві конвективних осередків (рис. 3).

Причому тривалість внесення реагенту визначається періодом квазістаціонарності процесу, а інтенсивність, вимірювана кількістю диспергіруємих кристалів у хвилину, повинна зростати приблизно на порядок при збільшенні категорії об'єкта впливу, тобто вплив повинний бути настільки інтенсивним, щоб обмежити швидкість росту градових зародків.

При дуже могутніх градових процесах передчасне припинення засіву приводить, як правило, до нового посилення конвективного осередку.

Для виявлення ефекту впливу шляхом порівняння параметрів радіолуни осередку до і після АВ варто враховувати, що тривалість засіву і час реакції хмари на нього порівняні з періодом природної трансформації конвективного осередку.

Тому для одержання більш надійних результатів ефекту впливу спостереження проводилися для засіяних і незасіяних ідентичних осередків, за умови нормування поділяючих параметрів радіолуни , , , , отриманих у кожен момент часу на їхню величину в момент початку фактичного (для ЗТ) чи умовного (для КТ) засіву.

Аналіз результатів показав, що ефективність впливу вище для конвективних осередків, що знаходяться на ранній стадії розвитку.

а)

б)

Рис. 3. Трансформація параметрів радіолуни в результаті засіву об`єкту I категорії (а) та об`єкту IY категорії (б). Позначення:—

0— максимальне значення радіолокаційної відбиваності;—

х— верхня межа хмари;———

верхня межа зони підвищеної відбиваності;

Заштрихована область відповідає часу засіву.

- імовірність випадання граду, яка розраховується за формулою:

(9)

и - умовні щільності розподілу параметра у випадку не градових і градових хмар;

и - відповідно потужність хмари і потужність зони підвищеної відбиваності в км.

Аналіз результатів впливу показав, що ефективність його тим вища, чим нижча категорія об`єкту, при цьому тривалість засіву і розхід кристалізуючого реагенту зменшується із зниженням категорії об`єкту впливу.

Для підвищення ефективності впливу необхідно проводити своєчасний засів потенційно градових осередків на ранній стадії їх розвитку, які відносяться до I і II категорії об`єктів впливу.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, пов`язаної з дослідженням режиму грозо-градових процесів і умов їхнього формування в Північному Причорномор'ї, вивчення особливостей мезоструктури і динаміки розвитку радіолуни градонебезпечних хмар при природному розвитку та у результаті активного впливу на них. Це дало можливість вирішити низку задач наукового і прикладного характеру, а саме:

1. Регіон Північного Причорномор'я характеризується високою грозо-градовою активністю; тут на площі близько 15 тис. км2 град може відзначатися понад 50 днів на рік, а площа градобоїв - досягати 80 тис. га, щорічно ушкоджені площі складають 10-14 % усієї площі сільгоспугідь.

2. Уперше встановлено, що інтенсивність градових процесів визначається запасами кінетичної та ефективно-потенційної енергії у верхній тропосфері, які мінімальні при одноосередкових і максимальні при суперосередкових процесах. Це повинне враховуватися при прогнозуванні інтенсивності граду.

Виявлено, що інтенсивність градових явищ визначається наперед за все режимом вітру в нижній тропосфері і підсилюється при зростанні вертикального його градієнту і наявності правого повороту.

Випадання інтенсивного граду відбувається при проходженні холодних фронтів різного генезису, в адвективній області у верхній тропосфері, в момент проходження осей швидкозміщующихся та вузькоспрямованих термічних улоговин.

3. Уперше проведено для регіону класифікацію градових процесів за параметрами радіолуни, виявлено перевагу багатоосередкових (78%), при відносно невеликій повторюваності одноосередкових (12%) і суперосередкових (10%).

4. Виявлено, що перша радіолуна градових осередків, незалежно від їхнього типу, виникає в основному в шарі 5-6 км у температурному інтервалі . Надалі динамічні параметри потенційно градових осередків повинні досягати критеріальних значень.

Місце появи нових осередків залежить від напрямку зсуву хмари. Циклічність появи нових осередків у багатоосередковій хмарі складає 15-25 хвилин, а їхнє переміщення усередині хмари відбувається по антициклональній циркуляції, що дозволяє прогнозувати місце розташування нових осередків із завчасністю 10-15 хвилин.

Уперше встановлено, що зсув суперосередкового шторму відбувається за дугоподібними траєкторіями різного радіусу, відхилення вправо від ведучого потоку приводить до посилення осередку за рахунок конвергенції ведучого і висхідного потоків.

5. Уперше для умов Північного Причорномор'я розрахований комплексний критерій грозонебезпечності, який дозволяє проводити індикацію і локалізацію гроз при см, одночасно із індикацією граду. Даний комплексний критерій використовувався для обслуговування аеропорту міста Одеси.

6. Установлено, що для досягнення позитивного ефекту впливу, час засіву об'єкту повинний бути порівняний із часом його квазістаціонарного стану, а інтенсивність засіву повинна зростати на порядок при переході від одного типу процесу до іншого.

Обгрунтовано метод порівняння засіяних і незасіяних хмар, що дозволяє відокремити трансформацію параметрів хмар за рахунок впливу від їхньої природної еволюції.

Підсумковий висновок дослідження полягає в тому, що розроблені нові методи понадкороткотермінового прогнозу часу і місця утворення нових конвективних осередків, їхньої інтенсивності і динаміки розвитку, способи індикації і локалізації гроз можуть бути використані при проведенні активних впливів і викликанні додаткових опадів, а так само при прогнозі небезпечних явищ погоди для інших регіонів України.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Данова Т.Е. К вопросу об индикации гроз на юге Одесской области //Метеорология, климатология и гидрология, 1999. - Вып. 39. – С.70-74.

2. Данова Т.Е. О влиянии энергии различных видов на интенсивность градовых процессов в Северном Причерноморье // Метеорологія, кліматологія та гідрологія, 2000. – Вип. 41. - С.156-161.

3. Данова Т.Е. Особенности режима града и градобитий в Северном Причерноморье // Метеорологія, кліматологія та гідрологія, 2001. – Вип. 43. – С.78-82.

4. Данова Т.Е. Пространственно-временное распределение опасных явлений погоды теплого периода в Северном Причерноморье. Тезисы докладов конференции молодых ученых // Метеорологія, кліматологія та гідрологія, 2000. – Вип. 40. – С.8.

5. Данова Т.Е. Особенности динамики развития радиоэха градовых облаков в условиях Причерноморья // Тезисы Всероссийской конференции “Радиолокационные исследования природных сред”, С.-Петербург, 17 апреля 2001 – С. 16.

АНОТАЦІЇ

Данова Т.Є. Умови формування градових процесів і особливості їх мезоструктури за даними радіолокаційних вимірювань у Північному Причорномор'ї. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.09 – метеорологія, кліматологія, агрометеорологія. – Одеський гідрометеорологічний інститут, Одеса, 2001.

Дисертація присвячена дослідженню особливостей режиму граду і градобоїв у Північному Причорномор'ї, а також факторів, що впливають на інтенсивність градових процесів.

На основі радіолокаційних досліджень динаміки і структури конвективних хмар проведена класифікація грозо-градових процесів, розроблені методи понадкороткотермінового прогнозу розвитку градових, грозових і зливових хмарних осередків, місця і часу зародження нових осередків, виявлені особливості їхнього переміщення щодо ведучого потоку і хмарної системи в залежності від типу грозо-градового процесу.

Досліджено можливість оцінки фізичного ефекту активного впливу при порівнянні трансформації параметрів радіолуни засіяних і незасіяних хмар.

Основні результати впроваджені в практику оперативної роботи Одеської і Кримської воєнізованих служб і можуть бути використані при прогнозі небезпечних явищ погоди в підрозділах метеослужби України.

Ключові слова: режим граду, градовий осередок, понадкороткотерміновий прогноз, радіолуна, фізична ефективність впливу.

Данова Т.Е. Условия формирования градовых процессов и особенности их мезоструктуры по данным радиолокационных измерений в Северном Причерноморье. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.09 – метеорология, климатология, агрометеорология. – Одесский гидрометеорологический институт, Одесса, 2001.

Исследуется режим града и градобитий в Северном Причерноморье по данным учащенной сети наблюдений. Установлено, что на площади региона около 14 тыс. км2 частота выпадения града достигает 52 дней за год, а ежегодно повреждаемая градом площадь составляет 10-14 % от всей посевной площади.

Выявлено, что интенсивные градовые процессы реализуются при больших запасах кинетической и эффективно-потенциальной энергии в тропосфере, в зоне холодных фронтов различного генезиса, при прохождении осей узконаправленных, быстросмещающихся ложбин, обозначенных на , в адвективной области холода в верхней тропосфере. Впервые обнаружено для данного региона, что решающая роль при формировании наиболее мощных градовых облаков принадлежит изменению ветра с высотой в нижнем 3-х километровом слое тропосферы, где сочетание правого его поворота с большими вертикальными градиентами, достигающими , характерно для катастрофических градобитий.

На основании анализа 127 градовых штормов, представленных 1150 конвективными ячейками, впервые в регионе проведена классификация по особенностям динамики развития и мезоструктуры радиоэха градовых процессов различной интенсивности.

Установлено, что первое радиоэхо градовых ячеек обнаруживается на высотах 5-6 км, в интервале температур . Выявлен пульсационный характер роста параметров радиоэха ячейки , , , значения которых определены как критериальные, отделяющие потенциально градовые от потенциально ливневых. Впервые отмечено, что новые ячейки возникают с периодичностью 15-25 минут, а их перемещение внутри облака происходит преимущественно по антициклональной циркуляции, что вызвано образованием мезоантициклона при нисходящих потоках сопровождающихся выпадением осадков. Образование новых ячеек происходит как справа, так и слева относительно среднего ветра и смещения облачной системы в целом. Мощные суперячейки смещаются по дугообразным кривым, радиус которых, возможно, определяет длительность их квазистационарного состояния: чем больше радиус траектории, тем длительнее период устойчивого состояния суперячейки. Указанные закономерности могут быть использованы для сверхкраткосрочного, с заблаговременностью 10-15 минут, прогноза развития конвективных ячеек.

Впервые разработан комплексный радиолокационный критерий грозоопасности, позволяющий обнаруживать и локализовать грозовые ячейки на длине волны 10 см.

Показано, что эффект воздействия, выраженный в уменьшении значений параметров радиоэха, обнаруживается при правильном и своевременном засеве конвективных ячеек; с возрастанием мощности градовых процессов должны увеличиваться продолжительность и иентенсивность засева. Выявлено, что показателем физической эффективности АВ является сравнение трансформации параметров радиоэха засеянных на ЗТ и незасеянных на КТ конвективных ячеек.

Разработанные в диссертационной работе методы сверхкраткосрочного прогноза времени и места образования новых конвективных ячеек, их интенсивности и динамики развития, способы индикации и локализации гроз могут быть использованы при проведении активных воздействий и вызывания дополнительных осадков, а также при прогнозе опасных явлений погоды.

Ключевые слова: режим града, градовая ячейка, сверхкраткосрочный прогноз, радиоэхо, физическая эффективность воздействия.

Danova T.E. Conditions of hail processes formation and their mesostructure features according radar-tracking measurements on the northern coast of the Black Sea. - Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree of geographical sciences by specialty 11.00.09 – meteorology, climatologic, agrometeorology. The Odessa Hydrometeorological Institute, Odessa, 2001.

The dissertation is devoted to the research of the hail regime features and damage caused by a hailstorm on the northern coast of the Black Sea, as wail as the factors that influence the intensity of hail processes.

On the basis of radar-tracking researches of dynamics and structure of convective clouds the classification of hail processes has been carried out, methods of supershort-term forecast in for development of hail, thunderstorm and storm cloudy cells, place and time of origin of new cells have been developed, the features of their moving concerning a conducting flow and cloudy system have been revealed depending on the type of a hail process.

The possibility to estimate the physical effect of active influence has been investigated according to transformation of radioecho parameters of seeded and unseeded clouds.

The basic results have been introduced into practical work of the Odessa and Crimea military services and they can be used in the forecast of dangerous weather phenomena at the meteorological service of Ukraine.

Key words: a hail regime, a hail cell, supershort-term forecast, radioecho, physical efficiency of influence.