ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Нажмудінова Олена Миколаївна

УДК 551.509.318 + 515.8

ФОРМУВАННЯ АНОМАЛІЙ ПОГОДНИХ УМОВ

ВЕСНЯНОГО СЕЗОНУ НАД СХІДНОЮ ЄВРОПОЮ

11.00.09 - метеорологія, кліматологія, агрометеорологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Одеса - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському державному екологічному університеті

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

кандидат географічних наук, професор

Івус Галина Петрівна,

Одеський державний екологічний університет,

завідувач кафедрою теоретичної метеорології та

метеорологічних прогнозів

Офіційні опоненти:

доктор географічних наук, старший науковий співробітник

Антоненко Володимир Степанович,

Київський національний університет культури і мистецтва, завідувач кафедри міжнародного туризму;

кандидат географічних наук

Шинкевич Наталія Генадіївна,

Український науковий центр екології моря,

керівник сектору геофізичних досліджень пограничного шару

Провідна установа:

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка,

географічний факультет,

кафедра метеорології і кліматології

Захист відбудеться “ 14 ” червня 2007 р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.090.01 в Одеському державному екологічному університеті за адресою: 65016, м. Одеса-16, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Одеського державного екологічного університету за адресою: 65016, м. Одеса-16, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ.

Автореферат розісланий “ 12 ” травня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Чугай А.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Актуальність представленої роботи визначається необхідністю вдосконалення методів довгострокового прогнозу погоди на фоні глобальних змін клімату і його циркуляційних особливостей.

На сучасному етапі прогнозування проблема довгострокових прогнозів спирається на інформаційне і фізико-математичне моделювання глобальних процесів завчасністю в 5 - 7 діб (Багров Н.А., Єфімов В.А., Кондратович К.В., Мартазінова В.Ф., Шакіна Н.П. та інш.). Для практичної діяльності з гідрометеорологічного забезпечення народного господарства необхідно істотне збільшення завчасності, хоча б в прогнозах основних перебудов у поточних процесах. Це може бути прогноз терміну закінчення блокування макромасштабного зонального переносу або прогноз тривалості перехідного сезону, який особливо важливий для сільського господарства.

Як правило, атмосферні явища, що призводять до аномальних значень тієї чи іншої метеорологічної величини навіть на обмеженому просторі, викликаються появою перебудовних процесів у великомасштабних рухах (Садоков В.П., Педь Д.А., Угрюмов О.І. та інш.). Утворення у весняний період таких небезпечних явищ погоди, як пізні заморозки і посухи, може бути пояснене виникненням енергетичних перебудов у поточному синоптичному процесі, що призводить до істотної зміни загальних погодних умов на великому просторі.

Для ефективного прогнозу заморозків важливе передбачення остаточного переходу погоди на літній режим (стійкий перехід середньодобової температури повітря через 15 єС), яке повинне свідчити про усунення імовірності виникнення цього явища. З іншого боку, за допомогою довгострокового фонового прогнозу можна установити ймовірні терміни настання заморозків і посух; у свою чергу інформація про виникнення цих небезпечних явищ з достатньою завчасністю дає можливість сільськогосподарським організаціям вжити необхідних заходів по боротьбі з ними.

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

Тема дисертаційної роботи відповідає основним напрямкам наукової діяльності кафедри теоретичної метеорології і метеорологічних прогнозів Одеського державного екологічного університету і виконувалась у складі держбюджетних науково-дослідних робіт: "Дослідження аномальних атмосферних процесів в Україні" (№ ДР 0199U001139) і "Моделювання аномальних атмосферних процесів в Україні" (№ ДР 0104U000291), розділ 2 - "Моделювання процесів цикло- і антициклогенезу та атмосферних фронтів".

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є виявлення особливостей процесів перебудови атмосферної циркуляції в перехідний весняний період над територією Східної Європи та їхній вплив на формування аномальних погодних умов (період дослідження 1994 - 2004 рр.).

Основні задачі наукового дослідження:

- виявити основні синоптико-кліматичні особливості атмосферних процесів, що мають безпосередній вплив на формування погодних умов у весняний період над Україною;

- встановити взаємозв'язок між різними типами весняних сезонів і виникненням небезпечних явищ погоди;

- виконати моделювання довгострокових синоптичних процесів для різних типів весняних сезонів з урахуванням географічної локалізації кліматологічних фронтів;

- одержати додаткові критерії для прогнозу небезпечних явищ погоди.

Об'єкт дослідження - типи атмосферної циркуляції і розташування кліматологічних фронтів у весняний період над територією Європи.

Предмет дослідження - аномалії погодних умов протягом перехідного сезону в Україні.

Методи дослідження - синоптико-кліматичний аналіз; фізико-статистичний аналіз; просторово-часове узагальнення даних; математичне моделювання і чисельний експеримент.

Наукова новизна одержаних результатів. У дисертаційній роботі вперше:

- виконане дослідження процесів кумулятивного цикло- і антициклогенезу в перехідний сезон над територією Східної Європи;

- визначена відповідність основних типів циркуляційних процесів виділеним типам перехідних весняних сезонів над територією Європи;

- зроблена спроба пояснення пізніх і активних проривів холоду з арктичних широт невстановленим літнім режимом погоди;

- запропонована модель розрахунку рухів гілок полярного фронту для прогнозу остаточного встановлення погодних процесів наступного основного сезону;

-отримано додатковий критерій до прогнозу пізніх заморозків, в якості якого розглядається закінчення процесу біфуркації полярного фронту.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що вони можуть бути використані для побудови методик діагнозу і прогнозу перебудовних процесів перехідних сезонів:

- при складанні довготермінових прогнозів завдяки можливості виявлення нових предикторів у процесах синоптичного масштабу, що являє цінність, у першу чергу, для сільського господарства;

- для виявлення додаткових критеріїв при прогнозуванні аномальних явищ у весняний період, які складно виявити у фоновому прогнозі.

Отримані в дисертації наукові результати можуть бути впроваджені в навчальні дисципліни “Стихійні метеорологічні явища в Україні”, “Довгострокові прогнози погоди”, “Спеціалізовані прогнози погоди”.

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що їм самостійно:

- виконана типізація синоптичних процесів з урахуванням особливостей розташування фронтальних розділів для різних перехідних весняних сезонів;

- здійснений аналіз процесу біфуркації полярного фронту над територією Європи, викладена модель розрахунку рухів гілок фронту;

- виявлені типові синоптичні ситуації, при яких формуються аномальні погодні явища;

- використаний комплекс методів фізико-математичного аналізу стосовно виникнення весняних заморозків і посух та доведений їхній зв'язок із рядом процесів глобального масштабу;

- виявлені додаткові критерії для прогнозу пізніх заморозків.

У наукових працях, опублікованих здобувачем разом з керівником [1 - 2, 4 - 5, 8 - 10], керівникові належить постановка наукової задачі, а дисертантові практична реалізація проекту й узагальнення результатів. У публікаціях [3, 6 - 7] авторові належить постановка наукової задачі й узагальнення результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи були представлені на наукових конференціях молодих вчених ОДЕКУ (2001, 2003, 2004, 2006 рр.), на міжнародній конференції "Гідрометеорологія й охорона навколишнього середовища - 2002", присвяченій 70-річчю Одеського державного екологічного університету (вересень 2002 р.).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 10 наукових працях, 5 з них у виданнях, що входять у відповідний перелік ВАК України.

Структура й обсяг роботи. Дисертація виконана на 154 сторінках, містить 35 рисунків та дві таблиці, складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел (111 найменувань) і 4-х додатків на 30 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовуються актуальність, наукова і практична значимість роботи, формулюються мета і задачі дослідження, викладаються основні положення і наукові результати, що виносяться на захист.

У першому розділі викладені основні положення сучасних уявлень про кліматичні особливості перехідних сезонів в Україні. Представлено типові синоптичні ситуації різних за характером погодних режимів весняних сезонів. Показано методику математичного моделювання інтенсивності посухи.

Проблемі блокування, тісно пов'язаній з формуванням аномалій погодних умов, приділялося багато уваги. Вченими Нікітіним А.Є., Єфімовим В.А., Капітановою Т.П., Ківгановим А.Ф. та інш. проведений синоптичний аналіз таких атмосферних процесів; виконана спроба фізичного осмислення хвильової механіки атмосферних рухів. Усі ці процеси ведуть звичайно до тривалого перехідного сезону з частими поверненнями холодів.

Блокуючі процеси полягають у тому, що антициклони або гребені, перетворюючись у високі баричні утворення, стають малорухомими, а західний потік здобуває меридіональну складову. Цей процес розвивається в результаті виникнення інтенсивного східного потоку по південній периферії витягнутої в широтному напрямку смуги високого тиску. З південного-сходу і півдня континентальне полярне, а нерідко і тропічне повітря в системі гребенів виноситься на північ. При сильному східному потоці переміщення гребенів відбувається в західному напрямку і перешкоджає рухові повітряних мас і баричних утворень у зворотному напрямку. Гребеневі системи у меридіональному потоці на східній периферії створюють адвекцію холодних повітряних мас на територію України. Таку ж адвекцію обумовлюють тилові частини великих циклонів, блокованих зі сходу.

На матеріалах за весняні періоди з 1994 по 2004 рр. включно (приземні синоптичні карти погоди, карти баричної топографії: АТ - 850, АТ – 500, ВТ – 500 / 1000, карти розподілу опадів та явищ погоди, супутникова інформація) виконана типізація синоптичних ситуацій, характерних для різних видів перехідних весняних періодів. Проведено розрахунок функції току зазначених процесів у геострофічному наближенні. Виділено три основні типи синоптичних процесів у перехідних сезонах.

Перший тип відповідає циклонічному вторгненню при слабкому блокуванні зі сходу гребеневим відрогом, який проходить через східну частину Північного Кавказу і Прикаспійську низовину. Полярний фронт при цьому має подвійну структуру і проходить північною гілкою через територію України, а південною - через Середземномор'я аж до блокуючої гребеневої структури. Зазначена структура відхиляє траєкторії циклонів до півночі у бік Середнього Уралу і Західного Сибіру. Арктичний фронт розташовується по 60є півн.ш. Дана ситуація може існувати тривалий час, вносячи із собою комплекс нестійких погодних умов з можливими поверненнями холодів, що відбуваються при вторгненні в зону циклонічних траєкторій гребеневих відрогів від Арктичного і Сибірського антициклонів. Траєкторії циклонічної серії в цій ситуації майже зональні.

Другий типовий процес виникає при блокуванні циклонічної серії гребенем Сибірського антициклону. Ця ситуація часто повторюється ранньою весною, коли вторгнення холодних повітряних мас від Сибірського антициклону може надовго затримати встановлення теплого періоду. Для такого процесу необхідна попередня наявність тривалого існування циклонічної серії, що проходить через територію України. Звичайно циклонічна серія несе із собою вологі повітряні маси, які досить тривалий час знаходяться над зазначеною територією. Волога повітряна маса з малою густиною створює умови, що сприяють поширенню на територію України вихолодженого відносно більш густого сухого повітря, сформованого Сибірським антициклоном. Ці густі повітряні маси стаціонують досить тривалий час і сприяють установленню холодних періодів над усією територією півдня Східної Європи. Арктичний фронт у цій ситуації над Східною Європою зміщується на північ, а в Атлантико-Європейському секторі на південь. Полярний фронт північною гілкою також проходить через територію України, але його південна середземноморська гілка звичайно прориває південне блокування над акваторією Чорного моря, створюючи можливість циклонічним траєкторіям здобути південну складову. Циклонічні траєкторії в даному типовому процесі можуть мати як північний, так і південний напрям.

Третій тип відповідає гребеневому вторгненню від Арктичного антициклону, яке звичайно відбувається уздовж акваторії Норвезького моря, при збереженні відрогу Сибірського антициклону, і визначає вихід на територію України південних циклонів. Циклонічна серія активно поширюється до Уралу з виходом на Західний Сибір, а також прориває, або взагалі руйнує, відріг із субтропічного поясу, який йде через акваторію Каспійського моря. Гребеневе Атлантико-Скандинавське вторгнення обумовлюється наявністю вологого повітря, створеного циклонічними серіями, що проходять через південні території Західної Європи. Циклонічні траєкторії в цьому випадку звичайно пролягають через Біскайську затоку і переносять теплі сильно зволожені повітряні маси. Цей циркуляційний механізм зустрічається рідше перших двох і відповідає стійкому типові тривалої холодної весни.

Особливими різновидами всіх трьох перерахованих процесів є комбіновані ситуації з більш інтенсивним розвитком однієї з трьох гребеневих структур (табл.1). Наприклад, відріг Сибірського антициклону може мати велику просторову довжину і досягати територій Західної Європи, або відроги Арктичного антициклону можуть поєднуватися з відрогами Сибірського антициклону і виходити на райони Середземномор'я аж до Іранського нагір'я.

Таблиця 1

Повторюваність (%) типових процесів за весняні сезони 1994 - 2004 рр.

Тип | 1 тип | 2 тип | 3 тип | комбіновані ситуації | всього

Р, % | 42 | 25 | 19 | 14 | 100

Кількість випадків |

24 |

14 |

11 |

8 |

57

Можливість виходу гребеневих відрогів на території, раніше від них вільні, визначається компенсаційними течіями, що вирівнюють градієнти в полі щільності. В холодних повітряних масах гребеневих відрогів Сибірського або Арктичного антициклонів густина сухого повітря істотно більше густини вологого повітря, що супроводжує циклони.

При встановленні раннього теплого весняного сезону на Україні сніговий покрив швидко тане і переходить у гідрологічний стік. Тоді при сильному радіаційному прогріві, у випадку тривалого існування антициклонічного типу погоди над територією України, запаси вологи в ґрунті швидко виснажуються, що призводить до посухи на ґрунті. У весняний період підстильна поверхня при відсутності трав'яного покриву інтенсивно випаровує вологу при радіаційному нагріванні. Тому посухи в літню пору при наявності добре сформованого вологого рослинного покриву навіть при більш сильному радіаційному впливі на підстильну поверхню менш інтенсивні, ніж у весняний період.

Результати моделювання ситуацій при наявності суховійно-посушливих явищ у досліджуваний період дозволяють виділити типову картину розподілу стадій розвитку посухи на території України. На рис. 1 приведено поле функції току над територією України в межах району, позначеного координатами. Площа, охоплена розрахунком, близько 10000 км2, випаровування із ґрунтового шару склало 10 мм/добу. Додатні значення функції току, позначені знаком " + ", знаходяться ліворуч від напрямку потоку, від’ємні значення функції току, позначені знаком " - ", знаходяться праворуч від напрямку потоку. У випадку посиленого випаровування у центрі області виділяється конвекція по Релею - Бенару у виді закритого осередку - рис.1 (а). Виникнення осередків Релея - Бенара над територією України, яке відмічається на супутникових фотознімках хмарності у весняний період в умовах різкого потепління, служить показником до можливого встановлення весняної посухи на ґрунті. Якщо процес конвекції по Релею - Бенару починає слабшати в гребеневих структурах, то це може означати, що підтримуючий його ґрунтовий вологозапас вичерпується. Природно, що проходження фронту через територію, яке супроводжується опадами, цілком усуває небезпеку весняної посухи на ґрунті, оскільки опади відновлюють ґрунтовий вологозапас. На рис.1 (б) - інтенсивність випаровування з ґрунтового шару зменшилась в 3 рази і складає 3 мм/добу. Як видно, це призводить до перекрученої картини конвекції по Релею - Бенару. Рис.1 (в) демонструє подальший розвиток посухи, коли випаровування із ґрунтового шару практично відсутнє, але слабкі сліди конвекції по Релею - Бенару ще помітні в центрі позначеної області, випаровування з ґрунту складає 0,1 мм/добу. Зберігається випаровування у нижньому шарі атмосфери. Його виникнення обумовлене запасами вологи, що присутні у шарі атмосфери від 100 м над поверхнею землі до рівня максимального залучення - 2,5 км. На рис.1 (г) представлене чисельне моделювання стадії посухи, коли випаровування відсутнє на всіх рівнях.

Рис.1

Рис. 1. Поля функції току на різних стадіях формування посухи: (а) – початкова стадія розвитку посухи при посиленому випаровуванні; (б, в) – стадії розвитку посухи при поступовому зменшенні випаровування; (г) – заключна стадія формування посухи при повній відсутності випаровування.

По вичерпанні ґрунтових вологозапасів поле густини повітря стає малоградієнтним і його осередкова структура зникає.

В другому розділі представлений аналіз процесів кумулятивного цикло- і антициклогенезу. Приведено синоптичні ситуації, які характеризують хід перебудов у перехідних періодах і моделювання процесів стійкого блокування зонального переносу.

Приклади кумулятивного ефекту утворення гребеневих структур виявляються в зимових ситуаціях, багато в чому характерних для перших декад весни раннього періоду.

Передбачати розвиток кумулятивних процесів можна за допомогою аналізу спектральних частотних характеристик синоптичного процесу за відносно тривалий період часу, достатній для того, щоб у полі густини сформувалася відповідна градієнтна напруга, яка викликає квазіакустичні подовжні хвилі.

Аналіз процессу антициклогенезу можна представити наступним математичним апаратом:

, (1)

де с0 , Р0 - густина і тиск біля поверхні землі;

В- ваговий параметр, який визначає величину внеску дивергенції зонального потоку в зміну геопотенциалу;

Ф – геопотенціал;

t - час;

g - прискорення сили ваги;

а - радіус Землі;

и - полярний кут у сферичній системі координат;

Hs - висота рельєфу;

V і U - компоненти швидкості зонального переносу;

l – компонента хвильового числа.

Після математичних перетворень, одержуємо характеристичне рівняння системи:

(2)

де - частота коливань;

Р – приєднані поліноми сферичних функцій;

А, В, С, Д, G – емпірічні коефіцієнти.

Якщо взяти за основу рівняння (1), то корені рівняння (2) можуть мати будь-які значення на комплексній площині. З погляду теорії хвильових процесів це означає, що в приватних рішеннях з'являться нестійкі моди, які з часом загасають і зростають. Загасаючі моди показують руйнування меридіонального вторгнення, а зростаючі - його інтенсифікацію.

Рис.2 ілюструє приклад процесу кумулятивного антициклогенезу. В районах Північної Атлантики, Скандинавії і Східної Європи спостерігається явна активізація гребеневої структури, а демаркаційна лінія відхилена різко до півночі.

Рис.2

Рис. 2. Приземна карта погоди 07.01.02 р. 00 СГЧ.

Слід зазначити, що розповсюдження відрогу Азорського максимуму до широти Ян-Майена, - явище незвичайне і несе за собою різкі похолодання в південних широтах на його східній периферії, що і відбулося на території України.

Кумулятивний циклогенез, на відміну від кумулятивного антициклогенезу, спостерігається при різкій конденсації атмосферного вологозапасу на відносно великій території. У цьому випадку густина повітря в зоні конденсації збільшується за рахунок зменшення концентрації водяної пари, але при цьому відбувається виділення тепла, що приводить до зменшення густини.

Розрахунок потужності кумулятивного циклогенезу може бути виконаний по формулі:

(3)

де - потенційна температура;

s - масова частка водяної пари;

L - питома теплота пароутворення;

p - тиск;

E - парціальний тиск насиченої водяної пари при температурі Т;

- газова постійна водяної пари;

- різниця температур між холодним континентальним повітрям над нижнім шаром морської поверхні і верхнім шаром морського більш вологого повітря;

- відношення питомих теплоємностей повітря при постійному тиску і постійному об`ємі;

- координати центра області, над якою очікується кумулятивний циклогенез.

Третій розділ присвячений розгляду питання динаміки фронтогенезу. Представлено аналіз процесу біфуркації полярного фронту над територією Європи. Викладено модель розрахунку рухів гілок фронту.

Теплі і холодні повітряні маси, що спостерігаються над територією України в перехідні сезони, розділяються гілками полярного фронту, який являє собою продовження так званого атлантичного полярного фронту. У таких випадках можуть мати місце два одночасно існуючих полярних фронти в Атлантиці. Це явище носить назву процесу біфуркації полярного фронту. Найбільш часто такий процес відбувається у весняний період: перша гілка, яка відокремлює холодні континентальні повітряні маси від відносно теплих морських повітряних мас, і друга, яка відокремлює помірно холодні повітряні маси від теплих середземноморських.

Обидві гілки полярного фронту знаходяться під впливом динамічних процесів циклогенезу, які сприяють швидкому переміщенню як фронтів, так і самих повітряних мас, зі збереженням їх теплових властивостей. Ці гілки впливають на всю територію України як єдиний кліматичний полярний фронт. Передбачається, що злиття гілок полярного фронту і є основною ознакою остаточного встановлення нового сезону. Від зими до літа цей об'єднаний фронт зміщується в північні широти.

Рух гілок полярного фронту можна визначити рівнянням адвекції вихору:

(4)

де - вихорові збурення;

- швидкість вітру на рівні соленоїдів фронту.

Деформація фронту визначається наступними рівняннями:

(5)

де - відстань між вихоровими осередками фронтального розділу;

- координата центру лінії конвективних збурень, що відображує фронтальний розділ;

Г - циркуляція осередку фронтального розділу;

k - відраховує вихорові структури фронту від центра лінії в обидві її сторони.

Саме переміщення фронтів у просторі зумовлюється не лише термічними контрастами, але й динамічним впливом полів вертикальних вихорів на вихорову систему фронту. При цьому вихори баричних систем створюють боковий гидродинамічний тиск і обертовий момент, які впливають на систему фронту.

Боковий гидродинамічний тиск R і обертовий момент L визначаються за формулами:

(6)

(7)

де с – густина;

z - комплексна координата;

dz =dx+іdy;

w - комплексний потенціал швидкості;

w=ц+ш;

ц - потенціал швидкості;

ш - функція току.

Перехідний сезон на його початковій стадії характеризується наявністю деякого тимчасового інтервалу настроювання синоптичного процесу, коли положення полярного фронту нестійке у просторі. Біфуркація його гілок і стадія їхнього зближення під впливом взаємодії полів швидкості, породжуваних вихорами мезо – і макромасштабу, встановлена за допомогою рівнянь (4 - 7), що дозволяє запропонувати їх у якості прогностичних. По закінченню початкової стадії перехідний сезон здобуває стабілізуючі властивості, в яких під впливом теплової трансформації остаточно набудовується процес наступного основного сезону.

За період з 1994 по 2004 рр. досліджувалися випадки біфуркації полярного фронту у весняний сезон над територією Європи, у тому числі і над Україною. На рис.3 представлене поле функцій току найбільш характерної синоптичної ситуації весняного періоду 2000 р., на якій чітко простежується розглянутий процес. Біфуркація основної гілки полярного фронту спостерігається над Західною Європою і територією України. Зближення гілок полярного фронту відзначається з 10.04.2000 р. і далі, до початку травня, обидві гілки фронту зближаються настільки, що практично їх можна приймати за одну. Це означає закінчення перехідного сезону і встановлення літнього процесу з комплексом, так званих, теплих погод.

Рис.3

Рис.3. Поле функції току біля поверхні землі: (а) - 30.03.2000 р.,

(б) – 01.04.2000 р., (в) – 16.04.2000 р., (г) – 02.05.2000 р.

Для апробації точності моделювання руху гілок полярного фронту проведена перевірка результатів моделювання на статистично незалежному матеріалі на базі вибірки за три весняних сезони: 1993 р. і 2005 - 2006 рр. Перевірка результатів чисельного експерименту на статистично незалежному матеріалі підтвердила можливість установлення процесу біфуркації полярного фронту за допомогою запропонованої моделі з великим ступенем точності.

У четвертому розділі представлений огляд характеристик небезпечних для народного господарства явищ погоди - заморозків і посух протягом перехідного сезону. Приводиться аналіз звязку умов перезимівлі сільськогосподарських культур, наявності пізніх заморозків і різкої зміни температурного фону з переходом на весняно–літню посуху за весняні сезони 1994 - 2004 рр. Виконано типізацію синоптичних процесів для території України, що сприяють утворенню періодів з небезпечними й особливо небезпечними заморозками. У ході дослідження весняних сезонів виявлено 19 періодів з пізніми заморозками над територією України. Їх наявність характерна практично для всіх років, але з різною інтенсивністю: від слабких до стихійних.

В момент формування заморозків на Україні майже завжди переважає антициклонічне поле біля поверхні землі, що звичайно спостерігається після проходження різко виражених холодних фронтів. Заморозки на території країни в травні мають адвективно-радіаційне походження, де фактор адвекції холодного повітря одночасно з адвекцією високого тиску має вирішальне значення. Утворення небезпечних заморозків в досліджуваний період переважало при, так званому, північному типі процесів, для якого характерна різка меридіональність синоптичних процесів і значна їхня інтенсивність. Розвиток процесів цього типу над Східною Європою протікає при потужній адвекції холоду у всій нижній тропосфері. Контрасти температури у висотній фронтальній зоні, вхід якої розташовується над Норвезьким або Баренцевим морями, дуже великі, що й обумовлює виникнення тут низького холодного антициклону (ядра) і переміщення його на Східну Європу.

В якості доповнення до прогнозу заморозків, яке дозволить надійніше визначати початок літнього сезону, а, отже, і зниження імовірності виникнення заморозків, пропонується аналізувати процес біфуркації полярного фронту; при формуванні єдиної системи фронту очікується закінчення процесу перебудови перехідного сезону і встановлення літнього режиму погоди. Перевірка запропонованої методики прогнозу пізніх заморозків на незалежному матеріалі за весняні сезони 2005 - 2006 рр. показала задовільні результати використання даного критерію: після закінчення процесу біфуркації пізні заморозки на території України не реєструвалися.

Слід зазначити, що в досліджувані весняні періоди негативний вплив дії заморозків був значно підсилений тим, що вони спостерігались після аномально теплих попередніх місяців на фоні загального глобального потепління, а також в окремі роки (1997 – 1999 рр., 2003 р.) їх утворення співпало з формуванням весняних посух.

Весняні посухи є небезпечним явищем у перехідний сезон. Виникнення посух пов'язане з атмосферними процесами, що визначають тривалу антициклональну погоду. Найбільш частий розвиток посух на Україні відбувається при порушенні зонального переносу в атмосфері, при так званих процесах блокування зонального потоку (до 70 % посух).

Для визначення інтенсивності посух на Україні в розглянутий період використовувався критерій посушливості Д.А. Педя (Si) і гідротермічний коефіцієнт Г.Т. Селянинова (ГТК). Найбільш масштабні, що охоплюють всю територію країни, інтенсивні посухи в період дослідження спостерігалися в 5 перехідних сезонах (Si = 2,1…3,8; ГТК = 0,1…0,6), а етапи із суховійно-посушливими явищами по регіонах зустрічалися в 27 випадках.

ВИСНОВКИ

В дисертації проведене теоретичне узагальнення і здійснене рішення наукової задачі, що полягає в комплексному дослідженні синоптико-кліматичних особливостей атмосферних процесів, які безпосередньо впливають на формування погодних аномалій на території України у весняний сезон, шляхом фізичного аналізу і моделювання цих процесів з метою одержання діагностичних і прогностичних аналогів для розробки прогнозів погоди.

У результаті виконаного дослідження можна зробити наступні висновки:

1. Синоптичні процеси, що призводять до появи аномальних явищ в весняному сезоні в Україні, в основному, реалізуються при поширенні над територією Європи гребеневих структур. Генезис гребеневих структур визначається розвитком основних центрів дії, тобто Азорського та Сибірського максимумів атмосферного тиску.

2. Виконано типізацію синоптичних процесів для території України, які сприяють утворенню періодів з небезпечними й особливо небезпечними заморозками. При утворенні небезпечних і особливо небезпечних заморозків на території України практично завжди переважає антициклонічне поле біля поверхні землі, що звичайно спостерігається після проходження різко виражених холодних фронтів.

3. Пропонується розглядати рух гілок полярного фронту, як додатковий критерій, що дозволить надійніше передбачувати початок літнього сезону а, отже, і зниження імовірності виникнення заморозків.

4. Встановлено, що формування однієї гілки полярного фронту означає початок процесу перебудови перехідного сезону до літнього періоду. Повне усунення біфуркації полярного фронту може відбутися при практичному злитті двох його гілок. Для прогнозу зміщення фронтальних розділів виконане врахування теплової трансформації повітряних мас і підстильної поверхні, динамічних факторів циклогенезу і деформації лінії фронту.

5. Виявлено зв'язок типових аналогів досліджених синоптичних процесів з географічним положенням полярного й арктичного фронтів і генезисом гребеневих структур. Розвиток гребеневих структур, які сприяють формуванню погодних аномалій, переважно залежить від градієнта, що складається в полі густини і обумовлений структурою поля вологості.

6. Запропоновані способи розрахунку процесів кумулятивного цикло- і антициклогенезу дозволяють оцінити можливість виникнення пізніх заморозків і аномалій у розподілі опадів.

7. Отримана типова картина ліній току, яка розрахована за даними про можливу конвекцію в антициклонічному полі і дозволяє визначити терміни початку і тривалість весняної посухи.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ НАУКОВИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ивус Г.П., Семергей-Чумаченко А.Б., Нажмудинова Е.Н. Фронтогенез и струйные течения нижних уровней над Украиной // Метеорология, климатология и гидрология. – 1999. – Вып. 39. – С. 101 – 104.

2. Ивус Г.П., Нажмудинова Е.Н. Динамика полярных фронтов над территорией Украины // Метеорология, климатология и гидрология. – 2001. – Вып. 44 – С. 39 – 43.

3. Нажмудинова Е.Н. Условия формирования поздних весенних заморозков на территории Украины в мае 2002 г. // Метеорология, климатология и гидрология. – 2002. – Вып. 46 – С. 101 – 105.

4. Ивус Г.П., Нажмудинова Е.Н. Бифуркация полярного фронта в весенний период // Культура народов Причерноморья. – 2005. – № 61. – С. 10 – 15.

5. Ивус Г.П., Нажмудинова Е.Н. К вопросу о процессах кумулятивного антициклогенеза // Культура народов Причерноморья. – 2006. – № 79. – С.12 – 16.

6. Нажмудинова Е.Н. Динамика климатологических фронтов // ІІ наукова конференція молодих вчених ОГМІ. Тези доповідей. – Одеса: ОГМІ, 2001. – С. 11.

7. Нажмудинова Е.Н. Влияние антициклонального характера погоды весеннего сезона на сельскохозяйственную деятельность // Тези доповідей міжнародної конференції “Гідрометеорологія і охорона навколишнього середовища – 2002”. – Одеса, 2002. – С. 134.

8. Ивус Г.П., Нажмудинова Е.Н. Поздние весенние заморозки над Украиной // ІІІ наукова конференція молодих вчених ОДЕКУ. Тези доповідей. – Одеса: ОДЕКУ, 2003. – С. 112 – 114.

9. Нажмудинова Е.Н., Ивус Г.П. Гребневые структуры и их роль в формировании погодных условий весеннего сезона на Украине // ІV наукова конференція молодих вчених ОДЕКУ. Матеріали конференції. – Одеса: ОДЕКУ, 2004. – С. 118 – 119.

10. Ивус Г.П., Нажмудинова Е.Н. Оценка вклада движения полярных фронтов в формирование поздних заморозков // VI наукова конференція молодих вчених ОДЕКУ. Тези доповідей. – Одеса: ОДЕКУ, 2006. – С. 137.

АНОТАЦІЇ

Нажмудінова О.М. Формування аномалій погодних умов весняного сезону над Східною Європою. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук. Спеціальність 11.00.09 – метеорологія, кліматологія, агрометеорологія. – Одеський державний екологічний університет, Одеса, 2007.

Дисертаційна робота присвячена вивченню синоптичних процесів основного циклу перехідних періодів і моделюванню цих процесів з метою одержання діагностичних і прогностичних аналогів для розробки прогнозів погоди.

На підставі матеріалів за весняні періоди з 1994 по 2004 рр. проведене синоптико-кліматичне дослідження атмосферних процесів, які призводять до прояву аномалій погодних умов.

Виконано типізацію синоптичних ситуацій, характерних для різних видів перехідних весняних процесів.

За результатами моделювання ситуацій при наявності суховійно-посушливих явищ виділена типова картина розподілу стадій розвитку посухи на території України в представленні полів функції току.

Запропоновані способи розрахунку процесів кумулятивного цикло- і антициклогенезу, які дозволяють оцінити можливість виникнення пізніх заморозків і аномалій у розподілі опадів.

Досліджено процес біфуркації полярного фронту. Запропоновано в якості індикатора визначення термінів встановлення основного сезону використовувати відомості про динаміку кліматологічних фронтів, оскільки на підставі їхньої географічної локалізації визначається імовірність вторгнення на територію України теплих або холодних повітряних мас. Модель рекомендується для прогнозу основного циклу перехідних періодів.

Ключові слова: заморозки, посухи, цикло- і антициклогенез, біфуркація, полярний фронт, функція току.

Нажмудинова Е.Н. Формирование аномалий погодных условий весеннего сезона над Восточной Европой. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата географических наук. Специальность 11.00.09 - метеорология, климатология, агрометеорология. - Одесский государственный экологический университет, Одесса, 2007.

Диссертационная работа посвящена изучению синоптических процессов основного цикла переходных периодов и моделированию этих процессов с целью получения диагностических и прогностических аналогов для разработки прогнозов погоды.

На основании материалов за весенние периоды с 1994 по 2004 гг. проведено синоптико-климатическое исследование атмосферных процессов, приводящих к проявлению аномалий погодных условий.

Выполнена типизация синоптических ситуаций, характерных для разных видов переходных весенних процессов. На её основании выделено три основных типа синоптических процессов: 1 тип – соответствует циклоническому вторжению при слабом блокировании с востока гребневым отрогом, идущим через восточную часть Северного Кавказа и Прикаспийскую низменность, 2 тип - возникает при блокировании циклонической серии гребнем Сибирского антициклона, 3 тип – определяет гребневое вторжение от Арктического антициклона при сохранении гребневого отрога Сибирского антициклона и обусловливает выход на территорию Украины южных циклонов. Наибольшая повторяемость соответствует 1 типу – 42 %. Особыми разновидностями всех трех перечисленных процессов являются комбинированные ситуации с более интенсивным развитием одной из трех гребневых структур. Расчет функции тока указанных процессов выполнен в геострофическом приближении.

По результатам моделирования ситуаций при наличии суховейно-засушливых явлений выделена типовая картина распределения стадий развития засухи на территории Украины в представлении полей функции тока. Возникновение ячеек Релея - Бенара над территорией Украины, отмечаемое по спутниковым фотоснимкам облачности в весенний период в условиях резкого потепления, служит предиктором к возможному установлению весенней засухи на почве. Если процесс конвекции по Релею - Бенару начинает ослабевать в гребневых структурах, то это может означать, что подпитывающий его почвенный влагозапас исчерпывается и начинается засуха.

Аномалии погоды являются следствием возникновения аномальных режимов циркуляции атмосферы. Увеличение меридиональности потока свидетельствует о том, что ультрадлинные волны (волны Россби) становятся стационарными и переходят в некоторых ситуациях в стадию солитона Россби или преобразовываются в блок. Развитие засух на Украине наиболее часто происходит именно при нарушении зонального переноса.

Предвидеть развитие кумулятивных процессов можно с помощью анализа спектральных частотных характеристик синоптического процесса за относительно длительный период времени, достаточный для того, чтобы в поле плотности сформировалось соответствующее градиентное напряжение, вызывающее квазиакустические продольные волны.

Разновидностью ситуаций, приводящих к проявлению аномального распределения той или иной метеорологической величины, являются кумулятивные прорывы в атмосфере. К ним относятся процессы кумулятивного цикло - и антициклогенеза, в которых определяющую роль играют скорость вторжения, время существования и быстрый процесс развития. Кумулятивные эффекты гребневых вторжений происходят над территориями, на которых осуществляется стационирование волн Россби, и частоты волн Кельвина при этом совпадают с частотами волн Россби. Пороговые значения поля градиента плотности имеют разрывную структуру и поэтому могут анализироваться на основе спектрального анализа стохастических процессов. Кумулятивный антициклогенез происходит на основе квазизвуковых продольных волновых процессов, тогда как кумулятивный циклогенез происходит без продольных волн в поле плотности.

Предложенные в диссертации способы расчета процессов кумулятивного цикло - и антициклогенеза позволяют оценить возможность возникновения поздних заморозков и аномалий в распределении осадков.

Исследован процесс бифуркации полярного фронта в весенний сезон над территорией Восточной Европы. Обе ветви полярного фронта претерпевают влияние динамических процессов циклогенеза, которые способствуют быстрому перемещению как фронтов, так и самих воздушных масс с сохранением присущих им тепловых свойств, и воздействуют на всю территорию Украины как единый климатический полярный фронт. В качестве индикатора для определения сроков установления основного сезона предлагается использовать сведения о динамике климатических фронтов, поскольку на основании их географической локализации рассчитывается вероятность вторжения на территорию Украины теплых или холодных воздушных масс. Приведен математический аппарат, описывающий ход сближения ветвей фронта под влиянием взаимодействия полей скорости, порождаемых вихреисточниками мезо - и макромасштаба, в котором выполнен учет тепловой трансформации воздушных масс и подстилающей поверхности, динамических факторов циклогенеза и деформации линии фронта. Модель рекомендуется для прогноза основного цикла переходных периодов.

Ключевые слова: заморозки, засухи, цикло - и антициклогенез, бифуркация, полярный фронт, функция тока.

Nashmudinova H. Formation of anomalies of weather conditions of a spring season above the East Europe. - Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree of geographic sciences by specialty 11.00.09 - meteorology, climatology, agrometeorology. - The Odessa State Environmental University, Odessa, 2007.

Dissertational work is devoted to studying of synoptic processes of a basis cycle of transition periods and modeling of these processes with the purpose of reception diagnostic and forecasted analogues for development of weather forecasts.

On the basis of materials for the spring periods with 1994 for 2004 it is carried out research synoptic-climatic research of the atmospheric processes leading display of anomalies of weather conditions.

Typification of synoptic situations, characteristic for different kinds of transitive spring processes is executed.

By results of modeling situations at presence the droughty phenomena the allocated typical picture of distribution of stages of development of a drought in territory of Ukraine in representation of fields of function of a current.

To offer ways of calculation of processes cumulative cyclo- and anticyclogenesis which allow estimating an opportunity of occurrence of late frosts and anomalies in distribution of deposits.

Process bifurcation polar front is researched. It is offered to use as the indicator of definition of terms of an establishment of the basic season data on dynamics climatic fronts as on the basis of their geographical localization the probability of intrusion on territory of Ukraine of warm or cold air weights is determined. The model is recommended for the forecast of a basis cycle of transition periods.

Keywords: frosts, droughts, cyclo- and anticyclogenesis, bifurcation, polar front, function of a current.