Метеорологические условия образования радиационных туманов.

Наиболее благоприятными для образования радиационных туманов являются следующие условия:

─ безоблачная или малооблачная погода в ночные часы;

─ слабый ветер (1-3 м/с) у земли;

─ небольшое увеличение скорости ветра с высотой (в слое 300-600 м на 2-6м/с );

─ высокая относительная влажность воздуха вечером (более 60%) у земли и малый дефицит точки росы ( не более 6-8 °С) в приземном слое воздуха ;

─ увлажнение воздуха вечером в результате выпадения дождя;

─ инверсионное распределение температуры в слое от поверхности земли до высоты 50-300 м.

Условия для образования радиационных туманов часто создаются в антициклонах, их отрогах, барических гребнях и седловинах. Летом туманы могут образовываться и в поле пониженного давления с небольшими барическими градиентами.

При полном штиле, когда перенос влаги от подстилающей поверхности обусловлен только молекулярными процессами и захватывает очень тонкий слой приземного воздуха , возникают поземные туманы или туман не образуется совсем .

Расчётные методы прогноза радиационных туманов включают, как правило, решение двух задач ─ определение температуры туманообразования и минимальной температуры воздуха на предстоящую ночь. Если , в прогнозе указывается туман.

Прогноз радиационного тумана и времени его образования по методу

А.С. Зверева.

Ночное понижение температуры воздуха является одним из основных факторов, определяющих возможность образования радиационного тумана. Оно зависит от температуры воздуха у поверхности земли и относительной влажности воздуха в исходный момент, от ожидаемого количества и формы облаков , скорости ветра у поверхности земли, т.е.. Для прогноза значения. рекомендуются номограммы А.С. Зверева [2,3], которые были аппроксимированы с достаточной для практики точности и тем самым обеспечено автоматизированное решение данной задачи. Отметим, что формулы по которым вычисляется ночное понижение температуры воздуха за 13 часов и за 19 часов различаются.

Расчетные формулы и алгоритмы реализации метода.

1. Вычисляется относительная влажность воздуха f по формулам:

2. Определяется поправочный коэффициент m по ожидаемому количеству и форме облаков

где – коэффициент, соответствующий ожидаемой форме облаков, составляет для облачности: нижнего яруса – 0,09; среднего яруса – 0,06; среднего яруса средней плотности – 0,05 среднего яруса тонкой 0.004; верхнего яруса плотной – 0,002 и верхнего яруса тонкой – 0,01;

3. Вычисляется ночное понижение температуры воздуха без учета поправок на облачность и ветер по формуле

Если прогноз за 13 часов:

Формула получена путем аппроксимации номограммы , приведенной в [3].

Если прогноз за 19 часов:

Формула получена путем аппроксимации номограммы , приведенной в [3].

4. Вычисляется искомое ночное понижение температуры воздуха с учетом поправок на облачность и ветер по формуле

где - переменная, обеспечивающая поправку значения на величину В с учетом местных условий.

Формула получена путем совместной аппроксимации номограмм, определяющих , приведённой в [3].

5. Определяется понижение температуры воздуха, необходимое для образования тумана , по формуле

Эта формула получена путем аппроксимации номограммы, приведенной в [3].

6. Если , то прогнозируется отсутствие радиационного тумана.

Если , то в прогнозе указывается туман и осуществляется прогноз времени образования тумана.

В формулах величина – переменная, обеспечивающая корректировку метода путем учета местных условий;

7. Находится время образования тумана, последовательно определив:

- отношение

- долю ночного времени (от захода до восхода солнца), соответствующую началу образования тумана по формуле

Она получена путем аппроксимации графика , приведенного в [3].

- время восхода и захода солнца в часах

- продолжительность ночи

- время начала образования тумана

, ч;

,ч. мин.

и если t<0, т.е. отрицательное число, то окончательно

8. В связи с тем, что минимальная температура воздуха рассчитывается на основании только трансформационных изменений предлагается расчёт минимальной температуры производить с учётом адвекции тепла или холода, которые рассчитываются по картам погоды за ночь. При этом формула расчёта минимальной температуры имеет вид:

где - адвективные изменения температуры. ( - адвекция тепла; - адвекция холода).

Прогноз радиационного тумана и времени его образования по методу М.Е.Берлянда

Сущность метода. Метод основан на определении величины эффективного излучения подстилающей поверхности с учетом основных влияющих на него факторов: температуры и влажности воздуха, преобладающих облачности и ветра, температуры и состояния подстилающей поверхности, продолжительности периода выхолаживания.

Метод может использоваться в случаях, когда подстилающая поверхность открыта от снега, а температура воздуха находится в пределах 0…+30^о С. При замершей почве и отрицательных температурах воздуха (до – 20^о С ) метод позволяет определить только минимальную температуру воздуха, но погрешности в этом случае будут значительно больше. Для расчетов минимальной температуры воздуха над замершей почвой используется коэффициент состояния подстилающей поверхности для мокрой почвы.

Заблаговременность прогноза составляет 4-18 ч. Исходным сроком может быть любое время от 13 ч и позже.

Возможность образования радиационного тумана выявляется из сравнения значения минимальной температуры воздуха ( Т_min ), полученного с помощью номограммы, и температуры туманообразования (Т_т), рассчитываемой по следующим формулам.

При наличии данных радиозондирования :

Где – температура точки росы, измеренная в исходный срок.

При отсутствии данных радиозондирования :

, если

, если

При этом, если Т_min – Т_т ³ 1^о , - радиационного ухудшение видимости не прогнозируется; если Т_min – Т_т находится в пределах от + 1^о до 0 ^о, прогнозируется дымка при видимости 1 – 2 км; если Т_min – Т_т попадает в интервал 0 - 1^о, - прогнозируется туман при видимости 1000 – 500 м; при Т_min – Т_т от – 1^о до – 2^о – прогнозируется туман при видимости 500 – 200 м и при Т_min – Т_т ниже – 2^о – туман при видимости 50 – 200 м.

Время образования тумана рассчитывается с помощью той же номограммы путем обратной задачи – определения промежутка времени, необходимого для понижения исходной температуры до значения Т_т .

Алгоритм реализации метода.

1. Определение величины эффективного излучения при безоблачном небе производится по формуле

где – температура воздуха в исходный срок (⁰С);

e - парциальное давление водяного пара в исходный срок (гПа).

2. Значение ''е'' рассчитывается с помощью психрометрической формулы

где = 273,16 К, Т_d - температура точки росы в исходных срок в Кельвинах

3. Учет влияния облачности на величину эффективного излучения производится по формуле

где - коэффициенты для учета влияния на величину эффектного излучения противоизлучения нижней, средней и верхней облачности, представленные в табл.2 ;

- количество нижней, средней и верхней облачности, определяемое наземным наблюдателем. ≤ 10

Таблица 1

Зависимость коэффициентов противоизлучения

нижней, средней и верхней облачности

от широты места и времени года

Широта (φ)	Полугодие
Больше 600	Холодное Теплое	0,90 0,86	0,77 0,72	0,28 0,27
60 - 500	Холодное Теплое	0,86 0,80	0,74 0,67	0,27 0,24
50 - 400	Холодное Теплое	0,82 0,78	0,69 0,65	0,24 0,19

4. При наличии у синоптика данных радиозондирования, близких по времени к исходному сроку, вводится поправка к на стратификацию атмосферы в соответствии с табл. 2.

Таблица 2

Значения поправки в зависимости от стратификации атмосферы

γср γ,оС/100 м	-0,6	0,3	0,6	0,9	1,2	1,5
Поправка Е, кал/см2 мин	0,03	-0,01	-0,03	-0,04	-0,05	-0,7

где γ_ср = 0,6 ^оС/100 м; γ = ; _, - температура (^оС) и высота (м) первой особой точки, – приземная температура по данным радиозондирования.

5. Определение ночного понижения температуры воздуха с учетом состояния почвы и скорости ветра производится с помощью формулы

где - ночное понижение температуры в течении 10 ч после исходного срока без учета влияния на эффективное излучение температуры поверхности почвы;

K₁ – коэффициент, учитывающий наклон кривых в левой верхней части номограммы и одновременно осуществляющий переход от единиц эффективного излучения к температуре (табл.3)

Таблица 3

Значения коэффициента К₁ в зависимости

от скорости ветра и состояния почвы

Состояние почвы	Скорость ветра, м/с
	1	2	3	4	5	6
Сухая почва	76,7	71,4	67,9	63,6	61,3	60,0
Влажная почва	57,7	55,2	54,0	53,7	53,6	-
Мокрая почва	51,7	51,7	51,7	51,7	51,7	-

6. Расчет ночного понижения температуры с учетом величины промежутка времени от исходного срока до момента восхода Солнца производится с помощью формулы

где ΔТ₂ – величина ночного понижения температуры за время от исходного момента до восхода Солнца (t) без учета поправки на температуру поверхности почвы;

К₂ – коэффициент, учитывающий наклон соответствующих прямых правой верхней части номограммы (табл. 3).

Для перехода от дискретного учета к непрерывному коэффициенты К₂ были аппроксимированы четырьмя формулами, охватывающими временные диапазоны: до 8ч, 8-12 ч, 12-16 ч, более 16 ч.

;

;

;

;

Таблица 4

Значения коэффициентов К₂ в зависимости от промежутка

времени между исходным сроком и восходом Солнца

Промежуток времени (ч)	4	6	8	10	12	15	18
Коэффициент	0,574	0,732	0,884	1,00	1,06	1,12	1,17

7. Величина ночного понижения температуры (ΔТ₂)окончательно складывается из ΔТ₂ и поправки на температуру поверхности и средней температур. Поскольку минимальная температура может быть представлена как исходная температура воздуха минус ночное понижение температуры, можно записать:

рассчитывается с помощью формулы

, если

, если

8. Промежуток времени от исходного срока до момента образования тумана определяется с помощью табл.4 по значению К₂ ,рассчитанному по формуле

9. В связи с тем, что минимальная температура воздуха рассчитывается на основании только трансформационных изменений предлагается расчёт минимальной температуры производить с учётом адвекции тепла или холода, которые рассчитываются по картам погоды за ночь. При этом формула расчёта минимальной температуры имеет вид:

где - адвективные изменения температуры. ( - адвекция тепла; - адвекция холода).

Используемая литература :

1.Отчёт о НИР ”Исследования по математическому и программному обеспечению специализированных вычислителей, предназначенных для решения задач метеорологического обеспечения авиации”, ВВВАИУ, Воронеж 1992 г, стр.60-67.

2.Зверев А.С. “Синоптическая метеорология”.Л.,Гидрометиздат,1977г., 712 стр.

3.Методические рекомендации “Прогноз опасных явлений погоды”, Москва, Воениздат, 1988г.,76с., стр.51-52.

4.Руководство по практическим работам метеорологических подразделений авиации вооружённых сил.