Под сдвигом ветра принято понимать изменение направления и скорости ветра в пространстве, включая восходящие и нисходящие потоки. Различают вертикальный и горизонтальный сдвиг ветра. В данной работе рассматриваются методы автоматизированной оценки вертикального сдвига ветра, под которым понимается изменение ветра по вертикали. По интенсивности различают слабый  (0 ─ 2,0), умеренный (2,1 ─ 4,0) ,сильный (4,1─ 6,0) и очень сильный более 6 м/с на 30 м высоты сдвиг ветра

 Признаки наличия сдвига ветра

Сдвиги ветра наиболее часто наблюдаются в зонах интенсивной конвекции и атмосферных фронтов, в области инверсии темпе­ратуры, на подветренной стороне орографических препятствий и крупных сооружений.

Сильные и очень сильные вертикальные и горизонтальные сдвиги ветра, вертикальные потоки воздуха с большими скоростями ветра наблюдаются в зоне «фронтов порывистости», связанных с грозовыми облаками. Фронты порывистости могут располагаться на удалении от границ облака до 10, а в передней части—до 30 км. Признаками прохождения фронта порывистости являются резкие усиления ветра, скачки давления и температуры.

Прохождение атмосферных фронтов, особенно хорошо выраженных и имеющих большую скорость движения, сопровождается сдвигами ветра. Опасность фронтальных сдвигов ветра заключа­ется в значительных вертикальных и горизонтальных изменениях, как скорости, так и направления ветра в сочетании с мощными вертикальными потоками воздуха. Сдвиги ветра, связанные с теплыми фронтами, наблюдаются за 5—6 часов до прохождения приземного фронта и сохраняются до его прохождения. На холодных фронтах сдвиги ветра отмечаются в момент прохождения фронта и в течение последующих трех часов.

В условиях приземной инверсии температуры, образующейся на периферии антициклона (циклона), часто наблюдаются сильные и очень сильные сдвиги ветра. Такие сдвиги ветра возникают при определенной последовательности процессов. Сначала, в первой половине ночи, должна при слабом ветре и безоблачном небе образоваться инверсия, а во второй половине ночи — произойти увеличение горизонтального барического градиента и усиление ветра на верхней границе инверсии. При таких условиях на высотах более 40—50 м образуются сильные и очень сильные сдвиги ветра.

Значительные сдвиги ветра могут возникать под влиянием орографии. В процессе обтекания воздушным потоком, имеющим значительную скорость, орографического препятствия на наветренной его стороне формируется восходящий поток, над вершиной возрастает скорость ветра, а на подветренной стороне возникают сильные и очень сильные вертикальные и горизонтальные сдвиги ветра, вертикальные потоки и интенсивная турбулентность.

Сдвиги ветра наблюдаются также в зоне влияния некоторых видов местных ветров (бора, бриз, стоковые) при определенной синоптической обстановке.

 

 

Прогноз вертикального сдвига ветра в приземном слое

 в зависимости от скорости перемещения холодного фронта и контраста температуры на фронте по методу А.А.Васильева.

 

Исходными данными для качественной оценки интенсивности сдвига ветра по данному методу являются: скорость перемещения холодного фронта  и контраст температуры на фронте . Для прогноза сдвига ветра рекомендуется использовать график.

 

 

Рис. 1. Зависимость вертикального сдвига ветра от скорости перемещения холодного фронта (V) и конт­раста температуры на фронте ()

 

 

Алгоритм реализации метода.

 

1.Вычисляется по формуле пороговое значение скорости перемещения холодного фронта , выше которой при наблюдаемом значении контраста температуры на фронте возможен умеренный или сильный сдвиг ветра.

 

, км /ч

 

Эта формула получена путём аппроксимации дискриминантной линии  , которая делит всю плоскость вероятных условий  на две области: область умеренного и сильного сдвига ветра (более 2 м/с на 30 м) и область отсутствия  и слабого сдвига ветра. 

2. Вычисляется разность между пороговым и вычисленным значениями  с учетом возможной поправки  и определяется ее знак для принятия решения по нему о возможности возникновения шквала.

 

Если                               , то прогнозируется вертикальный сдвиг ветра от умеренного до

 сильного, т.е. более 2 м /с на 30 м высоты.

 

Если                               , то прогнозируется отсутствие или слабый сдвиг ветра.

 

 

Прогноз вертикального сдвига ветра в зависимости

 от скорости ветра и вертикального градиента температуры в слое инверсии

по методу В.Г.Глазунова

 

  Данный метод позволяет выполнить диагноз и прогноз величины сдвига ветра в области приземной инверсии по скорости ветра на верхней границе  инверсии , которую можно принять равной градиентному ветру, определённому  по приземному барическому полю, и вертикальному градиенту в слое инверсии  .  Для прогноза рекомендуется использовать номограмму , представленную на рис.2.

 

Рис. 2. График зависимости величины вертикального сдвига ветра от скорости ветра на верхней границе инверсии () и вертикального градиента температуры в слое инверсии ()

 

Алгоритм реализации метода.

  1.Определяется скорость градиентного ветра по формулам, приведённым в [5]:

, м/с,

 

, м/с,

 

  2.Вычисляется величина сдвига ветра в области приземной инверсии  по формуле

 

,м/с       на 30м,

Формула получена путём аппроксимации номограммы, представляющей  , приняв .

 

 

Определение фонового вертикального сдвига ветра

 в слое от 10 до 100 м по скорости геострофического ветра  и разности температур

 у земли и на уровне поверхности 850 мбар по методу Л.Р.Орленко

 

Исходной информацией для определения сдвига по этому методу являются: температура воздуха у земли  и на уровне 850 мбар , широта местоположения аэродрома  и расстояние между соседними изобарами на приземных картах в сотнях километров.

 

 

Алгоритм реализации метода

 

  Над травяным покровом

 

  Аналитическое решение задачи обеспечено получением алгебраического выражения путём аппроксимации номограммы функции , приведённой на рис.3.

 

Рис.3.Номограмма для определения фонового вертикального сдвига ветра в слое от 10 до 100 м по скорости геострофического ветра  и разности температур у земли и на уровне поверхности 850 мбар над травяным покровом

 

1.Вычисляется скорость геострофического ветра у земли по формуле

 

, м/с,

 

и разность температур у земли и на уровне 850 мбар

 

 ,°С

 

  2.Вычисляется фоновое значение вертикального сдвига ветра в слое от 10 до 100 м над травяным покровом по формуле

 

,м/с   на 30 м высоты

 

Над снежным  покровом

 

  Аналитическое решение задачи обеспечено получением алгебраического выражения путём аппроксимации номограммы функции , приведённой на рис.3.

 

Рис.3.Номограмма для определения фонового вертикального сдвига ветра в слое от 10 до 100 м по скорости геострофического ветра  и разности температур у земли и на уровне поверхности 850 мбар над снежным покровом

1.Вычисляется скорость геострофического ветра у земли по формуле

 

, м/с,

 

и разность температур у земли и на уровне 850 мбар

 

 ,°С

 

  2.Вычисляется фоновое значение вертикального сдвига ветра в слое от 10 до 100 м над травяным покровом по формуле

 

,м/с    на 30 м высоты

 

 

Используемая литература :

1.Руководство по прогнозированию метеорологических условий для авиации. Л., Гидрометиздат , 1985г.

2.Методические рекомендации “Прогноз опасных явлений погоды”, Москва, Воениздат, 1988г.,стр.66-68.

3.Отчёт о НИР ”Исследования по математическому и программному обеспечению специализированных вычислителей, предназначенных для решения задач метеорологического обеспечения авиации”, ВВВАИУ, Воронеж 1992 г, стр.96-102.