Прогноз шквалов по методу Г.Д. Решетова

Метод успешно применяется для прогноза шквалов (со скоростями ветра не менее 15 м/с) над европейской частью СНГ. Метод имеет много общего с методами прогноза гроз и града, разработанными этим автором. Условия, благоприятные для возникновения шквалов, складываются обычно во второй половине дня вблизи вершин волновых возмущений на фронтах и в зонах холодных фронтов, смещающихся со скоростью 30—40 км/ч и более; небольшая часть фронтальных шквалов возникает на стационарных и медленно движущихся холодных фронтах с волновыми возмущениями, а также на фронтах окклюзии при смещении их со скоростью 20—30 км/ч и менее. Внутримассовые шквалы, составляющие 5—10 % общего рассмотренного числа шквалов, наблюдались в малоградиентных областях повышенного и пониженного давления на южной, юго-западной и западной перифериях обширных, малоподвижных антициклонов при значительной неустойчивости теплой и влажной воздушной массы. Наряду с благоприятными условиями для развития шквалов выделен класс неблагоприятных условий. В соответствии с этим первый этап прогноза шквалов по методу Решетова предусматривает анализ ожидаемого синоптического положения с целью определения, является ли оно благоприятным для развития шквалов. В случае отрицательного ответа дальнейшие расчеты не производятся. В случае положительного ответа рассчитываются предикторы, по два в каждом из двух предложенных вариантов прогноза.

Вариант первый

Метод включает решение двух задач: прогноз возможности возникновения шквала и прогноз максимальной скорости ветра при шквале [1-5]

а). Прогноз возможности возникновения шквала.

Для прогноза шквала по этому методу используется два параметра

, °С ;

, °С ;

где - максимальная температура воздуха у поверхности земли перед грозовым дождем °С;

- условный параметр, называемый температурой смоченного термометра, °С;

Совокупность точек (), соответствующих возможным различным значениям , образуют две разделимые области возможных состояний атмосферы. Одна из них включает такие состояния атмосферы, при которых с большой вероятностью возможен шквал, а другая – при которых он мало вероятен или практически невозможен. Таким образом, задача прогноза возможности возникновения шквала с использованием указанных параметров (предикторов) относится к классу задач дискриминантного анализа. Графический способ ее решения по методу Г.Д. Решетова дается в [1,2].

Алгоритм реализации метода.

1. Вычисляется нулевая температура смоченного термометра

С использованием аэрологической диаграммы она определяется следующим образом. На аэрологической диаграмме находим точку пересечения кривой стратификации с изотермой 0С; аналогично находим точку пересечения кривой точки росы с изотермой 0С. Далее на изотерме 0С находим точку в середине слоя между двумя уже найденными точками. Приближенно температура смоченного термометра в этой точке равна 0С. Из данной точки вдоль влажной адиабаты перемещается до пересечения с изобарой приземного давления. В точке пересечения отсчитываем значение нулевой температуры смоченного термометра .

Итак, для аналитического решения задачи по определению необходимо иметь формулы, по которым однозначно вычисляются высоты , на которых =0 и = 0,точка в середине слоя , давление атмосферы на уровне и выражение влажной адиабаты. Полагая, что изменение и на высоте на небольшом интервале высот является линейным, находим середину слоя между уровнями, на которых =0 и = 0, по формулам:

, м , (1)

,м , (2)

,м ; (3)

давление атмосферы на уровне по формулам:

,м , (4)

, °С (5)

, мбар (6)

нулевую температуру смоченного термометра по формулам:

,

, °С (7)

Заметим, что формулы (1) и (2) получены, исходя из линейных геометрических соотношений распределения температуры воздуха в слое, ограниченном высотами . Формула (6) есть барометрическая формула реальной атмосферы . Формула (7) получается из формулы описывающей влажноадиабатический процесс, при условии, что при решении данной задачи во всех случаях Т= 0С .

В формулах (?) – (?):

– высота, соответствующая стандартному уровню, на которой температура воздуха , м;

– высота, соответствующая стандартному уровню, на которой температура воздуха , м;

– высота, соответствующая стандартному уровню, на которой температура точки росы ,м;

– высота соответствующая стандартному уровню, на которой температура точки росы м;

– температура воздуха на высоте ;

– температура воздуха на высоте ;

– температура точки росы на высоте ;

– температура точки росы на высоте ;

– атмосферное давление на высоте , соответствующей стандартному уровню, на котором ,мбар;

– атмосферное давление у поверхности земли, мбар;

1. Вычисляются значения параметров

, °С ;

, °С ;

2. Вычисляется пороговое значение параметра по формуле

Данное выражение получено путем аппроксимации дискриминантной линии, разделяющей совокупность возможных условий возникновения шквала () на две области [1].

4. 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 >0, то прогнозируется возникновение шквала и определяется максимальная скорость ветра при шквале;

Если ≤0 , то прогнозируется отсутствие шквала и дальнейшая разработка прогноза прекращается.

б). Оценка максимальной скорости ветра при шквале.

5. Вычисляется максимальная скорость ветра при шквале по формуле

,м/с,

Данное выражение получено путем аппроксимации графического представления в [1] функциональной зависимости .

. В формуле величина есть переменная, обеспечивающая корректировку выражения, определяющего максимальную скорость ветра при шквале, с учетом местных условий.

Вариант второй

Метод применяется для прогноза фронтальных шквалов и включает решение двух задач: прогноз возможности возникновения шквалов и прогноз максимальной скорости ветра при шквале [2,3].

а) Прогноз возможности возникновения шквала.

Для прогноза шквала по второму варианту используются следующие два параметра:

сумма отклонений кривой состояния от кривой стратификации на уровнях 850, 700, 600, 500 мбар

, °С

и как в первом варианте разность между ожидаемой максимальной температурой у поверхности земли и температурой на уровне 500 мбар

, °С ;

Алгоритм реализации метода.

1.Вычисляется нулевая температура частицы воздуха на уровне конденсации

, °К;

2. Вычисляется температура частицы воздуха на уровне 850 мбар

;

;

, °С ;

3.Организуется сумматор

;

4.Вычисляется аналогичным образом температура частицы воздуха на уровне 700 мбар, имея

;

5.Вычисляется сумма

;

Аналогично по этим формулам последовательными действиями вычисляются и и окончательное значение .

6.Вычисляется значение второго параметра по формуле

, °С ;

7. Вычисляется пороговое значение параметра по формуле

, °С ,

которая получена путём аппроксимации дискриминантной линии, разделяющей совокупность возможных условий возникновения шквала () на две области: область шквала и область отсутствия шквала.

Рис. 1. График для оценки возможности шквала по методу Г. Д. Решетова

8. 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 >0, то прогнозируется возникновение шквала и определяется максимальная скорость ветра при шквале;

Если ≤0 , то прогнозируется отсутствие шквала и дальнейшая разработка прогноза прекращается.

б). Оценка максимальной скорости ветра при шквале.

9.Вычисляется нулевая температура смоченного термометра (см. Решетов (вариант первый));

10.Находится значение параметра по формуле

, °С ;

11.Вычисляется средняя скорость ветра от поверхности земли до уровня 500 мбар по формуле

, м/с ;

12. Вычисляется максимальная скорость ветра при шквале по формуле

, м/с .

В формуле величина есть переменная, обеспечивающая корректировку выражения, определяющего максимальную скорость ветра при шквале, с учетом местных условий.

Данное выражение получено путем аппроксимации графического представления функциональной зависимости .

Рис. 2. График для определения максимальной скорости ветра при шквале (по Г. Д. Решетову)

Используемая литература :

1.Руководство по практическим работам метеорологических подразделений авиации Вооружённых Сил . М., Воениздат, 1992г., стр 276.

2.Руководство по прогнозированию метеорологических условий для авиации. Л., Гидрометиздат , 1985г.,стр 157-160.

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

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

5.Отчёт о НИР ”Исследования по математическому и программному обеспечению специализированных вычислителей, предназначенных для решения задач метеорологического обеспечения авиации”, ВВВАИУ, Воронеж 1992 г, стр.38-46.