Исследование характеристик циклонов по выходным данным мезомасштабной модели GFS
На основе выходных данных мезомасштабной модели GFS проанализированы траектории смещения и характеристики циклонов, которые оказывали влияние на погодные условия территории Иркутской области в сентябре и октябре 2017 г. Рассчитаны давление, скорость ветра, влагосодержание облаков и потенциальная энергия конвективной неустойчивости в зонах холодного и теплого атмосферных фронтов. Выполнен сравнительный анализ характеристик различных типов циклонов. Особое внимание уделено исследованию процессов регенерации циклонов и изменению энергетики циклона при смещении над неоднородной подстилающей поверхностью.
Ключевые слова: циклон, мезомасштабная модель, давление, скорость ветра, влагосодержание облаков, потенциальная энергия.
Garushchuk S.A., Latysheva I.V.
According on the output of the mesoscale GFS model, displacement trajectories and cyclone characteristics were analyzed that influenced the weather conditions in the Irkutsk region in September and October 2017. Were calculated the pressure, wind speed, cloud moisture content and potential energy of convective instability in the zones of cold and warm atmospheric fronts . A comparative analysis of the characteristics of different types of cyclones is performed. Particular attention is paid to the study of the processes of cyclone regeneration and the change in the cyclone energy when displaced over an inhomogeneous underlying surface.
Keywords: cyclone, mesoscale model, pressure, wind speed, moisture content of clouds, potential energy.
Мощные циклоны средних широт (внетропические циклоны) являются причиной опасных явлений погоды – штормовых ветров, наводнений, снежных заносов и др. [2]. По данным ансамблевого прогноза потепление климата может подавить деятельность внетропических циклонов за счёт снижения бароклинности в нижнем слое тропосферы, благодаря чему к концу XXI века число внетропических циклонов может сократиться приблизительно на 8% по сравнению с современными данными [1]. В тоже время на фоне уменьшения количества внетропических циклонов прогнозируется увеличение количества экстремальных циклонов, что в настоящее время подтверждается ростом количества зимних интенсивных циклонов над Евроатлантическим сектором. Возможно, на фоне повышения температуры возрастают потоки скрытого и явного тепла конденсации, которые во время выноса холодного воздуха с континента на Гольфстрим, способствуют превращению обычного циклона во взрывной тип со скоростью углубления ≥1 гПа/час. В дальнейшем такие циклоны могут группироваться в серии (кластеры) и достигать территории Иркутской области и Забайкалья, сопровождаясь аномальными погодными явлениями.
|
|
|
В этой связи важно проводить исследование энергетики и динамики циклонов, которые смещаются на территорию Иркутской области. Основной интерес представляет анализ влагосодержания и запасов доступной потенциальной энергии, которые реализуются в циклоне в процессы облако- и осадкообразования, образования гроз, шквального усиления ветра. По данным Калинина Н.А. [3] наибольшие значения доступной потенциальной энергии в циклоне умеренных широт отмечаются в слое 800–850 гПа за счёт влияния турбулентных процессов в этом слое. Ещё один максимум отмечается в слое 350–400 гПа, где возрастает дисперсия температуры. В процессе эволюции циклонов максимальные значения доступной потенциальной энергии отмечались в центральной области циклона в стадии его максимального развития, когда по мере углубления циклона степень бароклинности его фронтальной системы усиливается.
|
|
|
В настоящее времясвоевременное обнаружение внетропических циклонов, изучение их характеристик и анализ траектории смещения возможны не только по данным ежедневных синоптических карт, но и по данным Реанализов. В работе исследованы характеристики циклонов, которые оказывали влияние на погоду территории Иркутской области в сентябре и октябре 2017 г. по данным NCEP/NCAR Реанализа Национального центра по прогнозированию окружающей среды и на основе выходных данных мезомасштабной модели GFS [4].
Установлено, что в сентябре и октябре 2017 г. на территорию Иркутской области смещалось шесть циклонов, три из которых имели океаническое происхождение («ныряющие циклоны», которые смещались в направлении с северо-запада на юго-восток), три циклона были «южными», один циклон сформировался над Черным морем, а два циклона образовались над территорией Монголии. С выходами циклонов в г. Иркутске было связано усиление северо-западного ветра до 14 м/с, ливневые осадки и низкая облачность с нижней границей, достигающей 60 м. В качестве характеристик циклонов рассматривались: давление в его центре (гПа), направление и максимальная скорость ветра в циклоне, общее содержание влаги в облаках (кг/м2) и конвективная потенциальная энергия (Дж/кг), которые рассчитывались в зоне холодного и теплого фронтов циклона.
|
|
|
Рис.1. Траектории смещения циклонов, которые оказывали влияние на погодные условия территории Иркутской области в сентябре 2017 г. (а) и октябре 2017 г. (б)
Сравнительный анализ характеристик южных и ныряющих циклонов показал, что скорости ветра достигали больших значений при выходе южных циклонов, влагозапасы облачности были примерно одинаковыми, а накопленные запасы доступной потенциальной энергии значительно выше у ныряющих циклонов. Максимальные значения влагосодержания в облаке у ныряющих циклонов достигали 1,564 кг/м2, у южных 1,273 кг/м2, запасы доступной потенциальной энергии соответственно 125 Дж/кг и 16 Дж/кг. Кроме того, при выходе ныряющих циклонов на территорию Иркутской области происходило углубление циклона, на что указывало падение давления в его центре, а при выходе южных циклонов они быстро заполнялись холодным воздухом и давление в их центре росло.
|
|
|
Наибольший интерес для исследования представляют характеристики тех циклонов, которые сформировались над Атлантикой и Тихим океаном и достигли территории Иркутской области. Такие циклоны практически не исследованы в нашем регионе. Кроме того, в большинстве случаев их характеристики рассмотрены уже при смещении по территории России. Проанализируем динамику циклона, который достиг территории Иркутской в ночь с 22 на 23 сентября 2017 года. Анализ траектории смещения показал, что данный циклон возник из тропического возмущения в Тихом океане 26 августа 2017 г., 5 сентября он влился в систему внетропического циклона вблизи о. Сахалин, 10 сентября сместился к северо-западному побережью Северной Америки, 15 сентября в северную часть Атлантики, 26 сентября на северо-запад Евразии и в ночь с 22 на 23 достиг территории Иркутской области. Таким образом, в данный циклон по мере его смещения поступали воздушные массы с акватории Тихого и Атлантического океанов и континентов Северного полушария.
Первоначально давление в центре циклона составляло 1007 гПа, затем оно понижалось и минимальных значений (967 гПа) достигло при объединении с циклоном на северо-востоке Евразии, в дальнейшем атмосферное давление росло. Однако 12 сентября 2017 г. в бароклинно-активной зоне Северной Атлантики, 19 сентября в районе Скандинавии и 22 сентября при выходе на территорию Иркутской области циклон вновь регенерировал, на что указывает понижение давления в его центре (рис.2а).
Скорость ветра в циклоне изменялась от 12 км/ч в момент формирования до 74 км/ч при углублении в Тихом океане. Причем максимальные скорости ветра в циклоне наблюдались в северо-западной части Тихого океана, вблизи Гренландии и над Скандинавским полуостром, т.е. в наиболее бароклинно активных районах Северного полушария (рис.2б).
Рис. 2. Изменение давления в центре циклона (а) и максимальных значений скорости ветра в циклоне (б) 26.08.2017-22.09.2017 г.
На рис.3 показано изменение влагосодержания и энергетики в зоне теплого и холодного фронтов по мере движения циклона. Видно, что максимальные значения указанных характеристик отмечались при смещении циклона над Тихим океаном. По мере смещения циклона над Евразией влагозапасы облачности уменьшились в 4 раза. При выходе циклона на территорию Иркутской области потенциальная энергия холодного фронта оказалась в два раза больше, чем теплого. Этим можно объяснить бόльшую выраженность холодного фронта в усилении ветра и выпадении осадков, чем теплого.
Рис. 3. Изменение общего содержания влаги в облаках (кг/м2) и конвективной потенциальной энергии (Дж/кг) в циклоне 26.08.2017-22.09.2017 г.
Таким образом, проведённое исследование показало, что применение современных методов исследований в метеорологии существенно расширяет представление о динамике и характеристиках различных типов циклонов. Для прогноза опасных явлений погоды на территории Иркутской области важно знать, с какими характеристиками смещаются циклоны в наш регион, каковы накопленные запасы влаги в зонах холодного и тёплого фронтов, каковы запасы потенциальной энергии неустойчивости, с которой связано усиление ветра и развитие конвекции. В дальнейшем необходимо исследовать сезонные особенности циклогенеза на территории Иркутской области и выделить прогностические признаки возникновения опасных явлений погоды.
Список использованной литературы
1. Акперов М.Г. Сравнительный анализ методов идентификации внетропических циклонов / М.Г. Акперов, И.И. Мохов // Изв. РАН. ФАО. – 2010. – Т.46. – № 5. –C.620-637.
2. Ветров А.Л. Трансформация доступной потенциальной энергии в циклонах вследствие фазовых переходов воды / А.Л. Ветров. – Пермь , 2007. – 100 с .
3. Калинин Н.А. Энергетика циклонов умеренных широт. – Пермь: Изд. ПГУ, 1999. – 192 с.
4. Электронный ресурс– URL: / https://earth.nullschool.net/ (дата обращения 12.10.2017)
Информация об авторе
Гаращук Светлана Александровна – магистр, кафедра метеорологии и охраны атмосферы географического факультета, Иркутский государственный университет, г. Иркутск; e-mail: svetlanchik.g@rambler.ru.
Латышева Инна Валентиновна – доцент, кафедра метеорологии и охраны атмосферы географического факультета, Иркутский государственный университет, г. Иркутск; e-mail: ababab1967@mail.ru.
Author
Garashchuk Svetlana Aleksandrovna – Master, Department of Meteorology and Protection of the Atmosphere, Faculty of Geography, Irkutsk State University, Irkutsk; e-mail: svetlanchik.g@rambler.ru.
Latysheva Inna Valentinovna – Associate Professor, Department of Meteorology and Atmospheric Protection, Geographical Faculty, Irkutsk State University, Irkutsk; e-mail: ababab1967@mail.ru.
УДК 63:551.582(571.53)
Домбровская Н.С., Латышева И.В.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 288; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!