25278 (Пірнаючі циклони над Україною)

ТЕМА: Пірнаючі циклони над Україною

Зміст

1. Поняття "пірнаючі циклони", умови утворення, траєкторії, погодні умови

2. Актуальність та ступінь дослідженості тематики

3. Виявлення пірнаючих циклонів на території України

4. Аналіз енергетики і вологовмісту пірнаючих циклонів

5. Дослідження динаміки енергетики і вологовмісту пірнаючих циклонів в процесі їх еволюції

Список літератури

1. Поняття "пірнаючі циклони", умови утворення, траєкторії, погодні умови

Пірнаючими називають циклони, які переміщуються з високих широт з великою пiвнiчною складовою.

"Пірнаючий" циклон - позатропічний циклон, що характеризується особливою траєкторією, як правило, з півночі на південь і високою швидкістю переміщення.

Термін "Пірнаючий" пов'язаний із зовнішнім сприйняттям географічної карти: все, що на півночі - вгорі, все, що на півдні - внизу.

Циклон, на великій швидкості - 50 км/ч хоч би - що уривається з півночі на південні території асоціюється з чимось, що повалилося зверху або що "упірнув". Хороша швидкість переміщення циклону зазвичай супроводиться явищами погоди, характерними для фронтів, на яких, загалом і тримається циклон (а попереду завжди теплий фронт: дощ, вітер, часто гроза (якщо теплий період). Різке падіння атмосферного тиску - за визначенням.

В разі "пірнаючого" циклону всі його частини знаходяться із зрушенням на 90° відносно "звичайного" (рухомого із заходу на схід) циклону: передня частина і теплий фронт на півдні (а не сході), теплий сектор - на заході (а не півдні), тилова частина - на півночі і північному сході (а не заході і північному заході). У ряді випадків за "упірнаючим" циклоном слідує ультраполярное вторгнення (обвал холоду із півночі та схожу і вихід арктичного антициклону або гребеня високого тиску з півночі).

Для Європейської території СНД траєкторії "упірнаючих" циклонів проходят частіше всього:

від Баренцева морить через Фінляндію і захід центру Європейської території Росії на нижній Дон;

від мису Канін ніс через Корів на Татарстан і далі на пониззя Уралу;

від Північного моря через Ськагерраксий проливши і Польщу на нижній Дунай і далі на Курдестан.

Характерна синоптична ситуація при цьому - блокада зі сходу західного перенесення потужним антициклоном. При цьому зазвичай присутній ще один антициклон з центром на північному заході Європи, частенько це відріг від Гренландського максимуму. Чим східніше траєкторія "упірнаючого" циклону, тим більше холодна повітряна маса втягується в його циркуляцію. Такі циклони в холодну частину року рідко в теплих секторах несуть відлигу. Переважно сніг, у теплому секторі циклону часто мокрий. Наголошуються обширні зони завірюх.

Дуже красивий циклон зародився в районі Гудзонової затоки в 3 декаді жовтня 1969 року. По потоку промайнув за добу до Ісландії, за другу - до півдня Норвегії. Синоптики ЮЗ ЕТС нічого в цьому не побачили.

проте, до ночі Гродно, Ліда, Берестя, Калінінград відзначили пориви 20-24. До ранку 27 жовтня циклон вже тіпав Балтіку.

Україна переполошилась - волинські синоптики забили на сполох.

До вечора того дня весь ЮЗ ЕТС був в зоні штормового вітру.

Тиск 970 мб.

Найнеприємніше - перенесення часток грунту (слабка запорошена буря) для степів України до початку опадів.

А ще не приємне - почався перекіс моря в результаті зганяння води.

Сиваш і все українське приазов’є оголилося на 5 метров - вода по Азову пішла на Кубань.

Кубань затопило - море наблизилося на 0,2-5 км. (там болота, лимани, так що вода легко заходила).

У Карпатах поваляло силу-силенну лісу.

Цей тип циклонiв вiдноситься до складних в прогнозуваннi синоптичних процесiв, що виправдовує необхiднiсть пошуку нових методик їх дослiдження.

Оцiнки балансiв кiнетичної i вихревої енергiї показали, що iнтегральнi запаси вихревої енергiї збiльшуються в процесi розвитку циклону i складають вiд 30 до 78% повної кiнетичної енергiї. Приток вихревої кiнетичної енергiї в циклон здiйснюється в основному за рахунок адвентивного фактору, а також в результатi переходу доступної потенцiальної енергiї в кiнетичну, при цьому перший фактор домiнує в фазi початкового розвитку, а другий - в перiод заповнення циклону, що є характерним для початку розвитку висотного циклону.

2. Актуальність та ступінь дослідженості тематики

Пірнаючі циклони суттєво відрізняються від інших позатропічних вихорів синоптичного масштабу за деякими критеріями. Понад усе, це складний характер еволюції пірнаючих циклонів, які часто виникають над малоосвітленими метеорологічними даними районами Північної Атлантики, а потім швидко переміщуються в південні райони Східної Європи. В області впливу пірнаючих циклонів відмічаються несприятливі погодні умови - штормове посилення вітру, тривалі хуртовини і пильові бурі, різке зниження температури повітря. Для території України пірнаючі циклони - достатньо рідке явище (за середніми багаторічними даними біля трьох циклонів на рік), що додатково відбивається на слабкий вивченості цих атмосферних об'єктів.

Нечисленні роботи за досліджуємою тематикою було виконано в основному в 50-60-х роках з використанням синоптико-кліматичного підходу, що дозволило отримати ряд важливих результатів про повторюваність, типові траєкторії, структуру термобаричних полів і погодні умови, пов'язані з пірнаючими циклонами. Однак, принципово важливі сторони фізичного механізму виникнення і еволюції пірнаючих циклонів залишаються поки нез'ясованими, що потребує застосування інших методів їх дослідження. Одним з таких методів, який запропонований в даній роботі, є енергетичний підхід, який стосовно пірнаючих циклонів раніше не використовувався. Отримані в роботі результати дозволили суттєво розширити сучасне уявлення про фізичний механізм еволюції цього типу атмосферних процесів.

3. Виявлення пірнаючих циклонів на території України

Стосовно території України дані про структуру пірнаючих циклонів, отримані автором з аналізу аеросиноптичного матеріалу за 20-річний період (1970-1989 роки). В холодне півріччя (жовтень-березень) за вказаний період було виявлено 59 випадків пірнаючих циклонів, що переміщувалися територією України, з них 51 випадок належить до циклонів північно-західного типу траєкторій (I тип), 7 випадків - до північного (II тип) і 1 випадок - до ультраполярного (III тип). Для з'ясування найбільш сприятливих умов виникнення і переміщення пірнаючих циклонів була застосована відома класифікація макроциркуляційних процесів А.Л. Каца. При цьому виявлено, що пірнаючим циклонам в рівній мірі відповідають процеси, що спостерігаються при змішаній і західній формах циркуляції (48 і 52% випадків відповідно) з переважанням меридіональній орієнтації висотних гребенів і улоговин. Виявлено, що ці ж форми циркуляції можуть спостерігатися і при відсутності пірнаючих циклонів (листопад-грудень 1978-79 рр). У зв'язку з цим для уточнення макропроцесів, сприятливих до виникнення пірнаючих циклонів, додатково пропонується використовувати параметри довгих хвиль Россбі (довжина (L), амплітуда (А), довгота (λ) розташування висотного гребеня, широта (φ) основи хвилі). Осереднені за 59 випадками вказані вище параметри хвилі Россбі мають такі значення: L=82 град. довготи; А=10 град. широти; λ=3 град. з. д.; φ=45 град. півн. ш. В випадках, коли пірнаючі циклони були відсутні, але при наявності сприятливої форми макроциркуляції, відхилення від осереднених параметрів в 2-3 рази перевищують відповідні відхилення при переміщенні пірнаючих циклонів на територію України. Таким чином, використання комплексу макроциркуляційних параметрів атмосфери дозволяє більш об'єктивно оцінити вирогідність виникнення або відсутності пірнаючих циклонів в конкретному географічному регіоні, ніж при традиційному синоптичному аналізі.

Для ідентифікації типів пірнаючих циклонів пропонується використовувати такі гідродинамічні характеристики як: адвекція вихору (АΩ) і температури (Ат), дивергенція швидкості (D), вертикальна ізобарична швидкість (τ). При цьому вказані характеристики осереднялись за центральною частиною циклонів, а також за площею, що перевищує вихора (для врахування впливу гідродинамічної структури фону, на якому еволюціоніровали пірнаючі циклони). Додатково проводиться також осереднення за часом, відповідному періоду існування конкретного циклону. В результаті на прикладі 8 випадків показано, що:

найбільш показовим параметром для розмежування різних типів пірнаючих циклонів є фонова адвекція вихора, у тий час як для центральних частин циклонів значення АΩ ідентичні для всіх трьох типів, тобто процес еволюції пірнаючих циклонів в значній мірі визначається динамічною структурою оточуючого їх фону;

пірнаючим циклонам усіх типів відповідає "нестандартний" для позатропічних циклонічних утворень характер вертикального розподілу адвекції температури, а саме: наявність значної адвекції холоду в середній тропосфері (-1.3 - 5.1⋅10-5 К⋅с-1 в центральній частині), і перевищуючої її в 2-3 рази адвекції тепла в верхніх шарах (2.9 - 8.8⋅10-5 К⋅с-1);

вертикальний розподіл дивергенції і вертикальних токів однозначно не відображують специфіку того чи іншого типу пірнаючих циклонів, однак можуть бути корисними при діагнозі циклогенезу, оскільки вони достатньо добре реагують на інтенсивність процесу. Так, найбільш інтенсивні циклони I типу мають класичну вертикальну структуру дивергенції і вертикальних токів: конвергенція в нижніх шарах (-0.23⋅10-5 с-1) і дивергенція - у верхніх (0.53⋅10-5 с-1) при наявності квазібездивергентного рівня поблизу поверхні 500 гПа з максимумом висхідних вертикальних токів (-6.19 гПа/12 год). В слабко-розвинутих циклонах II і III типів спостерігається аномалія в розподілі розглядаємих характеристик, а саме: конвергенція в нижній і верхній тропосфері і наявність низхідних вертикальних токів в середній. В цілому, додаткове притягнення кількісних гідродинамічних характеристик суттєво покращує об'єктивність методу ідентифікації різних типів пірнаючих циклонів, ніж при звичайному якісному синоптичному аналізі.

4. Аналіз енергетики і вологовмісту пірнаючих циклонів

Рівняння балансу питомої кінетичної енергії (К) і масової частки водяної пари (q) в ізобаричній системі координат, які використовуються в аналізі, мають вигляд:

Просторові похідні в рівняннях балансу апроксимірувались за схемою Шумана, а інтегрування проводиться за формулою трапецій.

Результати аналізу енергетики і вологовмісту пірнаючих циклонів, що знаходились в фазі максимального розвитку:

досліджувались три пірнаючих циклони, відповідно типовим траєкторіям:

I тип - 16-19 грудня 1985 р.,

II - 13-16 листопада 1988 р.,

III - 24-27 лютого 1980 р.

Циклони, що розглядались, на момент свого максимального розвитку були розташовані: циклон I типу (18.12.85 р) - дещо на північ від Азовського моря;

циклон II типу (15.11.88 р) - над північними районами України;

циклон III типу (25.02.80 р) - над Середнім Уралом.

Незважаючи на достатньо широку широтну смугу розташування циклонів, макроциркуляційні умови для усіх випадків були схожі. Так, інтенсивність висотної фронтальної зони на широті розташування циклонів в кожному випадку складала 36 дам/1000 км, а горизонтальні відстані між приземними центрами циклонів і відповідними їм центрами на рівні АТ-500 гПа складали всього 3-4 градуси меридіану, тобто циклони в розглядаємі дати представляли собою вихори з квазівертикальними вісями. Вологістно-енергетичні характеристики осереднювались за площею S, яка свідомо перевищувала розміри циклону, включаючи до себе вплив фону; за площею S1, відповідній центральній частині вихора, а також за складаючими його частинами - передній Sп і тиловій Sт. Області Sп і Sт визначалися в залежності від напрямку пересування циклонів і почасти включали до себе вплив фону. Шар атмосфери 1000-100 гПа був розбитий на 5 збільшених шарів, які характеризують процеси різних шарів тропосфери: 1000-850, 850-700, 700-500, 500-300 і 300-100 гПа. Додатково розраховувались інтегральні характеристики балансів К і q в шарах 1000-700, 1000-300 і 1000-100 гПа.

В результаті аналізу складових балансів кінетичної енергії і вологовмісту встановлено, що: