Диссертация (1145308), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Данная стадия длится от началаволновоговозмущения на фронте до появления первой замкнутой изобары, кратной 5 гПа. При этомвозникает циклоническая циркуляция у поверхности Земли. Следующая стадия молодогоциклона начинается от момента появления первой замкнутой изобары и длится до началапроцесса окклюдирования (1.5−2 суток). Теплый воздух между теплым и холодным фронтами,сопрягающимися в центре циклона, образует теплый сектор. На данной стадии происходитинтенсивное углубление циклона. По мере развития циклона холодный фронт постепеннодогоняет теплый и начинает с ним смыкаться, образуя фронт окклюзии. Наступает стадияокклюдированного циклона (стадия максимального развития). В процессе окклюзии теплыйвоздух вытесняется вперед и вверх, у поверхности Земли в центре циклона теплый секторисчезает (смещается на периферию циклона). К началу окклюдирования циклон вступает встадию максимального развития: давление в центре падает до минимальных значений, уповерхности Земли циклон очерчен большим числом замкнутых изобар.
Циклоническаяциркуляция расширяется по площади и распространяется вверх, захватывая слой атмосферы до1055 км. По мере дальнейшего окклюдирования теплый воздух полностью вытесняется в верхнюючасть тропосферы, где охлаждается за счет излучения, теплый сектор исчезает.
Циклонвступает в заключительную стадию своей эволюции, становится холодным, высоким ималоподвижным образованием, фронты оттесняются на периферию, давление в центре циклонаначинает расти и циклон постепенно заполняется. Время существования циклона от началаокклюдирования (образования фронта окклюзии) до исчезновения замкнутой циркуляции(последней замкнутой изобары на приземной карте) составляет 3−4 суток.Вернемся к результатам синоптического анализа эволюции барических образований входе энергичных СПС с энергиями частиц более 90 МэВ.
Исследование изменений в эволюциициклонов проводилось для района Северной Атлантики (45−65°N, 0−60°W), включающего юговосточное побережье Гренландии и Исландию. Синоптические карты Северной Атлантики намомент времени 12 UTC были предоставлены Датским Метеорологическим Институтом.Состояние и характер эволюции циклонов оценивались в день начала СПС и на следующиесутки (∆t = 0/+1 сут) и сравнивались с их состоянием за 2 суток до начала СПС (∆t = −2 сут).Результаты синоптического анализа представлены на рис.2.23.Как показал анализ синоптических карт, случаи образования новых циклонов у береговГренландии происходят довольно редко, в этом районе происходит интенсивное углублениеуже существующих циклонов (рис.2.23, верхняя панель).
При отсутствии СПС частотауглублений циклонов (т.е. понижения давления в центре циклона в момент ∆t = −2 сут посравнению с предыдущим днем) составляла 67%, что вдвое превышало суммарную частоту ихзаполнения (увеличения давления по сравнению с предыдущим днем ) и отсутствия измененийв эволюции (причины интенсивного циклогенеза в исследуемой области будут обсуждатьсяниже). В дни, следующие за СПС (∆t = 0/+1 сут), частота углублений циклонов увеличиваетсядо ∼80% (соответственно, уменьшается частота заполнений). При этом заметно изменяетсяхарактер углубления циклонов. На рис.2.23 (нижняя панель) показано распределениеизменений давления в центре циклона по сравнению с предыдущим днем для моментоввремени до начала СПС (∆t = −2 сут) и после начала СПС (∆t = 0/+1 сут).
Видно, что до началаСПС в наибольшем числе случаев циклоны углубляются на 5 гПа, максимальное углублениесоставляет 20 гПа (случаев понижения давления на 25 и более гПа в исследуемой выборкесобытий не наблюдалось). Отмечено несколько случаев заполнения циклонов (повышениедавления при этом могло составлять 15−30 гПа). В день начала СПС и на следующий деньнаиболее вероятным становится углубление циклонов на 15 гПа, появляется ряд случаев, когдадавление понижалось на 25−40 гПа, и отсутствуют случаи повышения давления на 15 и болеегПа.106Эволю ция циклона до начала СПСЭволю ция циклона после начала СПС(0/+1 день)Углубление циклона8%Углубление циклона7%Заполнение циклонаЗаполнение циклона14%Отсутствие измененийОтсутствие изменений25%67%79%Изменения давления в центре циклона до и после началаСПСначалаonПослеthe 0/+1day СПСrelativeto the SPE onsetначалаonДоthe-2 dayСПСrelative tothe SPE onset14Число случаев12108642+ 30 гПа+ 25 гПа+ 20 гПа+ 15 гПа+ 10 гПа+ 5 гПа0- 5 гПа- 10 гПа- 15 гПа- 20 гПа- 25 гПа- 30 гПа- 35 гПа- 40 гПа0Рис.2.23.
Сравнительный анализ характера эволюции циклонов в умеренных широтах СевернойАтлантики (45−65°N, 0−60°W) до начала СПС (∆t = −2 сут) и после начала СПС (∆t = 0/+1 сут):вверху: частоты углубления, заполнения и отсутствия изменений давления в циклоне; внизу:распределение изменений давления в центре циклона.Таким образом, результаты синоптического анализа показывают, что в связи ссолнечными протонными событиями с потоками частиц E > 90 МэВ имеет место болееинтенсивное углубление циклонов в районе юго-восточного побережья Гренландии иИсландии. В нулевой (день начала СПС) и следующий за ним день циклоны углубляются чаще,при этом заметно увеличивается величина падения давления в их центре (в среднем на 10−15гПа) по сравнению с невозмущенными условиями (днями с отсутствием СПС).Рассмотрим, какие циклоны углубляются чаще всего у побережья Гренландии.
Нарисунках 2.24−2.26 приведено несколько примеров углублений циклонов, происходивших нафоне исследуемых СПС. На рис.2.24 представлено углубление циклона во время события 7марта 1982 года. На верхней карте (день накануне СПС) от берегов Северной Америки кГренландии приближается циклон с давлением в центре 985 гПа. Видно, что циклон достиг107стадии окклюдирования, т.е. холодный и теплый фронт в центре циклона сомкнулись и теплыйсектор сместился к югу. У побережья Гренландии в это время находится окклюдированныйциклон с давлением в центре 975 гПа.
На средней карте показан день СПС (так как картыприводятся на момент 12 UTC, это соответствует примерно 7−8 часам после начала всплескапротонов). Циклон, находившийся у Гренландии, вместе со своей системой фронтов сместилсяк северо-востоку и заполнился до 985 гПа. На его место пришел окклюдированный циклон состороны Северной Америки, который резко углубился до 965 гПа, при этом теплый секторполностью исчез. На следующий день после всплеска (нижняя карта) резко углубившийсяциклон остается у побережья Гренландии, при этом давление в его центре падает еще на 5 гПа.Область, охваченная циклонической циркуляцией, увеличивается.Другой пример – углубление циклона на фоне события СПС 29 октября 1989 года –приведен на рис.2.25. Накануне дня начала события мы видим окклюдированный циклон надокеаном с давлением в центре 975 гПа, который движется на северо-восток. У южногопобережья Гренландии находится холодный фронт.
В день СПС (средняя карта, примерно 7часов после начала события) циклон продвинулся к юго-восточному берегу Гренландии и резкоуглубился до 940 гПа. На следующий день после начала всплеска давление в центре циклона неменяется, но увеличивается площадь, охваченная замкнутыми изобарами (циклоническойциркуляцией). Можно отметить, что СПС 29 октября 1989 года было достаточно мощным,максимальный поток протонов с энергиями > 90 Мэв составлял 2.23 см-2⋅с-1⋅ср-1, а такжерегистрировались потоки частиц с энергиями > 600 МэВ (Приложение 1) .Еще один интересный пример углубления циклона приведен на рис.2.26 для события 17декабря 1982 года. Данное событие не было внесено в список СПС, используемых для анализа,так как не удовлетворяло критерию изолированности от предыдущих событий (за 2 суток донего произошло СПС 15 декабря 1982 года).
Тем не менее, на фоне события 17 декабря имеламесто необычно быстрая эволюция циклона. На верхней карте, соответствующей 8 часам доначала события (СПС началось в 20UTC, а карты, как отмечалось выше, приводятся на 12UTC),можно видеть циклон в стадии волны над Ньюфаундлендом с давлением в центре 1005 гПа. Насредней карте (16 часов после начала всплеска) циклон переместился к юго-восточномупобережью Гренландии и резко углубился на 55 гПа. При этом в центре циклона произошлослияние холодного и теплого фронтов (окклюзия) и появился теплый сектор, т.е. циклон втечение одних суток от стадии волны прошел стадию молодого циклона и достиг стадиимаксимального развития.
На следующий день (нижняя карта) окклюдированный циклонуглубился еще на 20 гПа (давление в центре упало до 930 гПа) и существенно увеличилась108Рис. 2.24. Углубление циклона у берегов Гренландии в ходе события СПС, начавшегося 7 марта1982 года. На нижней карте цифрами отмечено положение станций аэрологическихзондирований: 1 −Tasiilaq, 2 −Thorshavn, 3—Jægersborg.109Рис.2.25. Углубление циклона у берегов Гренландии на фоне события СПС, начавшегося 29октября 1989 года.110Рис. 2.26.
Углубление циклона у берегов Гренландии на фоне события СПС, начавшегося 17декабря 1982 года.111площадь, охваченная циклонической циркуляцией. Отметим, что СПС 17 декабря 1982 годатакже было достаточно мощным, с максимальным значением потока частиц с энергиями > 90МэВ 1.8 см-2⋅с-1⋅ср-1 (при этом поток протонов с указанными энергиями регистрировался втечение 1.7 суток). Также в течение суток регистрировались потоки частиц с энергиями > 600МэВ, достигавшие в максимуме 0.03 см-2⋅с-1⋅ср-1[Логачев, 1990].В результате анализа синоптических карт было выявлено, что в подавляющембольшинстве случаев (∼80%) у циклонов, углубляющихся у берегов Гренландии в ходеисследуемых СПС, уже началась стадия окклюдирования, т.е., в центре циклона наблюдалосьслияние холодного и теплого фронта (фронт окклюзии) и смещение теплого сектора от центра кпериферии (как это можно видеть, например, у циклонов на рис.2.24 и 2.25).
Известно, циклонык началу окклюдирования вступают в фазу максимального развития, когда давление в центреуже упало до самых низких значений и, как правило, в течение 1−2 суток меняется мало[Хромов и Петросянц, 1994]. Дальнейшее окклюдирование приводит к исчезновениюхолодного и теплого фронтов и заполнению циклона. Тем не менее, исследование показало, чтоциклоны именно в стадии максимального развития резко углубляются у берегов Гренландии,причем на фоне исследуемых СПС углубляются более интенсивно, чем на фоненевозмущенных условий (рис.2.23). Процесс углубления таких циклонов носит названиерегенерации и обусловлено поступлением в тыл циклона более холодного воздуха (адвекциейхолода), что приводит к усилению асимметрии температурного поля циклона и возобновлениюего углубления [Воробьев, 1991].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
