Диссертация (1149467), страница 25
Текст из файла (страница 25)
4.20. Временные вариации средних значений (время усреднения 5минут) интенсивности молниевых вспышек типов ВО и ОЗ.60250502004015030100205010012:00014:0016:0018:0020:0080 ть М ВПротяж еннос3507030060250502004015030100205010022:00 В ре мяДлительнос ть М ВПротяженность, км300400Длительность, м сДлитеоьность, м с35031-07-95Длительность М В80Протяж еннос ть М В70Протяженность, км10-06-96400010:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 В ре мяРис.
4.21. Временные вариации средних значений (время усреднения 5минут) длительности и протяженности молниевых вспышек в процессеэволюции гроз.162Развитие фронтальной грозы 10.06.96 г. формируется и характеризуетсяследующимиособенностями.Общеенаправлениеразвитиягрозовойактивности происходит в восточном направлении, скорость продвиженияфронта которой достигает 35 км/ч. Кластеры перемещаются с большойскоростью (достигающей 50 км/ч) в северо-восточном направлении,отклоняясь влево от направления перемещения грозовой активности на40…45°. Их движение достаточно легко прогнозируемо. На начальнойстадии развития грозового комплекса (длящегося около 2 часов) можнонаблюдать несколько отдельных быстро растущих, но коротко живущих(15…20 минут) грозовых ячеек.
Как это видно из приведенных ниже кривых,на этой стадии число ВО вспышек существенно (более чем на порядок)превышает количество вспышек, содержащих хотя бы один разряд ОЗ.Длительность МВ на этом интервале в среднем возрастает от 50 до 250 мс.Позднее наряду с одноячейковыми развиваются многоячейковые облака.Процесс их эволюции характеризуется появлением двух-трех электрическиактивных ячеек, причем, как правило, новая ячейка зарождается на правомфланге (относительно направления распространения) предшествующей (в3…5 км от нее).
Некоторое время они могут функционировать одновременно,при этом радиус кластера возрастает до 20…25 км (от начального значения10 км). Грозовая активность сопровождается выпадением интенсивныхосадков. Приведенные выше особенности оказываются типичными длябольшинства гроз, обусловленных фронтальными разделами глубокихциклонов, центры которых, как правило, перемещаются в 400…500 км ксеверу от центра исследуемого региона.Погода 31.07.95 г.
определялась малоградиентным полем низкогодавления, формируя внутримассовую грозу. Перемещение в южномнаправлениипривелокобразованиюпослеполуднянестабильныхвоздушных масс над Бретанью и Норманнской возвышенностью и большогочисла спорадически возникающих грозовых ячеек в различных местахзападной и южной частей региона. Грозовая активность (практически несопровождающаясявыпадениемосадков)достигланаивысшейинтенсивности к 16 часам местного времени), после чего начала очень резкозатухать.Вцеломонасопровождалась163образованиемкороткихнедолгоживущих (10…15 минут) кластеров, спорадически возникающих вразличных местах региона.
Отношение ВО /ОЗ не опускалось ниже 10,достигая в отдельные временные интервалы 100 и более. Направлениеразвития кластеров, также как и грозовой активности в целом, практическине прогнозируемо. Длительность МВ в среднем была вдвое меньше, чем дляфронтальной грозы 10.06.96 г.Как следует из данных кластерной обработки грозовых дней, типыкластеров, их пространственное распределение, характеризующее общуюкартину грозовой активности, зависят от многих факторов, определяющихсясиноптическими условиями, рельефными особенностями местности и т.д.Исследуемый регион в большей своей части имеет преимущественноравнинный характер и лишь по периферии возмущается сравнительнонебольшими возвышенностями (Нормандские холмы, северные отрогиЦентрального Массива). Поэтому доминирующее влияние на характергрозовой активности оказывают синоптические условия.
Влияние рельефапроявляется в основном для внутримассовых гроз в их появлении в первуюочередь над холмами и возвышенностями. В случае фронтальных гроз имеетместо лишь некоторое отклонение (и то при определенном соотношениинаправлений склонов холмов и направления перемещения грозовойактивности) траектории отдельных кластеров над наиболее возвышеннымиместами региона. На Рис. 4.19 такую особенность можно наблюдать длягрозового дня 10-06-96 в самой южной части региона (над севернымисклонами Центрального Массива), где довольно резко меняется направлениеи характер перемещения трека центра кластера. Какого-либо заметноговлияния других рельефных особенностей (и в частности, речных долин)отмечено не было.Таким образом, в отличие от принятых методов отображения грозовойактивности,пространственноераспределениегрозовойактивности,представленное в виде треков центров кластеров, позволяет характеризоватьгрозовую активность в масштабе грозовой ячейки на протяжении всей еежизни.
Данное представление дает высокое пространственно-временноеразрешение, возможность идентифицировать электромагнитное излучениемолниевых вспышек с отдельными кластерами и контролировать временные164изменения его параметров с целью определения текущего состоянияоблачного комплекса и кратковременного предсказания развития.Проведенные исследования дают причины полагать, что анализпространственно-временных распределений треков центров кластеров можетпредоставить надежную информацию о месте и времени конвективныхсобытий, которые можно приписать организации конвективных облаков внекие конвективные комплексы и системы.
Он вносит весомый вклад впонимание некоторых тонких структур развития облачных систем и можетбыть использован в качестве оперативного дополнения к повседневнымметеорологическим наблюдениям. Кластеризация делает возможным связатьэлектромагнитное излучение гроз с отдельными кластерами. С другойстороны, он дает возможность (используя корреляцию его параметров сосадками и стадией развития облаков) делать диагноз текущего состояниягрозовой активности, оценку ее уровня опасности и предсказания развития.Метод кластеризации применим и к другим системам местоопределениягрозовых разрядов, таким как многопунктовые пеленгационные системы иоднопунктовые грозопеленгаторы-дальномеры.
Если для пеленгационныхсистем значения начального радиуса кластеризации увеличивается до 30 км,то для однопунктовых грозопеленгаторов-дальномеров в связи с большейпогрешностью его необходимо увеличить еще вдвое.4.3.2.Амплитудная индикация грозоопасностиВ ряде практических задач необходимо знать о мощности разрядов.Предлагается отображать эту информацию на картине пространственногораспределения грозовой активности, что может быть более наглядно дляслучаев практической реализации системы. Разряды, превышая заданныепороговые значения амплитуд (нормированные к 100 км), соответствуютсреднемуивысокомууровнямгрозоопасностиипомечаютсясоответствующими цветами [Кононов, Крутой, Юсупов, 2013б]. Рис.
4.22иллюстрирует временной ход интенсивности грозовой активности. На немотмеченымоментыпревышениянекоторыхпороговыхзначенийнормированных (к 100 км) амплитуд сигналов, которые принимаются165соответствующимисреднему(синиеточки)ивысокомууровнямгрозоопасности (красные точки).I, мин-1121086420Рис. 4.22. График интенсивностиE, В/м14121086420грозовойактивностидлягрозовогоочага.выделенногоТочкамипревышенияотмеченымоментызаданныхпороговыхзначений амплитуд.11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00Приведем примеры амплитудной индикации грозоопасности для общейкартины грозовой активности за два грозовых дня 28 июня и 25 июля 2001 г.(Рис. 4.23)20I , мин-1E , В /м2001062815 I , мин -1181556500126t0а)9:0011:0013:0015:00E , В /м1810121020010725б)t012:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00Рис.
4.23. Графики интенсивности грозовой активности для выделенныхгрозовых дней: а) 28 июня 2001 г. и б) 25 июля 2001 г. Точками отмеченымоменты превышения заданных пороговых значений амплитуд.Возможноотображениетакойинформацииинакартинепространственного распределения грозовой активности (Рис. 4.24), чтоможет быть более наглядно для случаев практической реализации системы.Рис.
4.24. Представление грозовойактивности с указанием среднегоуровня грозоопасности (синие точки)и высокого уровня грозоопасности(красные точки).166Так, разряды, показанные черными точками, не представляют опасностии не требуют особого внимания и вмешательства. Синие точки – среднийуровеньгрозоопасности,требующийповышенноговниманиядляответственного персонала, с возможностью перехода к высокому уровнюгрозоопасности (красные точки), при котором рекомендуется изменитьмаршрут движения с целью обхода грозоопасной области или принятьрешение о приостановке работ.4.3.3.Алгоритм краткосрочного прогноза развития грозовойактивностиНа основе разработанного метода кластеризации можно произвестикраткосрочный пространственно-временной прогноз развития отдельныхгрозовыхочагов(кластеров).Длярешенияэтойзадачиможновоспользоваться линейной экстраполяцией: по положению центра кластера(x1, y1) в момент времени t1 и (x2, y2) в момент времени t2 определяетсяположение центра кластера во время t3 (x3, y3).Для этого ищутся проекции скоростей:vx = (x2 – x1) / (t2 – t1),vy = (y2 – y1) / (t2 – t1).Затем определяется прогнозируемое положение центра кластера в моментвремени t3:x3 = x2 + vx · (t3 – t2),y3 = y2 + vy · (t3 – t2).На Рис.
4.25 представлен пример работы алгоритма краткосрочногопрогноза на полчаса вперед. Пример работы алгоритма за весь срок грозовойактивности приведен в приложении Е. Как видно из приведенных примеров,получасовой прогноз достаточно точно определяет положение грозы, чтоможет использоваться в целях грозооповещения.167Рис. 4.25. Пример работы алгоритма краткосрочного (30 мин) прогнозаразвития грозовых очагов. Окружностями черного цвета выделены грозовыеочаги в текущий момент времени, красного цвета – грозовые очаги черезпрогнозируемые 30 минут. Треки центров кластеры помечены жирнымикрасными точками.Выводы к четвертой главеВ существующей практике в основном используется поточечноеотображение грозовой активности. В данной главе разработан алгоритмкластеризации, на основе которого грозовая активность может бытьпредставлена в виде треков центров кластеров. В зависимости от задаваемыхпараметров кластеры могут представлять отдельные конвективные ячейки,многоячейковые грозовые очаги, мезомасштабные грозовые комплексы.Такое отображение грозовой активности позволяет рассматривать отдельныеобразования, не испытывая наложения друг на друга множества точек,представляющих отдельные грозовые разряды.
Кластерный анализ такжепозволяет соотнести характеристики отдельных молниевых вспышек свыделеннымикластерами,чтопозволяетболеедетальносудитьохарактеристиках грозовой активности в моменты зарождения, зрелости,затухания.Представленаамплитуднаяиндикациягрозоопасности,позволяющая операторам принимать необходимые действия в зависимостиот уровня опасности молний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
