СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНВЕКТИВНЫХ ОПАСНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ДЛЯ ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ Российский патент 2012 года по МПК G01W1/02 G01W1/08 

Изобретение относится к области метеорологии, а точнее к способам диагностики конвективных опасных метеорологических явлений (гроза, град, шквал, ливень), наносящих материальный, экологический и социальный ущерб, и может быть использовано во всех сферах жизнедеятельности, зависящих от погодных условий.

Задача определения указанных явлений возникает из необходимости предупреждения об их приближении с целью принятия мер для защиты от них и смягчения последствий.

Возникновение конвективных явлений погоды неразрывно связано с кучево-дождевой облачностью, образующейся в результате развития атмосферной конвекции.

Следовательно, определение зон активной конвекции критической интенсивности позволяет выявить области возникновения связанных с ними опасных метеорологических явлений (ОЯ).

Известен способ обнаружения кучево-дождевой облачности посредством активного радиолокационного зондирования атмосферы (Руководство по краткосрочным прогнозам погоды, ч. I. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986, с.451-452) специализированными станциями, работающими в сантиметровом диапазоне длин волн. В ходе эволюции конвективного облака изменяются размеры облачных частиц и их концентрация, а следовательно, и радиолокационная отражаемость. Кучево-дождевое облако в максимальной стадии своего развития дает более интенсивное «радиоэхо» на индикаторе радиолокационной станции.

В качестве недостатков следует отметить недостаточную степень покрытия сетью станций рассматриваемой территории, а также радиус их эффективного действия, составляющий 150-200 км, которого не всегда достаточно для предупреждения и принятия своевременных мер по предотвращению неблагоприятных последствий.

Известен способ определения кучево-дождевой облачности по специализированным снимкам с метеорологических космических аппаратов (КА) (Руководство по использованию спутниковых данных в анализе и прогнозе погоды/под ред. И.П.Ветлова и Н.Ф.Вельтищева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982, с.63), основанный на анализе дешифровочных признаков (тон и рисунок изображения). Площадь земной поверхности, отображенная на снимке, сделанном орбитальным КА, позволяет анализировать процессы синоптического масштаба (тысячи километров). Количество космических аппаратов и траектории их полета позволяют получать информацию со всей планеты.

Недостатком данного способа является то, что процедура диагностирования кучево-дождевой облачности проводится на качественном уровне и в значительной степени зависит от квалификации специалиста, что накладывает существенную долю субъективизма.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения конвективных опасных метеорологических явлений в теплый период года для европейской части территории России (Патент на изобретение RU №2385474 C1, G01W 1/00), основанный на измерении минимальной радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхней границы облачного покрова, и его максимального альбедо. Определение очагов кучево-дождевой облачности производится посредством расчета предлагаемых функций и сравнения полученных результатов с критическими значениями. Способ включает два решающих правила, которые необходимо использовать раздельно в дневное и ночное время суток. Ночью измерить альбедо не представляется возможным, поэтому заключение о наличии кучево-дождевой облачности, способной к генерации ОЯ, делается на основании только данных о радиационной температуре верхней границы облаков.

Недостатком данного способа является определение факта наличия кучево-дождевой облачности в ночное время только по данным о радиационной температуре, что приводит к снижению успешности по сравнению с решающим правилом для дневного времени. Кроме того, данный способ может применяться только для теплого периода года.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности определения конвективных ОЯ в любое время суток, а также расширение возможности по диагнозу указанных явлений на протяжении всех сезонов года.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения конвективных ОЯ для европейской территории России, заключающемся в измерении минимального значения радиационной температуры верхней границы облачности и определении термобарических характеристик атмосферы, путем вертикального радиозондирования атмосферы дополнительно измеряют значения давления воздуха на различных уровнях, с использованием которых вычисляют превышение изобарической поверхности 500 гПа относительно поверхности 1000 гПа и лапласиан поля геопотенциальной высоты изобарической поверхности 850 гПа, а наличие очага конвективного ОЯ определяют из условия:

,

где Т - измеренное минимальное значение радиационной температуры в диапазоне длин волн 11,5-12,5 мкм,

- величина превышения изобарической поверхности 500 гПа относительно поверхности 1000 гПа,

∇²H₈₅₀ - рассчитанное в конечных разностях значение лапласиана поля геопотенциальной высоты изобарической поверхности 850 гПа,

С₁, C₂, C₃, C₄ - эмпирические коэффициенты, при этом их значения принимают равными:

C₁=0,2 1/°C, C₂=-0,16 1/гПа, С₃=-0,07, С₄=96,39.

Сущность изобретения

Применение дополнительно лапласиана поля геопотенциальной высоты изобарической поверхности 850 гПа ∇²H₈₅₀ и значения относительной геопотенциальной высоты при определении очагов конвективных ОЯ позволяет повысить достоверность определения указанных явлений в любое время суток и на протяжении всего года. Однако для нахождения указанных дополнительных параметров необходимы данные о давлении на различных высотных уровнях, которые можно получить при помощи вертикального радиозондирования атмосферы.

Конвективные ОЯ связаны с мезомасштабными облачными образованиями, развитие которых, в свою очередь, обусловлено крупномасштабными синоптическими процессами. Одним из показателей оценки состояния атмосферы, благоприятного для развития конвективных явлений, приводящих к значительному ущербу, является лапласиан поля геопотенциальной высоты изобарических поверхностей ∇²H.

Лапласиан ∇²H₈₅₀ количественно характеризует характер циркуляции в нижней тропосфере и отражает условия переноса водяного пара в вышерасположенные слои. Указанный параметр рассчитан в конечных разностях по полю геопотенциальной высоты изобарической поверхности 850 гПа, полученной по данным вертикального радиозондирования атмосферы.

Наложение упорядоченных восходящих вертикальных движений, связанных с циклонической циркуляцией и конвективных движений воздуха, способствует образованию суперячейковых кучево-дождевых облаков. Таким образом, лапласиан косвенно характеризует упорядоченные вертикальные движения, которые во многом определяют параметры развития конвективной облачности и соответственно интенсивность генерируемых ею явлений.

Значение относительной геопотенциальной высоты , определенное по результатам вертикального радиозондирования атмосферы, характеризует среднюю температуру слоя атмосферы, заключенного между изобарическими поверхностями 1000 гПа и 500 гПа. Как известно, термический режим атмосферы также оказывает существенное влияние на развитие конвективной деятельности.

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет определять зоны конвективных ОЯ в любое время суток с большей достоверностью, а также способен функционировать не только в теплый период, а на протяжении всего года.

Предлагаемый способ определения конвективных опасных метеорологических явлений для европейской территории России может быть использован в метеорологии при выявлении зон с ОЯ, наносящими материальный, экологический и социальный ущерб, для дальнейшего их мониторинга и прогнозирования с целью предупреждения и предотвращения (уменьшения) негативных последствий.

Предлагаемый способ может быть реализован, например, с использованием инфракрасного сканирующего радиометра (Герман М.А. Космические методы исследования в метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1985, с.115-117) и метеорологического радиотехнического комплекса (Технические средства метеорологической службы: справочное пособие. - М.: Воениздат, 1986, с.107-111).

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для диагностики конвективных опасных метеорологических явлений (гроза, град, шквал, ливень). Сущность: измеряют минимальные значения радиационной температуры верхней границы облачности. Определяют термобарические характеристики атмосферы. Посредством вертикального радиозондирования атмосферы измеряют значения давления воздуха на различных уровнях. Вычисляют превышение изобарической поверхности 500 гПа относительно поверхности 1000 гПа и лапласиан поля геопотенциальной высоты изобарической поверхности 850 гПа. Используя полученные данные, определяют наличие очага конвективного опасного метеорологического явления. Технический результат: повышение достоверности определения конвективных опасных явлений в любое время суток, расширение функциональных возможностей (возможность диагноза конвективных опасных явлений на протяжении всех сезонов года).

Способ определения конвективных опасных метеорологических явлений для европейской территории России, заключающийся в измерении минимального значения радиационной температуры верхней границы облачности и определении термобарических характеристик атмосферы, отличающийся тем, что путем вертикального радиозондирования атмосферы дополнительно измеряют значения давления воздуха на различных уровнях, с использованием которых вычисляют превышение изобарической поверхности 500 гПа относительно поверхности 1000 гПа и лапласиан поля геопотенциальной высоты изобарической поверхности 850 гПа, а наличие очага конвективного опасного метеорологического явления определяют из условия: ,
где Т - измеренное минимальное значение радиационной температуры в диапазоне длин волн 11,5-12,5 мкм,
- величина превышения изобарической поверхности 500 гПа относительно 1000 гПа,
∇²Н₈₅₀ - рассчитанное в конечных разностях значение лапласиана поля геопотенциальной высоты изобарической поверхности 850 гПа,
С₁, С₂, С₃, С₄ - эмпирические коэффициенты, при этом их значения принимают равными:
C₁=0,2 1/°С, С₂=-0,16 1/гПа, С₃=-0,07, С₄=96,39.