УДК 551.509.322:551.553.8<<2010/322>>(470)
Численный прогноз с мезоснноптнческим уточнением двух случаев особо сильных шквалов на европейской части России летом 2010 г.
Т. Г. Дмитриева*, Б. Е. Песков*
Анализ прогнозов по численным моделям WRF-ARW и COSMO-RU и фактических мезосиноптических условий особо сильных шквалов 13 июня и 29 июля 2010 г. показал существенный результат от совместного использования этих средств наряду с более детальным учетом географической специфики, особенно вечером и ночью.
Введение
Опасные метеорологические явления, к числу которых относятся шквалы (особенно сильные со скоростью ветра 25 м/с и более и ураганные (катастрофические) со скоростью ветра 33 м/с и более), крайне важно прогнозировать, несмотря на трудности исследования этого явления редкой повторяемости. Поэтому каждый случай возникновения шквала тщательно анализируют с помощью модельных прогнозов, спутниковых, радиолокационных и мезосиноптических данных, при этом используют подробные данные о географических (рельеф местности, характер подстилающей поверхности и др.) и климатических особенностях района возникновения шквала. Все это дает возможность лучше понять природу этого явления и более точ но его про гно зи ро вать.
Цель данной работы — повышение оправдываемости и заблаговремен-ности штормовых предупреждений о возможности возникновения особо сильных шквалов на европейской территории России на примерах случаев 13 июня и 29 июля 2010 г. и выявление на основе ме- осиноптического анализа возможных дополнительных предикторов.
Сложность решения этой задачи обусловлена недостаточной точностью вы ход ных дан ных со вре мен ных чис лен ных про гно зов, ис поль зуе мых для определения времени, места возникновения и силы шквала, редкой сетью наблюдений, недостаточной частотой поступления данных, а также неодно род нос тью статис ти чес ко го ряда дан ных. По э тому еди нствен ный путь к более успешному прогнозу, на взгляд авторов, — выявление общих физико-географических закономерностей возникновения особо сильных шквалов и их экспериментально-практическое применение в последующих прогнозах в рамках найденной ранее общей физической концепции.
* Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации; e-mail: tdsin@rambler. ru.
Практическая важность прогнозов особо сильных шквалов заставляет указывать более точно место их возникновения, но это возможно лишь в вероятностной форме формулировки общего прогноза, в котором явления прогнозируются с использованием термина "местами" без указания мест большей или меньшей их вероятности. Например, прогноз "в Московской области ожидается местами сильный шквал" следовало бы дополнить следующим уточнением: "более вероятный в ее северо-западной части". Поэтому актуальность изучения условий возникновения шквалов и разработки методов прогноза особо сильных шквалов не вызывает сомнения.
Материалы и метод исследования
Исследованы два случая возникновения особо сильных шквалов на территории Европейской России 13 июня и 29 июля 2010 г., нанесших большой материальный ущерб и приведших к человеческим жертвам. Особо сильный шквалистый ветер со скоростью 28—30 м/с наблюдался 13 июня 2010 г. в районе к юго-востоку от г. Иваново, у р. Волга и Горьковского водохранилища, на севере Нижегородской области и в г. Нижний Новгород с 17 до 20 ч (здесь и далее указывается летнее московское время). Эти шквалы были связаны с холодным фронтом волнового циклона [5], двигавшегося со скоростью до 50 км/ч вдоль Клинско-Дмитровской гряды и междуречья Клязьмы и Волги. В ночь с 29 на 30 июля 2010 г. особо сильные шквалы со скоростью ветра до 30 м/с отмечались в восточной части Ленинградской области, в низменной озерно-болотистой местности и вдоль побережья Ладожского озера.
Проанализированы прогнозы шквалов Гидрометцентра России по двум региональным мезомасштабным моделям — COSMO-RU и WRF-ARW с разрешением 2,2 и 3,0 км соответственно. Исследуемая территория Европейской России была разбита на 49 квадратов площадью ~4000 км2 каждый. Оценки проведены по ежечасным прогнозам каждой модели, ансамблю этих моделей и фактическим данным о максимальных порывах ветра.
Для комплексной оценки сложившейся ситуации использовался индекс гигротермодинамической неустойчивости [3]:
I = Td + (T - Tmin) + (T - Гтах) - 2Ap,
где Td — температура точки росы; Tmax и TmIn — соответственно максимальная и минимальная температура в зоне до 150 км от оцениваемой точки; Ap — барическая тенденция за 3 ч.
Параметр I — безразмерный, он изменяется от 10 до 40, особо сильным шквалам соответствует значение I > 30.
Анализ ситуации 13 июня 2010 г.
Синоптическая ситуация 13 июня 2010 г. в целом характеризовалась прохождением севернее Москвы с запада на восток с большой скоростью (40—50 км/ч) циклона вдоль контрастной высотной фронтальной зоны. В центральной части Европейской России 12 и 13 июня 2010 г. находился фронт с градиентом температуры Ту земли днем до 15°С/200 км, с экстремально высокой температурой точки росы у земли Td до 18—20°С и дефи-
цитом точки росы в средней тропосфере (T - Td) до 10—15°С. Скорость ветра в средней тропосфере достигала 25—35 м/с.
Быстро движущийся холодный фронт с волнами в тылу циклона хорошо виден на снимке со спутника "Meteosat-9" в 15 ч 15 мин (рис. 1а) по полосе скоплений кучево-дождевой облачности (мезомасштабный конвективный комплекс). Температура воздуха в теплом секторе циклона достигала 29—31,5°С (рис. 1в), в холодном воздухе она была 16—19°С, т. е. на 10—15°С ниже. Воздух на фронтах, как холодном, так и теплом, вблизи центра циклона у земли был экстремально влажным, здесь повсеместно отмечались грозы и ливни, местами град (рис. 16, в). На теплом фронте, несмотря на грозы, сильные шквалы, как и обычно, не образовывались, как и на холодном фронте в более южных регионах (табл. 1), где воздух был существенно суше: в средней тропосфере дефицит точки росы превышал 8—10°С, у земли температура точки росы к югу от рассматриваемой территории понижалась с 16—19 до 12—14°С.
13 июня 2010 г. на холодном фронте образовывались многочисленные мелкие волны, на которых днем возникали мезомасштабные конвективные комплексы с ливнями и грозами при высоте кучево-дождевых облаков Cb до 12—15 км. Особо тщательный анализ показал наличие двух параллельных фронтов на расстоянии 150—250 км друг от друга. Мощные Cb развивались на более холодном из них, где воздух в средней тропосфере был менее сухим. По модели WRF-ARW сильные шквалы (до 25—27 м/с) ожидались на многочисленных волнах именно этого менее сухого фронта, а по модели COSMO-RU — другого, более сухого. Спрогнозированных по моделям шквалов со скоростью V = 25—27 м/с фактически не было на участках фронта длиной 400—500 км: ошибки возникают в случае прогноза по модели COSMO-RU, очевидно, из-за недоучета влажности, по модели WRF-ARW — из-за недоучета тепла. Только примерно в 20—100 км от вершины теплого сектора для сильных шквалов, ожидаемых по обеим моде лям, хвати ло теп ла и вла ги, по сколь ку они об ра зо вы ва лись под Cb перед первым холодным фронтом вблизи циклона.
Волновой циклон с давлением в центре ~980 гПа и хорошо выраженной изаллобарической парой (понижение давления -4,6 гПа/3 ч и повышение давления в тылу до 3,5 гПа/3 ч) в 13 ч 13 июня находился примерно в 80 км севернее Москвы. Направление между максимальными повышением давления и его понижением соответствовало примерно направлению потока на изобарической поверхности 500 гПа, смещению центра волнового циклона и самого большого мезомасштабного конвективного комплекса с ливнями, грозами, шквалами по Клинско-Дмитровской гряде в район севернее Иванова. Особо сильные шквалы со скоростью V >28 м/с до 16 ч в этом мезомасштабном конвективном комплексе по моделям не прогнозировались (табл. 1, полоса шквалов а), так как, очевидно, большая влажность и соответствующая облачность в циклоне задерживали прогрев до 14 ч; позже мезомасштабный конвективный комплекс попадал на подветренную сторону этой невысокой (50—100 м) орографической гряды. В 15 ч по модели WRF-ARW здесь прогнозировались шквалы со скоростью до 24—26 м/с, по модели COSMO-RU — до 15—18 м/с. По индексу гигро-термодинамической неустойчивости I, значение которого с 13 ч в обшир-
Рис. 1. Снимок со спутника "Ме1ео8а1-9" в 15 ч 15 мин (а), вид грозо-градового и шквалистого фронта по данным МРЛ-5 в 15 ч 10 мин (б) и синоптическая ситуация на приземной карте в 16 ч (в) 13 июня 2010 г.
На рисунке в темно-серым цветом выделена область с температурой >29 °С, светло-серым — область циклона с атмосферным давлением <997 гПа.
ной зоне достигало 30—34, также завышалась возможность шквала со скоростью ветра ¥-30 м/с. Следовательно, во время максимального прогрева земной поверхности и развития глубокой конвекции в этих геогра-
Табл
Максимальные порывы ветра (м/с) на высоте 10 м 13 июня 2010 г.
COSMO-RU (2) и фактическим
Полоса ~14 Ч ~15 ч ~16 Ч
шквалов 1 2 3 1 2 3 1 2 3
а 22 17 13- 17 26 18 12-16 25 18- 21 12-13
б 22 18 13- 16 24 20-23 15-16 24-28 25- 30 16
в 24 20 14- 20 25 22-25 24 25-26 22- 26 16-24
г 18 20 15- 18 22 22 17-18 23 22- 30 14-20
д 16 19 16- 19 16-19 21 15 22 22- 30 18
е <16 18 15- 18 <16 20 18 <20 22- 28 15-18
ж <16 17 15- 17 <16 18-20 15 <20 20- 25 16-18
Примечание. Положение средней части полосы шквалов: а) 60—130 км севернее Москвы — южнее Москвы — Нижний Новгород; г) Калуга — север Рязанской области — 0—50 км южнее и восточнее; ж) южнее Тулы — Рязани.
фических и синоптических условиях наиболее точно отсутствие сильных шквалов прогнозировалось по модели COSMO-RU.
В 16 ч шквалы со скоростью ветра до 28 м/с ожидались по модели WRF-ARW (но не осуществились) у вершины теплого сектора циклона и на ближайшей волне холодного фронта, на границе Ивановской области и северо-запада Владимирской области (рис. 1). По модели COSMO-RU они ожидались перед теплым фронтом циклона (и также не осуществились) в 50—70 км от места, ожидаемого по модели WRF-ARW, несмотря на способствующее образованию шквалов влияние обширной безлесной, более пр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.