научная статья по теме ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭПИЗОДОВ НОВОРОССИЙСКОЙ БОРЫ 2012–2013 ГГ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭПИЗОДОВ НОВОРОССИЙСКОЙ БОРЫ 2012–2013 ГГ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2015, том 51, № 5, с. 602-614

УДК 551.588:551.515

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭПИЗОДОВ

НОВОРОССИЙСКОЙ БОРЫ 2012-2013 гг. © 2015 г. А. А. Шестакова*, К. Б. Моисеенко**, П. А. Торопов*

*Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119899 Москва, Воробьёвы горы **Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 3 E-mail: kbm@ifaran.ru Поступила в редакцию 22.04.2014 г., после доработки 24.12.2014. г.

На основе данных наблюдений метеопараметров в ходе зимних экспедиций в 2012—2013 гг. в районе Новороссийска—Геленджика проведен анализ пространственной и временной изменчивости поля приземного ветра во время эпизодов боры, включая события 27 января и 7 февраля 2012 г., сопровождавшиеся ураганными ветрами на побережье и подветренных склонах Маркотхского хребта. Исследована зависимость скорости ветра от фоновых атмосферных параметров и условий блокирования натекающего потока с наветренной стороны от гор для случаев сильной и слабой боры. Сделаны предположения о волновой природе боры в рассматриваемых эпизодах и преобладающей роли эффекта волнового сопротивления в наблюдавшемся ускорении ветрового потока на подветренном склоне. Эффект частичного блокирования горами натекающего воздушного потока также оказывает влияние на ветровой режим в подветренной области, особенно в окрестностях Геленджика, где высота гор выше, чем в районе Новороссийска.

Ключевые слова: новороссийская бора, волновое сопротивление, блокирование потока горами.

DOI: 10.7868/S0002351515040112

1. ВВЕДЕНИЕ

Бора — местное название холодного фена (ветрового потока, направленного с горных хребтов в сторону теплого моря), наблюдаемого на Черноморском побережье Кавказа. Новороссийская бора является разновидностью ветров подветренных склонов (downslope windstorms), интерес к которым обусловлен высокой практической значимостью своевременного прогноза данного погодного явления. Исследования физических механизмов возникновения боры чрезвычайно интересны и с точки зрения понимания основных закономерностей мезомасштабных атмосферных динамических процессов в горных районах и динамики стратифицированных течений в целом. В подобных исследованиях большую ценность приобретают полевые наблюдения; пространственная локализация явления создает при этом условия "природного эксперимента" с целью проверки научных гипотез и верификации моделей численного прогноза мезомасштабных погодных явлений.

Обзор текущего состояния исследований физического механизма возникновения боры с соответствующими ссылками приведен в работе [4]. Горизонтальный масштаб новороссийской боры по оценкам [16, 22] составляет ~50 км по направлению потока и ~100 км вдоль береговой линии (участок побережья Большой Утриш—Джубга), что соответствует Р-мезомасштабу явления, согласно классификации I. Orlanski [11]. К ЮВ от поселка Джубга значительная высота и ширина хребтов препятствуют вторжению с северо-востока холодного воздуха, поэтому данный участок побережья в периоды боры находится в своеобразной "аэродинамической тени". Вертикальный масштаб новороссийской боры достоверно неизвестен ввиду отсутствия данных прямых измерений в свободной атмосфере.

Первый подробный анализ синоптических условий возникновения боры, а также классификация типов данного явления дается в обширной монографии под ред. А.М. Гусева [22]. Результаты анализа данных приземных наблюдений и результатов численного моделирования приведены

Рис. 1. Сеть станций, использовавшаяся в исследованиях новороссийской боры в 2012—2013 гг.: станции Росгидромета (белые пунсоны), ветровой сети новороссийского порта (черные пунсоны) и автоматические метеостанции (АМС) кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ им. Ломоносова (черные квадраты). Линией АБ показан профиль через хребты.

г. Сапун

■26

Абинск

>4,. * .

Wa

Ж* '/■■**

25 24 с^

Новороссийск ^ ^

9 ^^

.23 % е *

у в

17

Кабардинка 15 ^

АМС экспедиции кафедры метеорологии и климатологии МГУ

Станции Росгидромета

Станции новороссийского порта

13 16

12

НТ//

14

Геленджик

__L. 8

в недавних работах [16, 19, 23, 24]. Несмотря на достигнутые успехи в понимании основных закономерностей развития боры, большой научный и практический интерес представляет анализ физических механизмов данного явления в конкретных эпизодах, с учетом многообразия факторов, определяющих гидродинамику ветрового потока, в том числе в эпизодах аномально сильных (катастрофических) ветров. Понимание данных механизмов, очевидно, является необходимой предпосылкой для корректной постановки задачи численного прогноза и выбора оптимальной стратегии дальнейших исследований данного явления.

Целью работы является детальный анализ термогидродинамических параметров, пространственной и временной изменчивости новороссийской боры, в зависимости от параметров натекающего потока и режима обтекания гор, для ряда эпизодов, имевших место зимой 2012 и 2013 гг. Использовались данные наблюдений на сети станций Росгидромета, ветровой сети новороссийского порта и результаты измерений, полученные в ходе зимних экспедиций научного студенческого об-

щества (НСО) кафедры метеорологии и климатологии Географического факультета МГУ на Черноморское побережье Кавказа.

2. ДАННЫЕ И МЕТОДОЛОГИЯ

Исследуемый район (рис. 1) достаточно хорошо обеспечен натурными данными, полученными на станциях сети Росгидромета, метеорологической службы новороссийского порта, а также на автоматических метеостанциях, установленных на территории исследуемого района (рис. 1).

На метеорологических станциях сети Росгидромета Крымск, Геленджик и Новороссийск (рис. 1) измерения выполняются в соответствии с рекомендациями ВМО (временная дискретность 3 ч, ветер измеряется на уровне 10 м, температура и характеристики влажности — на уровне 2 м). В порту г. Новороссийска вдоль побережья Цемесской бухты установлены ветровые датчики, измерения на которых проводятся на уровне 10 м с дискретностью 2 мин. В экспедициях кафедры метеорологии и климатологии использовались автоматические метеостанции Davis Vantage Pro. В экспеди-

Таблица 1. Разделение станций на категории для района Геленджика и Новороссийска

Тип станций Район Новороссийска Район Геленджика

I Наветренные 7 7, 16, 17

II На подветренном склоне - 13

III У подножия подветренного склона 1, 2, 9, 24, 25 12, 15

IV Подветренные, на удалении от хребта 23, 26 8, 14

Примечание. Курсивом отмечены станции, которые действовали только в 2013 г., подчеркиванием — только в 2012 г.

ции 2012 г. эти станции располагались на Маркотхском хребте (станция № 13), у его подножия (12) и на побережье (14). В экспедиции 2013 года в сеть были включены еще три станции — в поселке Кабардинка (15), в Адербиевской долине (между Главным Кавказским и Маркотхским хребтами, 16) и на наветренном склоне Кавказского хребта (17). Метеорологические параметры измерялись на уровне 2 м с дискретностью 5 мин в 2012 г. и 15 мин в 2013 г. Точность измерений соответствует требованиям ВМО.

Для удобства анализа данных и представления результатов все станции были разделены на четыре категории с учетом их пространственной локализации относительно главных особенностей горного рельефа: I — наветренные, II — непосредственно на подветренном склоне, III — у подножия подветренных склонов и IV — на удалении от подветренного склона (более, чем на 4 км), отдельно для района Новороссийска и Геленджика (см. табл. 1).

На основе данных наблюдательской сети, описанной выше, рассматривается два случая сильной боры (27.01.2012 г. и 07.02.2012 г.) и три случая слабой боры (29.01.2013 г., 14.02.2013 г. и 23.02. 2013 г.). Наиболее детально были исследованы два эпизода: сильная бора 25—28 января 2012 г. и слабая бора 22—24 февраля 2013 г. (далее — эпизоды 01.12 и 02.13 соответственно).

Оба эпизода развивались на южной периферии антициклона. Во время боры 01.12, в отличие от эпизода 02.13, дополнительное усиление северо-восточного ветра происходило на фоне перемещения через акваторию Черного моря циклона с Балканского полуострова; исследуемый район оказался на периферии двух вихрей и горизонтальный барический градиент увеличился (п. 3.4).

Для анализа состояния натекающего потока во время боры были использованы данные радиозондирования в Ростове-на-Дону — ближайшей к району исследований аэрологической станции. Статистический анализ пространственной структуры поля ветра в свободной тропосфере (выше 850 гПа) показывает, что характерные значения радиуса

значимой корреляции над равнинами ВосточноЕвропейской равнины составляют 300—400 км [18], т.е. в нашем случае сопоставимы с расстоянием от станции зондирования до гор. Кроме того, СВ направление натекающего потока при боре обуславливает его движение над горизонтально однородной поверхностью, в связи с чем использование данных ростовского радиозонда в качестве первого приближения при задании параметров натекающего на горы ("фонового") потока, представляется оправданным. Также для исследования натекающего потока в рамках данной работы использовались профили ветра и температуры из базы данных реанализа MERRA 0.667° х 0.5° в узле с координатами 45° N и 38° Е (с наветренной стороны хребта, в 10 км к северу от Крымска).

К сожалению, данные наблюдений за вертикальной структурой потока во время боры непосредственно над хребтом и с подветренной стороны, необходимые для наиболее полного исследования гидродинамических аспектов боры, отсутствуют, а использование реанализа в силу его низкого разрешения и сложной структуры рельефа в данном случае невозможно. В связи с этим при анализе и интерпретации данных приземных наблюдений нами использовались результаты численных экспериментов, выполненных с негидростатической моделью WRF-ARW 3.4.1 [25]. Проведенные ранее исследования [23, 24] показали, что модель достаточно хорошо воспроизводит временной ход приземной скорости ветра для всех категорий наблюдательных станций (рис. 2), в том числе и в рассматриваемых в данной работе эпизодах 01.12 и 02.13, при этом средняя абсолютная ошибка прогноз

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»