Термодинамические характеристики атмосферы при

«Томский государственный педагогический университет»
(ТГПУ)
Биолого-химический факультет
Кафедра географии
Термодинамические
характеристики атмосферы
при конвективной облачности,
ливневых осадках и грозе
Т.В. Ершова
к.ф.-м.н, доцент
ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ
Для аэропорта
Новосибирска
оправдываемость
прогноза гроз
составляет по
различным
методам от 55 до
77%
Для внутримассовых гроз по
методу Кокса
оправдываемость составляет
77%, фронтальных гроз по
методу Седлецкого – всего
55%, а ночных гроз по методу
Р.А. Ягудина – 67%
-
-
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:
анализ динамики количества случаев
с грозами и ливнями по данным
метеорологических станций 19992011 гг. для Томской области;
формирование базы данных
термодинамических индексов при
грозах и ливнях для Новосибирской и
Томской областей
Таблица 1. Описание данных о грозах для
метеорологических станций Томской области
Название станции
Период наблюдений (гг.)
Александровское
1999-2011
Березовка
2000-2004
Ванжиль-Кынак
1999-2011
Молчаново
2000-2004
Прохоркино
2000-2004
Пудино
1999-2011
Средний Васюган
2000-2011
Старица
2000-2004
Степановка
2000-2004
Тегульдет
2000-2004
Усть-Озерное
2000-2004
Случаи гроз и ливней выбирались из массива в соответствии с
международным кодом КН-01.
Таблица 1
Расшифровка международного кода КН-01 для ливня и грозы [14]
Код КН-01
13
17
25
29
80
81
91
95
96
97
98
99
Метеорологическое явление
Зарница
Гроза, без осадков
Ливневый дождь (в прошедший час)
Гроза (в прошедший час)
Небольшой ливневый дождь
Ливневый дождь
Гроза (в прошедший час), небольшой дождь
Гроза, дождь (или снег)
Гроза, град (снежная крупа)
Сильная гроза, дождь (снег)
Гроза, пыльная или песчаная буря
Сильная гроза, град (снежная крупа)
Таблица 3. Количество случаев с ливнями/ грозами для Томской области
Год
Июнь
Июль
Август
Июнь-август
1999
25/0
22/9
48/1
95/10
2000
19/6
26/8
42/1
82/15
2001
31/8
40/7
33/12
104/27
2002
33/3
28/8
38/3
99/14
2003
20/10
27/8
5/1
52/17
2004
32/11
26/3
26/7
84/17
2005
9/3
8/7
35/14
52/21
2006
16/16
16/6
41/0
73/24
2007
51/8
11/4
40/10
102/22
2008
38/5
22/3
33/6
93/22
2009
38/2
27/6
22/2
87/14
2010
17/8
27/8
33/5
77/10
2011
26/15
47/0
53/5
126/21
сумма
382/102
352/83
446/72
1126/234
среднее
27/7
25/6
35/5
87/18
140
30
120
25
20
80
15
60
10
40
ливни
грозы
20
5
11
20
09
20
07
20
05
20
03
20
01
0
20
99
0
19
ливни
100
грозы
Рис. 2. Динамика количества случаев с
ливнями и грозами за период 1999-2011 гг.
Рис. Станции радиозондирования атмосферы
Аэрологическая станция Новосибирск
(слева - ARVK «Вектор", справа - AVC-1)
University of Wyoming http://www.weather.uwyo.edu/upperair/sounding
Метеорологическая станция
Огурцово (около Новосибирска)
Института космических исследований РАН «Погода России» http://meteo.infospace.ru
Термодинамические индексы



Для построения моделей и составления прогнозов различных
метеорологических явлений используется более 20 параметров
состояния атмосферы, рассчитанных на основе данных
радиозондирования.
В 1953 г. А.К. Шолвалтером (Sholwalter) был введен параметр
Showalter stability index (SHOW), который широко используется и в
настоящее время.
Метеорологическая служба Израиля (станция Иерусалим)
выставляет в открытом доступе в сети Интернет данные по
термодинамическим параметрам с прогностическими правилами.
Цветом на экране компьютера значения каждого из девяти
параметров закрашиваются от темно-зеленого до красного в
зависимости от вероятности возникновение грозы (низкая, средняя,
высокая и экстремальная). Таким образом, любой пользователь,
даже далекий от метеорологии, может получить информацию о
грозе.
Jerusalem Weather Station
Height 755 m 3:32 Sun 22/04/12
12Z Radiosonde









CAPE 0.00
Cross -7.50
Showalter Index 14.48
K -31.90
SWEAT 48.00
Totals 18.00
Bulk 0.00
Lift 7.27
Vertical 25.5
Current Instability Lo Medium Hi Extreme
Jerusalem Weather Station http://www.02ws.com/station.php?section=radiosonde.php&
lang=0
Термодинамические индексы
SHOW Showalter index
SHOW = T500 - Tparcel
T500 = Temperature in Celsius at 500 mb
Tparcel = Temperature in Celsius at 500 mb of a parcel lifted from 850 mb
LIFT Lifted index
LIFT = T500 - Tparcel
T500 = temperature in Celsius of the environment at 500 mb
Tparcel = 500 mb temperature in Celsius of a lifted parcel with the average pressure,
temperature, and dewpoint of the layer 500 m above the surface
Термодинамические индексы
SWEAT index
SWET = 12 * TD850 + 20 * TERM2 + 2 * SKT850 + SKT500 + SHEAR
TD850 = Dewpoint in Celsius at 850 mb
TERM2 = MAX ( TOTL - 49, 0 )
TOTL = Total totals index
SKT850 = 850 mb wind speed in knots
SKT500 = 500 mb wind speed in knots
SHEAR = 125 * [ SIN ( DIR500 - DIR850 ) + .2 ]
DIR500 = 500 mb wind direction
DIR850 = 850 mb wind direction
Термодинамические индексы
KINX K index
KINX = ( T850 - T500 ) + TD850 - ( T700 - TD700 )
T850 = Temperature in Celsius at 850 mb
T500 = Temperature in Celsius at 500 mb
TD850 = Dewpoint in Celsius at 850 mb
T700 = Temperature in Celsius at 700 mb
TD700 = Dewpoint in Celsius at 700 mb
TOTL Total Totals index
TOTL = ( T850 - T500 ) + ( TD850 - T500 )
T850 = Temperature in Celsius at 850 mb
TD850 = Dewpoint in Celsius at 850 mb
T500 = Temperature in Celsius at 500 mb
Термодинамические индексы
EQLV Equilibrium level (hPa)
EQLV = level at which a parcel from the lowest 500 m of the atmosphere is raised dry
adiabatically to the LCL and moist adiabatically to a level above which the
temperature of the parcel is the same as the environment. If more than one
Equilibrium Level exists, the highest one is chosen.
Level of Free Convection (hPa) by comparing temperature between a parcel and the
environment
LFCT
= level at which a parcel from the lowest 500 m of the atmosphere is
raised dry adiabatically to LCL and moist adiabatically to the level
above which the parcel is positively buoyant. If more than one LFCT
exists, the lowest level is chosen. If the parcel is positively bouyant
throughout the sounding, the LFCT is set to be the same as the LCLP.
Термодинамические индексы
CAPE Convective Available Potential Energy (J/kg)
CAPE = GRAVTY * SUMP ( DELZ * ( TP - TE ) / TE )
SUMP = sum over sounding layers from LFCT to EQLV for which ( TP - TE ) is
greater than zero
DELZ = incremental depth
TP = temperature of a parcel from the lowest 500 m of the atmosphere, raised
dry adiabatically to the LCL and moist adiabatically thereafter
TE = temperature of the environment
Таблица 4. Характеристика исходного материала по
трём станциям радиозондирования
Аэрологическая
станция
Географическая
Период
широта
Количество
случаев
гроза
ливень
Новосибирск
54˚57΄
2004-2011
50
68
Колпашево
58˚18΄
2005-2011
30
51
Александровс 60˚26΄
кое
1999-2011
40
174
Таблица 5. Статистические характеристики термодинамических
индексов для ситуации с ливнем/грозой, осредненные по трём
станциям (Новосибирск, Колпашево и Александровское)
Термодинамичес Среднее
кие индексы
Максимальное
Минимальное
SHOW
4/1
17/15
3/-4
LIFT
3/-1
20/11
-9/-10
SWEAT
131/180
341/436
29/39
KIND
25/30
36/39
2/-3
TOTL
46/49
56/57
25/12
CAPE
118/489
2006/1972
0/0
CINS
-17/-49
0/54
-195/-288
EQLV
605/368
926/922
184/200
LFCT
852/813
974/969
584/715
Рис. 3. Индекс SHOW при грозах
и ливнях для Новосибирска за период 2004-2011
8,0
SHOW, град
6,0
4,0
ЛИВНИ;
3,7
2,0
ГРОЗЫ;
0,6
0,0
-2,0
-4,0
Явление
Основные выводы:


Грозовые облака по сравнению с ливневыми
характеризуются более выраженным контрастом
температур между облаком и окружающим
воздухом (LIFT), а также внутри облачности
между уровнями 1,5 и 5,5 км (KIND и TOTL);
CAPE при грозах более чем в четыре раза
превосходят значения при ливнях; уровень
свободной конвекции (LFCT) и уровень
равновесия (EL) в грозовых облаках выше, чем в
ливневых, а также мощность слоя между
уровнями LFCT и EL в грозовых облаках почти в
два раза превосходит эту же величину в
ливневых облаках.
Дальнейшие перспективы

Совершенствование методов прогноза гроз
на основе термодинамических
характеристик для территории Томской и
Новосибирской областей на современном
материале.
СПАСИБО
ЗА ВНИМАНИЕ