Метеорология. Климатология

Приведены теория и материал для выполнения восьми практических заданий. Предложены необходимые справочные данные.

Объектом исследования являются ряды осреднённых во времени основных метеорологических параметров, полученных девятью метеорологическими станциями государственной сети гидрометеорологической службы Российской Федерации на территории Краснодарского края и расположенные в радиусе до 150 км от района Новороссийск-Анапа за весь период инструментальных наблюдений в регионе с 1944 по 2011 гг., продолжительностью 67 лет. Целью работы является выявление особенностей климата северо-восточной части Чёрного моря. Задачи исследования: построение и описание карт средних и экстремальных величин температуры воздуха, количества осадков, скорости, направления, повторяемости ветра, а также температуры, солёности морской воды и поверхностных течений исследуемого района. В результате проведенных исследований построены климатические карты: температуры воздуха (среднегодовой, зимней - январь и летней - июль, абсолютного максимума и абсолютного минимума), атмосферного давления, осадков, высоты снежного покрова, числа дней со снежным покровом, направления переноса воздушных масс, температуры и солёности поверхностного слоя воды прилегающей акватории моря и основных поверхностных течений. Климатическое картографирование территории выполнено современным методом ГИС-технологий с применением программного обеспечения ArcGIS 9.2. Использована карта территории на базе 4-х листов топоосновы масштаба 1:200000 Генштаба ВС СССР, разрешённая к использованию. Векторная карта, содержащая необходимое для построения карт и анализа количество слоёв, построена самостоятельно. Тип климата территории может быть определен как средиземноморский с влиянием климата умеренных широт. Важной особенностью региона является совместное влияние Чёрного моря и Русской равнины, частые вторжения сухого континентального воздуха с востока и наличие невысоких горных хребтов, которые определяют скорость и характер вторжения воздушных масс с севера, северо-востока и востока РФ.

По материалам наблюдений 14 метеорологических станций Грузии исследованы особенности обледенения проводов в горных районах Грузии. Определены максимальные повторяемость и масса отложения гололеда, повторяемость отложений разной массы и толщины, рассмотрено влияние орографии и метеорологических условий на процессы обледенения проводов.

Исследуется эволюция серий тропических циклонов 2009 г. в Тихом океане. Анализируется необычное поведение реальных одновременно существующих тропических циклонов (ТЦ). Исследуется механизм взаимодействия пары тропических циклонов, имеющих разную интенсивность. Рассматриваются случаи тройственного взаимодействия пары ТЦ и полярного фронта.

Премия Правительства Российской Федерации 2011 года в области науки и техники присуждена работе "Разработка и внедрение государственной территориально-распределенной системы космического мониторинга окружающей среды".

По материалам наблюдений 50 метеорологических станций Грузии за период 1961-2006 гг. исследована статистическая структура опасных туманов с видимостью менее 50 м. Оценен удельный вес опасных туманов в общем числе дней с туманами. Определены число дней и продолжительность опасных туманов в разных регионах страны.

Премия имени В. Г. Глушкова и В. А. Урываева за исследования гидрометеорологических и гелиогеофизических процессов в атмосфере, на поверхности суши, в Мировом океане, Арктике и Антарктике присуждена сотрудникам Государственного гидрологического института - Шикломанову И. А. (посмертно), В. Ю. Георгиевскому, В. И. Бабкину, Ж. А. Балоишниковой, А. М. Никанорову, Б. В. Боревскому за монографию "Водные ресурсы России и их использование".

Рассматриваются вопросы эксплуатации в Монголии метеорологической радиолокационной техники и использования радиолокационных данных о конвективных явлениях в синоптической практике.

Сравниваются показатели циклонической активности в отдельных районах Северной Атлантики в зимний и летний сезоны за период 1948-2010 гг., а также активность умеренных по интенсивности циклонов и экстремально интенсивных циклонов.

Исследован озоновый слой над Нижним Новгородом и над Среднеазиатским регионом с помощью наземной аппаратуры миллиметрового диапазона длин волн. Выполнено сопоставление результатов наземных измерений с данными прибора EOS MLS, установленного на спутнике "AURA". В ноябре 2010 г. во время совместных измерений в указанных пунктах обнаружено различие структуры озонового слоя в стратосфере.

Основу создаваемой в 1961 г. Общегосударственной радиометрической службы составили метеостанции, метеопосты, гидрологические станции, морские обсерватории, оснащенные средствами отбора проб объектов окружающей среды, созданные радиометрические лаборатории, проводившие регулярные наблюдения по единому регламенту и единым методическим указаниям.

На материалах ежедневных измерений характеристик атмосферного аэрозоля изучены сезонные вариации концентрации частиц разных размеров в приземном слое атмосферы. Установлено, что устойчивые изменения среднемесячной концентрации аэрозоля наблюдаются в интервале диаметров частиц 0, 02-1 мкм. Годовой ход концентрации этих частиц имеет два максимума - в феврале-марте и сентябре-октябре и минимум - в июне.

Воздействие на град осуществляется путем засева облаков частицами AgI субмикронных размеров с целью создания зародышей, конкурирующих с естественными за переохлажденную жидкокапельную влагу. Однако исследования подтверждают главенствующую роль гигантских и сверхгигантских частиц в формировании зародышей конвективных осадков и града.

Исследована статистическая структура временных рядов температуры воздуха с суточным разрешением по данным 9 метеорологических станций России за период с 1961 по 2006 г. Получено количественное соотношение между продолжительностью аномалий температуры и ее экстремумами для разных сезонов года.

Продемонстрирован процесс взаимодействия тропического циклона Ман-Уи и полярного фронта, который сопровождался искажением формы вихревой зоны, разрывом кольца завихренности и объединением его с вихревой зоной полярного фронта, а также появлением "хвоста" вихря, взаимодействующего с фронтальной зоной.

В своей заметке А. Г. Рябошапко, к сожалению, ушел от главного вопроса, вынесенного в заглавие критикуемой им статьи, а именно "Является ли рассеяние аэрозоля в стратосфере безопасной технологией предотвращения глобального потепления? ". Вместо этого, назвав свою заметку "К вопросу о недопустимости исследований в области геоинженерии глобального климата", он занялся обсуждением совершенно другого вопроса, который авторами не ставился.

Изучено влияние небольших участков суши на конфигурацию и структуру тропического циклона, а также на изменение разных характеристик тропических циклонов при их прохождении над островами. Результаты расчетов, произведенных для ураганов Карибского моря и тайфунов северо-западной части Тихого океана, показывают, что при пересечении архипелагов или отдельных островов происходит нарушение симметричной циркуляции в вихре, сопровождающееся значительными потерями кинетической энергии.

Рассмотрены результаты исследования влияния глобального потепления климата на климатологию града и методы оценки физической эффективности противоградовой защиты, учитывающие тренд градоопасности региона. Установлено, что за последние 30 лет частота выпадения града и количество мощных градовых облаков в горных районах Северного Кавказа уменьшились в среднем в 1, 5-2 раза, а в предгорных районах увеличились на 15-20%.

Показано существенное влияние океанических волн Россби на тепловое взаимодействие океана и атмосферы на основе анализа натурных наблюдений за температурой и скоростью течений океана, а также температурой воздуха и скоростью ветра. Прослеживается устойчивая достоверная связь течений волн Россби с температурой поверхностных вод океана.

Проведена верификация мультимодельного вероятностного прогноза на основе данных моделей АРСС (Asia-Pacific Climate Centre). Оцениваются зимние и летние среднесезонные поля Т [850] и сезонные суммы осадков. Используется метод комплексации, в котором сначала рассчитывается вероятностный прогноз по каждой из моделей отдельно, а затем они комбинируются с применением формулы полной вероятности.

Приводятся некоторые результаты работ по улучшению условий погоды в мегаполисах методами активных воздействий. Основной задачей этих работ являлось рассеяние облаков и уменьшение или прекращение осадков на защищаемой территории во время проведения политических, культурных и спортивных мероприятий. В качестве реагентов для засева облаков применяли жидкий азот, твердую углекислоту, йодистое серебро и грубодисперсный порошок.

Проведено исследование водности и водозапаса конвективной облачности, сопровождающейся ливнями, грозами и градом. Значения водности и водозапаса получены расчетным путем на основе радиолокационных характеристик кучево-дождевой облачности, а также с помощью ряда эмпирических зависимостей.

Исследованы процессы формирования опасного ветрового волнения на акватории Северной Атлантики в течение трех холодных периодов (октябрь-март) с 2007 по 2010 г. Получены оценки изменчивости траекторий циклонов, полей ветра и высоты волн при интенсификации зональной или меридиональной циркуляции атмосферы.

Осуществлено сравнение временного хода температуры и скорости ветра на разных уровнях, а также профилей ветра и температуры в атмосферном пограничном слое, получаемых в прогнозах региональной модели WRF и с помощью высотных контактных и дистанционных измерений в Москве и Московском регионе.

Премия имени В. Г. Глушкова и В. А. Урываева за исследования гидрометеорологических и гелиогеофизических процессов в атмосфере, на поверхности суши, в Мировом океане, Арктике и Антарктике присуждена сотрудникам Государственного гидрологического института - Шикломанову И. А. (посмертно), В. Ю. Георгиевскому, В. И. Бабкину, Ж. А. Балоишниковой, А. М. Никанорову, Б. В. Боревскому за монографию "Водные ресурсы России и их использование".

Исследованы статистические связи параметров поля приземной температуры воздуха и поля давления с характеристиками ледовых процессов на Баренцевом, Белом, Балтийском, Азовском и Каспийском морях. Определены параметры гармонических составляющих для расчета межгодовой изменчивости ледовых характеристик этих морей.

Рассмотрена параметризация турбулентного распространения аэрозоля в облачной среде на основе описания трех стадий диффузионного процесса, где первая стадия описывает диффузию при малом интервале времени, вторая - режим диффузии при промежуточном отрезке времени, сравнимом с лагранжевым временным масштабом, и третья охватывает диффузионный процесс при большом промежутке времени диффузии.

Анализ связи среднемесячной температуры и месячной суммы осадков между месяцами холодного и теплого периодов показал наличие нескольких довольно тесных связей. Предположительно, эти связи могут быть использованы в качестве вспомогательного инструментария при составлении долгосрочных прогнозов погоды.

В рамках задачи количественного описания эволюции торосистого образования рассматривается вопрос об усвоении тепла солнечной радиации в толще паруса тороса. Описываются методика проведения экспериментальных исследований и средства измерений. Показано, что толща паруса тороса усваивает на 20-50% солнечной радиации больше, чем ровный морской лед.

Специалисты Росгидромета приняли участие в организации и проведении исследований в Арктике и средних широтах в рамках 11 проектов, а также участвовали в аэростатных исследованиях в тропиках. За этот период на территории России организовано выполнение 42 полетов аэростатов разного класса в целях измерения атмосферных характеристик, валидации данных спутниковых приборов, испытания прототипов будущих спутниковых измерителей.

Проведен анализ оценок максимальной потенциальной интенсивности (МПИ) тропических циклонов (ТЦ) по разным моделям на основе натурных данных. В ряде случаев отмечена неадекватность модельных оценок МПИ реальной интенсивности ТЦ, что, прежде всего, связано с неучетом в имеющихся в настоящее время моделях ряда особенностей структуры ТЦ и их окружения.

Приводятся уточненные и дополнительные понятия ряда важных метеорологических явлений. К числу этих понятий, в частности, относятся атмосферный фронт и воздушная масса, тропический циклон, деформация поля атмосферного озона струйным течением, тропопауза, внезапное атмосферное потепление, озоновая дыра в атмосфере, парниковый эффект, эффект многократного рассеяния ультрафиолетового излучения в атмосфере.

По результатам наблюдений на станции Апатиты в конце лета - начале осени 2006 г. для разных метеорологических условий проведены исследования аэроэлектрических характеристик приземного слоя атмосферы с целью выяснения пространственной структуры атмосферных токов. Статистическими методами оценены горизонтальные масштабы аэроэлектрических неоднородностей при скорости ветра 2-6 м/с.

Исследуется зависимость количества осадков, их кислотности и ионного состава от атмосферной циркуляции на основе расчета обратных траекторий для периода 1982-1993 гг. Получены количественные оценки основных параметров траекторий и показано их существенное различие в летнее и зимнее время.

Приводятся результаты анализа многолетнего архива декадных наблюдений за состоянием ледяного покрова Японского моря. Оценивается достаточность описания состояния ледяного покрова традиционно используемыми параметрами: сплоченностью, возрастом и формами льда.

Рассмотрены изменение числа дней с грозами на территории Беларуси и особенности их формирования. Они имеют большую пространственную и временную изменчивость. Пространственная изменчивость характеристик гроз оценивалась с помощью картирования, временные ряды числа дней в году с грозами исследовались с помощью стандартных статистических методов.

Рассматривается новый метод дистанционного определения температуры поверхности суши по данным разновременных измерений аппаратуры SEVIRI/"Meteosat -9" в каналах окна прозрачности 10, 5-12, 5 мкм при отсутствии облачности в поле зрения прибора. Метод представляет комбинацию двух известных алгоритмов тематической обработки спутниковых данных и позволяет определять температуру поверхности суши без привлечения данных о значениях излучательной способности суши в пунктах зондирования.

Сделаны модельные оценки изменений эмиссии метана в атмосферу наземными экосистемами для европейской и азиатской части России с использованием модельного блока метанового цикла и расчетов с региональной моделью климата. Расчеты проведены для современного базового периода (1991-2000 гг. ) и для середины (2041-2050 гг. ) и конца (2091-2100 гг. ) XХI в. при сценарии антропогенных эмиссий SRES A2.

Обсуждается успешность оперативных гидродинамических прогнозов метеорологических величин и характеристик погоды в пунктах. Успешность гидродинамических прогнозов выше успешности синоптических прогнозов. Это позволяет осуществить переход к детальным оперативным гидродинамическим прогнозам погоды в пунктах.

Премия имени академика Е. К. Федорова за исследования гидрометеорологических и гелиогеофизических процессов в атмосфере, на поверхности суши, в Мировом океане, Арктике и Антарктике присуждена сотрудникам ГУ "ИГКЭ" Росгидромета и РАН - Юрию Антониевичу Израэлю, Алле Викторовне Цыбань за монографию "Антропогенная экология океана". Настоящее издание монографии дополнено новой научной информацией по исследованию антропогенного воздействия на Мировой океан и новой главой по влиянию изменения климата на морские экосистемы.

Рассматривается прикладной статистический анализ периодически коррелированных временных рядов с известным периодом коррелированности Т. Предложены статистические оценки тренда (неслучайной аддитивной составляющей) и математического ожидания (сезонной или суточной составляющей) исследуемого временного ряда.

Исследованы особенности в тенденциях изменения температуры воздуха на отдельных станциях Дальнего Востока. По данным наблюдений за температурой воздуха методом наименьших квадратов рассчитана оценка коэффициентов уравнения линейного тренда. Показано, что в северных районах тренд температуры воздуха обладает малой обеспеченностью при малых значениях остаточной изменчивости. В южных районах значимость тренда увеличивается почти во все сезоны при малых значениях остаточной изменчивости.

Проанализированы условия формирования 21 взрывного циклона. Определены типичные значения некоторых характеристик атмосферы и океана, сопутствующие образованию взрывных циклонов: индексов североатлантического и восточно-атлантического колебаний, температуры воздуха и воды, потоков явного и скрытого тепла.

Выполнена оценка качества воспроизведения гидродинамической моделью ММ5 суточного хода температуры воздуха в июле на Урале путем сравнения с данными станционных наблюдений. Модель ММ5 лучше воспроизводит максимумы температуры, чем минимумы, которые она сильно завышает. Наибольшую точность восстановления температуры воздуха модель демонстрирует в сроки 3, 6, 9, 12 и 24 ч, а наименьшую - в 15, 18 и 21 ч.

Приводятся данные о потерях от заморозков на территории Южного федерального округа России. Рассматриваются вопросы оптимизации методов защиты от радиационных заморозков, основанных на создании искусственных дымовых завес и туманов. Приведена оценка экономической целесообразности применения оптимизированных методов защиты от радиационных заморозков.

Рассмотрен алгоритм построения двухмерных рядов Фурье в сферической системе координат по полному набору ортогональных ультрасферических многочленов, частными случаями которых являются многочлены Лежандра и многочлены Чебышева первого и второго родов. Предложенные ряды равномерно сходятся во всех точках сферы, включая полюса.

На основе изучения корреляционных соотношений водяной пар-озон проведена оценка доли тропосферного воздуха вблизи термической тропопаузы. Для расчета были выбраны данные измерений в период нескольких полевых кампаний, проводившихся в зимний период во внетропических регионах. В полете 11 февраля 2003 г. на высоте 12 км было зафиксировано увеличение концентрации водяного пара в 1. 5-2 раза по сравнению с усредненными значениями концентрации водяного пара для внетропических областей.

На примере четырех глобальных моделей атмосферы проводится верификация модельных динамических механизмов генерации вертикальных движений. Предлагаемый подход применен для определения причин недостаточно успешного прогноза осадков по двум отечественным моделям в сравнении с моделями Метеорологической службы Великобритании и Национального центра прогнозирования состояния окружающей среды США.

Наряду с изучением изменений общего количества облаков особое внимание уделяется распределению основных форм по частоте их повторения. Пространственное обобщение результатов для крупных регионов позволило выявить преобладающие тенденции в изменении облачного покрова, которые слабо зависят от сезона года и отражают крупномасштабные изменения характеристик облачности во второй половине 20 в.

Рассмотрены особенности пространственного распределения положительных грозовых разрядов, полученных с помощью однопунктового грозопеленгатора-дальномера с радиусом наблюдения - 1200 км. Зафиксировано, что распределения положительных разрядов отражают в целом общую картину грозовой активности.