Современные особенности гроз на территории Иркутской области

 

Конвективная облачность, ливневые осадки и грозы – одни из самых опасных, изменчивых во времени и пространстве, и трудно прогнозируемых метеорологических явлений, сведения о которых представляют актуальность как в научном плане, так и для решения ряда прикладных задач в метеорологии и климатологии. Конвективные явления в атмосфере проявляют себя в различных масштабах, начиная от мезомасштабных процессов развития термической конвекции в неустойчиво стратифицированной атмосфере до развития конвективных облаков фронтального типа, занимающих значительные по площади территории. Во всех случаях существенное влияние на развитие конвекции, образование ливней и гроз оказывает рельеф, определяя довольно неоднородный характер их распределения во времени и в пространстве.

Образование конвективной облачности и ливневых осадков представляет собой сложный физический процесс, который привлекал внимание многих исследователей. В середине XVIII века М.В. Ломоносов, первым выдвинувший теорию грозовых явлений, связывал эти явления с заряжением облачных капель и развитием в облаках восходящих движений. А.И. Воейков в конце XIX века в качестве основной причины образования ливневых осадков рассматривал процессы коагуляции и действие силы тяжести. В 30 - е годы XX века Бержерон и Финдайзен исследовали вклад сублимации в образовании облаков смешанного типа и выпадения из них ливневых осадков [2].

В настоящее время для описания грозовых процессов широко используются одномерные модели конвекции. Однако такие модели стационарны и не могут описать динамику развития конвекции, поэтому более перспективны нестационарные версии одномерных моделей. В модель конвективного облака включены уравнения, описывающие вертикальное распределение вертикальной скорости, влажности и водности, а также выражение для расчета интенсивности осадков. В рамках развития моделей разрабатываются расчетные методы оценки источников и стоков тепла и влаги, вызванных микрофизическими и другими процессами, протекающими в конвективных облаках [1].

Таким образом, начиная с середины XX века, достигнуты значительные успехи в развитии теории физических процессов образования и численных методов моделирования грозовых процессов. Однако наличие большого числа факторов, определяющих образование атмосферной конвекции; сложность численного описания фазовых переходов влаги в атмосфере и генерации вертикальных движений; широкий диапазон линейных масштабов грозовых явлений, включая явления подсеточного масштаба, все это ограничивает возможности численного моделирования как эффективного инструмента исследования гроз и сказывается на успешности их прогнозирования. Поэтому, на наш взгляд, проведение региональных исследований грозовых процессов, что определило цель и задачи представленной работы, является одной из составляющей улучшения качества прогнозов опасных явлений погоды.

Обсуждение результатов исследования. Район исследования – территория Иркутской области расположена на юге Восточной Сибири, в бассейнах верхнего течения рек Ангары, Лены и Нижней Тунгуски [3]. Иркутскую область характеризуют пространственная неоднородность в распределении климатических условий и высокая степень изменчивости циркуляционных факторов на фоне резко расчлененного рельефа.

Как показало исследование, выполненное по данным наблюдений 86 метеорологических станций Иркутской области за 2000–2013 гг., грозы в апреле и сентябре на территории Иркутской области – достаточно редкое погодное явление, которое носит локальный характер [5]. Грозы отмечались преимущественно в предгорьях Прибайкальского хребта и на наветренных склонах горных систем Хамар-Дабана и Восточного Саяна. В мае 2000–2013 гг. в среднем по территории области отмечался один день с грозой. В июне 2000–2013 гг. в среднем по территории области наблюдалось 6 дней с грозой, в июле их число было максимальным (7), а в августе уменьшилось в среднем до 3 дней (рис.1). Максимальное число дней с грозой в исследуемый период зафиксировано в Западном районе Иркутской области в предгорьях Восточного Саяна: в июле на ст. Дабады (21) и в августе на ст. Сарам (20). В единичном числе случаев за весь исследуемый период грозы наблюдались на байкальских станциях: Баргузинский Заповедник, Большой Ушканий остров и Маритуй, а также по долине р. Ангары (ст. Свирск, Заваль и Октябрьск).

В отличие от проведенных ранее исследований [4], где было обнаружено три зоны наиболее частой повторяемости гроз (высокогорная часть Восточного Саяна; Ангарский кряж; обширная часть Лено-Ангарского плато и Прибайкальской впадины), в исследуемый нами период (2000–2013 гг.) выделяется пять зон наиболее частой повторяемости гроз, где наряду с установленными ранее, можно выделить значительную часть Ербогаченской равнины и Патомское нагорье, расположенные в Северном районе Иркутской области.

 

 

 

 

Рис.1 Среднее число дней с грозой на территории Иркутской области в июне (а), июле (б) и августе (в) 2000–2013 гг. (точками показаны метеорологические станции)

 

Суммарная продолжительность гроз в исследуемый период на территории Иркутской области в мае и сентябре не превышала одного часа, в июне и августе в среднем составляла 6-7 часов и наиболее продолжительные грозы (в среднем 15 часов/мес.) отмечались в июле. Максимальная суммарная продолжительность гроз (часы) наблюдалась в июле в предгорьях Восточного Саяна (ст. Сарам, 24), на территории Лено-Ангарского плато (ст. Усть-Кут, 23) и Ангарского кряжа (ст. Нижнеудинск, 22), а наименее продолжительными были грозы в июле на байкальской станции Сарма (4).

Оценка многолетних тенденций временных рядов, выполненная на основе линейного тренда, не выявила наличие значимых коэффициентов в 1961–2013 гг. По данным автокорреляционного анализа годового числа дней с грозой, наиболее высокой оказывается корреляция при сдвиге на временные интервалы до 9 лет при квадратической ошибке на исследуемых станциях 0,07-0,08. На основе методов Фурье и вейвлет-преобразований в многолетних изменениях числа дней с грозой выделены преобладающие циклы короткого периода (табл.1), которые являются одной из характерных мод межгодовой изменчивости климатических переменных и процессов синоптического масштаба, что указывает на актуальность исследований синоптических процессов образования гроз на территории Иркутской области.

 

Таблица 1. Периодичность числа дней с грозой на станциях Иркутской области в 1961–2013 гг.

Синоптико-климатический район	Станция	Фурье-преобразование (годы)	Вейвлет-преобразование (Морле)
Периоды (лет)
0–1	2–4	5–8	9–16	17–32
Северный	Киренск	3, 4, 13, 27		+		+	+
Центральный	Братск, обс.	27, 3, 2, 5			+	+	+
Западный	Нижнеудинск	27, 4, 2		+	+	+
Верхне-Ленский	Качуг	2, 4, 5, 3, 27		+		+
Южный	Иркутск, обс.	27, 3, 9, 4		+		+	+
Исток Ангары	27, 5, 3, 13		+		+
Хужир	6, 27, 5, 8	+		+
Хамар-Дабан	27, 18, 5, 7		+	+	+
Сарам	27, 4, 2, 13		+	+		+

 

В работе представлены результаты синоптического анализа гроз, занимавших значительную часть территории Иркутской области. Такое исследование в Иркутской области проводится впервые. Его актуальность обусловлена тем, что при указанных атмосферных процессах возникают наибольшие сложности для безопасности движения автотранспорта, деятельности авиации (отсутствие запасных аэродромов для взлета и посадки воздушных судов), сельского хозяйства (вероятность возможного поражения ливнями и градом значительных площадей) и т.д. Установлено, что чаще всего грозы над значительной частью территории Иркутской области в 2000–2013 гг. формировались в малоградиентных полях пониженного атмосферного давления у поверхности Земли и в средней тропосфере (38–39%). Из них в 64% случаев они носили нефронтальный характер и в 57% случаев отмечались при наличии термического гребня на уровне АТ–850 гПа. Установлено, что в 71% случаев грозы на космических снимках имели вид ячеек, объединенных в гряды или комплексы (рис.2).

 

Рис.2. Барическое поле и космический снимок при образовании гроз над значительной площадью Иркутской области в 2000–2013 гг.: малоградиентное поле (а, б), восточная периферия антициклона (в, г), северная периферия южного циклона (д, е), деформационное поле (ж, з)

Заключение. Широкий диапазон линейных масштабов грозовых процессов и наличие большого числа влияющих на них факторов существенно ограничивают возможности численного моделирования и, несмотря на достигнутые успехи, определяют необходимость проведения региональных исследований как эффективного инструмента повышения качества прогнозирования гроз.

Отсутствие статистически значимых связей числа дней с грозой от широты, долготы и высоты метеорологических станций Иркутской области при значительной пространственной неоднородности территории указывает на проявление мезомасштабных форм атмосферной циркуляции и определяет необходимость исследования синоптических условий образования гроз.

В этой связи впервые для территории Иркутской области предложена типизация синоптических условий возникновения гроз, учитывающая траектории смещения и стадии развития барических образований, термобарическую структуру нижней, средней и верхней тропосферы в 2000–2013 гг.

Определено, что грозы локального характера в большинстве случаев носят фронтальный характер. Наиболее благоприятные условия (≥40%) для образования гроз, занимающих значительную площадь территории Иркутской области, существуют при наличии малоградиентных барических полей пониженного атмосферного давления в нижней и средней тропосфере и термического гребня на уровне АТ–850 гПа.

Установлено, что наибольшую трудность в Иркутской области представляет прогнозирование гроз и ливневых осадков в ложбине ныряющих циклонов при отсутствии хорошо выраженных атмосферных фронтов на приземных картах.

На территории Иркутской области выделены новые типы синоптических процессов образования ливней и гроз («объединение ныряющего и южного циклонов» и «блокирование на востоке»), для которых характерно углубление циклонов и обострение атмосферных фронтов как факторов, способствующих развитию конвекции.

 

Используемая литература:

1. Вельтищев Н.Ф. Краткосрочный прогноз сильных осадков и ветра с помощью разрешающих конвекцию моделей WRF / Н. Ф. Вельтищев, В. Д. Жупанов, Ю. Б. Павлюков // Метеорология и гидрология. – 2011. – № 1. – С. 5 – 18.

2. Мейсон Б. Дж. Физика облаков / Б. Дж. Мейсон. – Л.: Гидрометеоиздат. – 1961. – 541 с.

3. Мизандронцева К.Н. Климат и климатические ресурсы Байкала и Прибайкалья / К.Н. Мизандронцева. – М.: Наука. – 1970. – 102 с.

4. Филиппов А.Х. Грозы Восточной Сибири /А. Х. Филиппов – Л.: Гидрометеоиздат. – 1974. – 76 с.

5. Шахаева Е.В. Исследование гроз на территории Иркутской области / Е.В. Шахаева, И.В. Латышева, К.А. Лощенко // Известия Иркутского Государственного Университета. Сер.: Науки о Земле. – 2012. – Т. 5. – № 2. – С. 163 – 175.

 

 

Секция 4. Проблемы личности, культуры и образования

 

Бурлакова Анастасия Владимировна,

2 курс магистратуры,

факультет филологии и журналистики ИГУ.

Научный руководитель –

профессор ИГУ Н.С. Коноплёв