Пороговые критерии грозоопасности

Переход от Cu cong к Cb, как правило, происходит, когда вершина облаков достигает изотермы . Этот уровень характеризуется массовой кристаллизацией млм «уровень спонтанной кристаллизации».

На этих высотах создаются условия разделения зарядов, возникновения молниевых разрядов и нейтральных зарядов при молниевых разрядах. В зависимости от высоты верхней границы радиоэхо, гроза считается слабой, если , сильной - , разрушающей - .

Американскими и индийскими учеными были предложены пороговые критерии гроз, которые позволяют выделить наличие гроз, если отражаемость превышает 35 ДБZ на высоте 6 км.

Одной отражаемости недостаточно, чтобы оценить грозоопасность. Более надежно – применение пороговых критериев, связанных с высотой верхней границы и отражаемостью.

При в 90% случаев Cb относится к грозовым.

На оперативной сети МРЛ используется критерий , больше – критического, а:

, – минимальное значение отражаемости, наблюдаемое в грозах.

Для гроз различной интенсивности выполняются следующие соотношения:

Если:

- – наблюдается гроза с вероятностью примерно 90%;

- - гроза с вероятностью 70-90%;

- - гроза с вероятностью меньше 70%.

 

Установлено, что начало грозы по данным МРЛ с вероятностью 65-78% случаев определяется на 10 минут раньше, чем по данным метеостанций. Вероятность совпадения информаций РЛС и наземной станции в радиусе 150 км от МРЛ составляет 82-85%, а в радиусе 30 км – 90-95%.

Анализ радиоэхо гроз и ливней для разных метеоусловий позволили оценить повторяемость используемых в оперативной практике градаций гроз и ливней.

 

	% повторяемости ливней	% повторяемости гроз	y
I
II
III
IV
V

 

Таким образом, наблюдаемые радиоэхо конвективного облака с будут считаться ливнями, а грозами будут считаться все случаи с .

Это составляет 81% ливней и 75% гроз.

Для отдельных МРЛ граничные значения могут меняться, но не более, чем на .

Лекция №13

В литературе для распознавания ливней и гроз предлагается использовать другой критерий .

,

где – высота верхней границы, - высота зоны максимальной отражаемости, - высота нулевой изотермы.

В результате нулевой обработки, было определенно, что с вероятностью менее 80% для ливней , если - гроза, если - град.

 

Дальнейшее совершенствование критериев грозоопасности проводилось с учетом данных аэрологического зондирования. При этом для принятия решения использовался квадратичный дискриминантный анализ на статистически главных компонентах. В качестве главных компонентов были выбраны максимальная высота облаков, радиолокационная отражаемость на 3 уровне (+2, 2,5 км выше нулевой изотермы) и высоты изотермы .

Для построения единой дискриминантной функции использовалось 8600 грозовых и 2400 ливневых радиоэха и данные на высоте изотермы в синхронные с радиолокационными наблюдениями сроки.

Общий вид графически:

Было установлено, что если , а высота км, то с вероятностью более 80% будет гроза; – ливень.

При анализе косвенных критериев при распознавании грозовых облаков было установлено, что надежность распознавания состояния от 72% до 83%. Ошибка распознавания от 18% до 23%. С увеличением расстояния до объекта увеличивается ошибка распознавания грозовых облаков. Вероятность распознавания падает.

Резервы повышения о достоверности гроз:

- Увеличение точности параметров радиоэха;

- Использование автоматизированных систем регистрации и обработки информации;

- Использование совместно с МРЛ грозопеленгатора;

- Уменьшение дискретности съема информации.

Факторы, ухудшающие вероятность распознавания гроз:

Асинхронность определения радиолокационных характеристик (, , , ). Уменьшение вероятности распознавания гроз связано с большой изменчивостью характеристик радиоэха.

Изменчивость радиолокации за 15-минутный интервал составляет около 20% случаев, при этом величина может измениться с высотой на 1,2. Изменчивость высоты в 42% случаев превышаем 2 км, поэтому наряду с косвенными методами оценки грозовых процессов в облаках используются прямые методы с помощью РЛС ДМ и М диапазона.

Радиолокационные критерии града.

Существует несколько методов обнаружения града в облаках.

Первый метод. Однозначные критерии града – они основаны на измерении высоты и отражаемости ядра радиоэха конвективных облаков. Град на Земле регистрируется тогда, когда отражаемость ядра ДБZ, а высота верхней границы превышает уровень нулевой изотермы на 1,4 км = .

При наличии отражаемости в ядре ДБZ наличие града не будет зависеть от высоты радиоэха. Однозначным критерием града в РКО (радиоконвективном облаке) является наличие отражаемости в любой части облака, когда . Для РКО, которое имеет высоту верхней границы км, однозначным критерием града является и . При высоте км, при , которая превышает пороговое значение (зависит от географических условий).

Северный Кавказ , то в Cb – град. Средняя Азия , Среднеевропейская территория и Украина .

При наличии отражаемости на высотах , и при также наблюдается град.

Вероятностный метод оценки града.

Установлено, что град выпадает с высот 8-10 км, при этом температура верхней границы от до . Для реализации вероятностного метода используются данные трех параметров: максимальная радиолокационная отражаемость, температура верхней границы радиоэха, температура верхней кромки зоны максимальной отражаемости.

Вероятность града рассчитывается по следующей формуле:

и условные плотности распределения параметров дзю в негрозовом и грозовом облаках.

Если , то облако считается грозовым, надежность метода 95-98%.

Момент перехода кучево-дождевого облака в грозовое определяется моментом перехода верхней кромки зоны повешенной отражаемости через высоту уровня изотерм от до .

Двухволновой метод определения града.

Увеличение размеров гидрометеоров увеличивает отражаемость таким образом, что отношение отражаемости двух разных длинах волн (3,2 и 10 см) для мелких частиц – это отношение постоянно и равно около 100. При появлении крупных частиц града отношение отражаемости резко уменьшается в 10-100 раз.

Когда появляются крупные частицы, то мы уже расчет отражаемости проводи не по формуле Релея, а используя формулы Ми.

Если см, то

s w:ascii="Cambria Math" w:fareast="Times New Roman" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/></w:rPr><m:t>в‰…5Г·10</m:t></m:r></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></wx:sect></w:body></w:wordDocument>"> , где – средний кубический диаметр спектра градин при – распределении.

Величина - не зависит от интенсивности осадков и может быть использована как индикатор града.

Турбулентность.

Метод оценки турбулентности осуществляется при взлете и посадке и полете на эшелоне летного аппарата. Для оценки турбулентности используют ширину доплеровского спектра скоростей отраженного сигнала, при вычитании вклада градиента среднего ветра в пределах импульсного объема.

Аналогичный подход к решению данной проблемы, предусматривающий оценку ширины спектра, огибаний отраженного сигнала, предложен и к некогерентным МРЛ.

Смерч, торнадо.

Размеры смерча меньше размера радиолокационного объема, и отражаемость смерча сравнительно невелика. Поэтому непосредственное обнаружение смерча затруднительно, даже с помощью доплеровского МРЛ.

Однако, можно идентифицировать предшествующую смерчу в Cb область мезоциклона с повышенной скоростью циркуляции воздуха, размеры которой превышают размеры смерча и составляют от 2 до 13 км. С помощью некогерентных МРЛ можно обнаружить смерч в сравнительно редких случаях, когда радиоэхо Cb сопровождается характерным крючкообразным отростком.

Доплеровские РЛС дают возможность предсказать разрушающие смерчи за 20-22 минуты до их возникновения, а обычно средство метеообеспечения за 1,5 минуты.

Критерии опасности явлений для поляризационных МРЛ.

(Две плоскости: вертикальная и горизонтальная, излучаемая и отражаемая дифракционная отражаемость – отношение отражаемости в горизонтальной плоскости к отражаемости в вертикальной плоскости ).

Применение радиолокаторов с двойной поляризацией (вертикальной, горизонтальной) в оперативной работе началось сравнительно недавно. Эти локаторы внедряются в первую очередь в тех регионах, где ожидается значительный выигрыш от применения 2-ой поляризации с точки зрения распознавания опасных явлений. При совместном измерении и можно четко идентифицировать зоны града, где большим значениям соответствуют близкие к нулю или отрицательные значения .

В интенсивных моросящих осадках большое значение сопровождается большими положительными значениями . В ряде работ дается вывод о том, что величина дифференциальной отражаемости может быть использована для определения нисходящих и восходящих потоков в облаках и осадках. При этом восходящие потоки, выносящие крупные гидрометеоры в виде переохлажденных жидких капель выше нулевой изотеры характеризуется положительными значениями . А нисходящие потоки, содержащие твердые гидрометеоры ниже нулевой изотермы могут быть связаны с близкими к нулю или отрицательными значениями .

В первом случае переохлажденные капли могут служить источником опасного обледенения самолета, а во втором случае интенсивные нисходящие потоки создают угрозу возникновения микрошквалов вблизи поверхности Земли.

 

Лекция №14