География и геология/

2. Наблюдение, анализ и прогнозирование метеорологических условий

 

 

Недострелова Л.В.

 

Одесский государственный экологический университет, Украина

 

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗАПАСЫ БЛОКИРУЮЩЕГО АНТИЦИКЛОНА

 

Наиболее распространенное определение процесса блокирования было дано Рексом [1]. В основу определения блока положен некий субъективный критерий, который предполагает минимальную длительность процесса блокирования 10 дней, прослеживающуюся на картах АТ-500 гПа. Тибальди и Монтени [2], исследуя возможность отображать начало и продолжительность ситуаций блокирования, несколько изменили формулировку для индекса блокирования. Методика Тибальди и Монтени была применена в данном исследовании.

Блокирующие ситуации, которые наблюдаются в атмосфере, могут вызывать различные стихийные и опасные явления над районами, где наблюдаются процесс блокирования. В данное время не существует четкого и однозначного определения процесса блокирования. По всей видимости, это связано с различными научными точками зрения на исследуемый вопрос [3].

Большой интерес в современной науке вызывают исследования энергетических характеристик атмосферных процессов, а особенно, блокирующих ситуаций. Энергетика позволяет рассмотреть все разнообразие динамических процессов, которые происходят в атмосферных системах различного масштаба. На современном этапе развития науки единственным фактом, который не вызывает никакого сомнения, является факт существования преобразований одних видов энергии в другие, за счет чего происходит энергетическая «подпитка» атмосферных процессов одного масштаба процессами другого. Таким образом, рассматриваемая проблема состоит в наиболее глубоком и точном с точки зрения физики исследовании и описании указанных выше преобразований энергии [4].

Энергетика глобальной атмосферы исследуется уже на протяжении 50 лет. Взяв за основу зонально-симметричную структуру глобальной атмосферы, Лоренц в 1955 г. [5] разделил кинетическую (K) и доступную потенциальную (Р) энергии на среднезональную (подстрочный индекс Z) и вихревую (подстрочный индекс Е) компоненты, а также сформулировал превращение одного вида энергии в другой, основываясь на эйлеровой средней меридиональной циркуляции. За последние несколько десятилетий роль объектов синоптического масштаба как важных факторов атмосферной энергетики глобального масштаба освещена во многих научных трудах. Но, как правило, в этих трудах рассматривается преимущественно бюджет кинетической энергии циклонов умеренных широт. Система уравнений для бюджетов кинетической (КЕ) и доступной потенциальной энергии (ДПЕ), предложенная Лоренцем, может применяться и для открытых атмосферных систем, которыми являются циклоны и антициклоны [6].

Используя энергетические характеристики для анализа эволюции вихрей синоптического масштаба, можно получить результаты, которые позволят существенно расширить представление о динамике вихрей. Расчет и анализ характеристик энергетики отдельных синоптических образований является показателем комплексного исследования их эволюции. В данной статье энергетический подход используется для исследования эволюции антициклона. Нужно заметить, что энергетика антициклонов, в отличие от циклонов, раньше исследовалась очень редко.

В данном исследовании использовались данные о метеорологических величинах в узлах регулярной широтно-долготной сетки на изобарных поверхностях от АТ-1000 до АТ-100 для области, которая в горизонтальной плоскости ограничена 47,5° и 72,5° с.ш. и 35,0° и 52,5° в.д. Эти данные получены с сервера NCEP-NCAR, шаг составляет 2,5° по широте и долготе.

Объектом исследования является блокирующий антициклон, который наблюдался с 9 июля по 5 августа 2003 года. Этот процесс интересен тем, что во время его существования над территорией Украины наблюдались различные конвективные явления, такие как ливни, шквалы, грозы. Данная ситуация была разбита на два процесса. Первый процесс – это взаимодействие блокирующего антициклона с циклоном и серией фронтов, связанных с ним. Данный процесс наблюдался с 9.07 по 13.07.2003 г. Второй – это блокирующий  антициклон, который наблюдался над исследуемой территорией с 14.07 по 5.08.2003 г. По северной и южной периферии антициклона перемещаются циклоны и, связанные с ними, фронты.

Результатом исследования являются следующие выводы. Запасы зональной потенциальной энергии PZ увеличиваются при адвекции холода, а следовательно, при увеличении меридионального градиента температуры как у земли, так и на высотах. Уменьшение PZ происходит при появлении в исследуемой области приземного циклона и при увеличении площади теплого сектора. Запасы зональной кинетической энергии увеличиваются при появлении в области исследования струйного течения, а также при усилении антициклона или гребня как у земли, так и на высотах. Запасы вихревой потенциальной энергии РЕ и вихревой кинетической энергии КЕ увеличиваются на максимальных стадиях барических образований. Преобразование (КZ - КЕ) имеет положительные значения в периоды появления струйного течения в области исследования. Также данные преобразования положительны и максимальны в периоды образования, усиления барических образований, как у земли, так и на высотах. Отрицательные значения преобразования (КZ - КЕ) характерны для ослабления антициклонов и заполнения циклонов. Преобразование (РZ - РЕ) максимально и положительно, когда усиливается адвекция холода, при этом усиливается холодный антициклон у земли и увеличивается его площадь. Отрицательные значения данного преобразования характерны для усиления фронтальной деятельности и ослабления приземного антициклона. Преобразования (РZ - КZ) увеличиваются при увеличении температуры у поверхности земли и на АТ-500, уменьшаются при уменьшении температуры на указанных поверхностях. Данное описание преобразования (РZ - КZ) подчеркивает неоднородность поля температуры. Также преобразования (РZ - КZ) ярко выражены в тех случаях, когда приземные барические образования территориально совпадают с высотными. Это усиливает вертикальную мощь барического образования. А, следовательно, и способствует усилению вертикальных нисходящих в антициклонах и восходящих в циклонах движений. Преобразования (РЕ - КЕ) положительны при повышении температуры у земли и АТ-500, а также при усилении антициклона у земли. Отрицательны преобразования (РЕ - КЕ) при уменьшении температуры и давления в области исследования.

ЛИТЕРАТУРА

1.                       Rex D.F. Blocking action in the middle troposphere and its effect upon regional climate: part I // Tellus. – 1950. – Vol. 2. – P.275-301.  

2.                       Tibaldi S., Monteni F. On the operational predictability of blocking // Tellus. – 1990. – Vol. 42A. – P.343-365.

3.                       Недострелова Л.В., Хохлов В.Н. Пространственно-временное распределение блокирующих антициклонов // Метеорологія, кліматологія и гідрологія, 2010. – Вип. 51. – С. 36-42.

4.                       Недострелова Л.В., Хохлов В.Н. Енергетичні характеристики антициклону // Вісник ОДЕКУ, 2009. – Вип. 8. – С. 140-149.

5.                       Lorenz E.N. Available potential energy and the maintenance of the general circulation // Tellus, 1955. – Vol. 7. – P. 157-167.

6.                       Michaelides S.C., Prezerakos N.G., Flocas Y.A. Quasi-Lagrangian energetics of an intense Mediterranean cyclone // Q. J. R. Meteorol. Soc., 1999. – Vol. 125. – P. 139-168.