WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

«Экспедиционные исследования новороссийской боры Борзенкова А., Бычкова В., Корнева И., Морозова П., Партола В., Торопов П., Чайка А., Чечин Д. ...»

Экспедиционные исследования новороссийской боры

Борзенкова А., Бычкова В., Корнева И., Морозова П.,

Партола В., Торопов П., Чайка А., Чечин Д.

Кафедра метеорологии и климатологии географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Зимние студенческие экспедиции являются не только важным элементом

учебного процесса на географическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова, но и

формой стимулирования научной деятельности студентов. Данные, полученные в ходе

полевых исследований, используются при написании курсовых и дипломных работ, научных статей и диссертационных работ. Результаты студенческих экспедиций кафедр географического факультета оцениваются конкурсной комиссией во время ежегодной Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов».

Экспедиции кафедры метеорологии и климатологии неоднократно становились призерами этой конференции (в 2000, 2002, 2005, 2006 гг.).

Первая зимняя студенческая экспедиция на географическом факультете была организована кафедрой геоморфологии в 1972 году. К концу 70-ых годов почти все кафедры факультета, в том числе кафедра метеорологии и климатологии, проводили такие экспедиции. Однако, в условиях недостаточного финансирования в 90-ые годы многие кафедры отказались от этого научно-учебного мероприятия.

Зимние студенческие экспедиции кафедры метеорологии и климатологии возобновилась в 2000 г. по инициативе к.г.н. Г.В. Сурковой. До 2005 г. студенты работали на факультетской базе в д. Сатино (Калужская область), с 2005 г по настоящее время базой для зимних экспедиций стало Южное отделение Института Океанологии РАН в г.Геленджике (Краснодарский край).

Приборная база кафедры метеорологии и климатологии позволяет наблюдать во время экспедиции за основными метеорологическими и актинометрическими величинами с помощью современных автоматизированных метеорологических станций (АМС) и других приборов. В течение последних 4 лет студенты разных курсов под руководством к.г.н. П.А. Торопова приобретают опыт работы на современном метеорологическом оборудовании, а также используют полученные в полевых условиях данные для своих первых научных исследований.

В рамках зимних студенческих экспедиций, организуемых кафедрой метеорологии и климатологии, проводятся наблюдения за мезомасштабными явлениями в районе г.Геленджик. В настоящей статье представлены обобщенные результаты экспедиционных исследований кафедры разных лет, посвященные изучению гидрометеорологического режима новороссийской боры.

Метеорологические условия возникновения боры По словарю [Хромов, Мамонтова, 1974] бора - это сильный порывистый ветер, направленный вниз по горному склону и приносящий в зимнее время значительное похолодание. По сути бора является разновидностью фена 1. Классически явление фена связано с преодолением воздушным потоком орографического препятствия. Фен, как правило, сопровождается образованием облачности (феновый вал), а также интенсивным нисходящим потоком воздуха (рис.1).

Феном принято называть нисходящий поток воздуха, образующийся вследствие соскальзывания воздушной массы вдоль наклонной поверхности препятствия. Первые подробные исследования фена были проведены в Альпах, откуда название «фен» – по [Вельтищев, Степаненко, 2006] а). Схема фена по [Барри,1984] б). Бора в районе г.Геленджик Рис. 1. Схема (а) и фактическое проявление (б) фена.

Горизонтальный масштаб феновых явлений невелик – до 100 – 200 км. Ключевым в формировании холодного фена является незначительная высота орографического препятствия: холодная воздушная масса может преодолеть только достаточно низкие горы (не более 600 – 800 м) и в то же время не успевает адиабатически нагреться. Для холодного фена характерна высокая пространственная изменчивость, связанная с неоднородностью рельефа.





Различают следующие благоприятные синоптические условия для развития боры в зимний период (по [Хромов, Мамонтова, 1974]):

1. Прохождение холодного фронта и вторжение холодного арктического воздуха – т.н. «циклоническая бора» с облачностью и осадками. Для циклонической боры характерно ярко выраженное явление обледенения.

2. Наличие холодного антициклона над сушей (скандинавского, арктического, сибирского) и термически обусловленной депрессии над морем – т.н. «антициклоническая бора» с малооблачной погодой и особенно сильными ветрами.

В целом за 4 года проведения наблюдений в районе г.Геленджика (2005-2008 гг.) явление боры было зафиксировано во время экспедиций 2005, 2006 и 2008 гг.

Синоптические условия возникновения боры существенно отличались (рис.2).

2005 г. 2008 г.

Рис.2. Синоптические условия во время прохождения новороссийской боры в разные годы

В периоды экспедиции были зафиксированы следующие типы боры:

антициклоническая бора, связанная с ультраполярным вторжением холодных воздушных масс в передней части антициклона (2005 г.);

циклоническая (фронтальная) бора, связанная с прохождением холодного фронта «ныряющего» циклона (2006 г.);

внутримассовая бора, связанная с сохранением холодного воздуха над сушей холода и формированием приземных температурных контрастов «суша-море»

в условиях размытого барического поля (2008 г.).

Наиболее точно выделить период боры можно с помощью данных наблюдений, полученных в ходе экспедиции. Для выделения периода начала боры по данным АМС использовался комплекс диагностических признаков: формирование устойчиво высоких скоростей ветра северной четверти, резкое понижение температуры воздуха, рост давления и увеличение дефицита влажности.

Пространственно-временные характеристики основных метеорологических величин Основным источником данных для характеристики метеорологического режима во время боры стали результаты наблюдений АМС фирмы Davis Instruments (рис.3), которые были установлены на разных высотах в окрестностях г.Геленджика:

1. На высоте 6 м над уровнем моря (у.м.) в пределах Голубой бухты (АМС Пирс).

2. На высоте 127 м над у.м. вблизи федеральной автотрассы «Новороссийск - Сочи» и строящегося аэродрома (АМС Бензоколонка).

3. На склоне Мархотского хребта на высоте около 400 м над у.м. вблизи линии электропередач (АМС ЛЭП).

4. На склоне Мархотского хребта на высоте около 600 м над у.м. (АМС Хребет).

Рис.3. Автоматические метеорологические станции фирмы Davis Instruments, используемые в экспедиции Были проанализированы ряды температуры воздуха ( T ), температуры точки росы ( Td ), средней скорости (V ) и порыва ( Vmax ) ветра. Помимо стандартных метеорологических величин в анализе использовались дополнительно рассчитанные параметры: дефицит точки росы ( T Td ), порывистость ( V/Vmax ).

Время начало боры незначительно варьирует по годам: как правило, бора начинается во второй половине дня (13.00 ч - 14.30 ч.) при максимальных значениях температурного градиента между холодным воздухом на территории Краснодарского края и теплой воздушной массой над Черным морем. На рис.4 приведены влажностные и ветровые характеристики начала боры (первые 16 часов) за разные годы. Видно, что бора в 2008 г. была средней по влагосодержанию, в то время как бора 2005 г. – относительно сухой, 2006 г. – относительно влажной. Начало боры характеризуется постепенным увеличением средней скорости ветра, которая спустя 15 часов после начала боры достигает 8-12м/с.

T-Td, град.С

–  –  –

-2

-4

-6

-8

–  –  –

Рис. 5. Временной ход температуры воздуха по данным АМС во время боры Для описания временных свойств метеорологических рядов использовались аппараты автокорреляционного и Фурье анализа на базе популярного статистического пакета STATISTICA 6.0. В анализе использовался весь массив данных за 2005-2008 гг.

Автокорреляционный анализ проводился для получения заблаговременности статистически значимого инерционного прогноза (табл.1). Отмечается высокий уровень автокорреляции, следовательно, и качество инерционного прогноза, в рядах температуры воздуха и температуры точки росы. Автокорреляция рядов температуры воздуха и температуры точки росы выше, чем для их разницы T Td. Так, если для температуры точки росы возможности статистического прогнозирования оцениваются в 5-6 часов, то для рядов дефицита точки росы – до 3 часов. Автокорреляция рядов скорости и порыва ветра невысокая, возможности статистического прогнозирования не превышает 2-2.5 часа.

Автокорреляционный анализ порывистости ветра показал, что устойчивость корреляции очень низкая, временной процесс характеризуется малой инерционностью (возможности прогнозирования до 15 минут).

–  –  –

Спектральный анализ показал, что для рядов температуры воздуха и дефицита точки росы характерны суточная (22-25 часов) и полусуточная (8-10 часов) изменчивость.

Для рядов V и Vmax максимумы спектральной плотности приходятся на 5-15 часов, для рядов V/Vmax – 1-8 и 13-21 часов. Широкие максимумы спектральной плотности ветровых характеристик связаны с нестационарными временными и пространственными проявлениями мезомасштабной циркуляции в разные годы на разных местоположениях, что по всей видимости, свидетельствует о том, что бора – это не гидравлическое течение, причиной которого является разность плотностей между воздушными массами, а сложное волновое явление (холодный воздух «стекает порциями»).

–  –  –

Турбулентный обмен в приводном слое Изменчивость величин турбулентных потоков тепла, влаги и импульса зависит от ряда гидрометеорологических параметров: скорость, направление и порывистость ветра, разность температуры поверхности воды и воздуха. Для расчета турбулентных потоков методом Монина-Обухова [Матвеев, 2000], [Монин А.С., Обухов А.М, 1954] использовались данные по температуре и влажности воздуха, а также скорости ветра, измеренные АМС Пирс. Кроме этого, данные по температуре поверхности моря были предоставлены студенческой экспедицией кафедры океанологии МГУ, проводившей пятиминутные измерения в той же точке YSI-зондом.

Основой для расчетов турбулентных потоков тепла послужили измерения во время боры 2008 г. По данным расчетов (рис.6) поток скрытого тепла при боре в Расчеты производились по методике [Улюмджиева Н.Н., Чубарова Н.Е.,. Смирнов А.Н., 2005] среднем составляет 140 Вт/м2, достигая максимальных значений в 350–400 Вт/м2.

Поток явного тепла при боре в среднем составляет 110 Вт/м2 с максимумом в 260–310 Вт/м2. Для турбулентных потоков тепла в равной степени характерна высокая временная изменчивость.

Потоки тепла, Вт/м2

–  –  –

Рис.6. Временной ход рассчитанных потоков явного и скрытого тепла во время боры 2008 г.

Теория Монина-Обухова основывается на положениях, верных при установившемся режиме турбулентности и волнения, что в случае боры не выполняется.

Кроме этого, в турбулентном обмене участвует только тонкая пленка на поверхности воды, температура которой отличается от температуры, измеряемой океанологическими приборами. Все это приводит к возникновению ошибок при расчете потоков тепла методом Монина-Обухова.

Оценка качества воспроизведения температуры и скорости ветра региональной моделью WRF Численное моделирование основных метеорологических параметров (скорость и направление ветра, температура воздуха) во время боры осуществлялось с использованием региональной гидродинамической модели WRF (США), адаптированной и настроенной для северо-восточной части Черноморского побережья Кавказа. Прогноз реализовывался в прямоугольной области размером 50х50 км 2 с пространственным шагом 2 км. Временной шаг интегрирования составлял 5 минут. Прогноз выполнялся на трое суток.

Модель удовлетворительно воспроизводит понижение температуры воздуха во время боры с точностью 1-3 оС для разных местоположений, а также характер суточной изменчивости. Результаты сравнения фактической температуры воздуха, осредненной по всем АМС, с модельной представлены на рис. 7.

Бора

–  –  –

Построенное по модельным данным направление ветра подтверждается данными АМС. Наиболее сильный ветер отмечается для восточной части района г. Геленджика (рис.8-а). Зоне сильного ветра соответствует минимум температуры воздуха района (рис.8-б). В целом модель WRF удовлетворительно воспроизводит временную и пространственную изменчивость метеорологических величин во время боры. Тем не менее, качество воспроизведение боры можно улучшить, продолжив адаптацию модельных данных к фактическим, получаемых в ходе зимних экспедиций.

а). б).

Рис.10. Пространственное распределение ветра (а) и температуры (б) в период боры в районе г. Геленджика 01.02.2008 (Красные стрелки - скорости и направление ветра, белые квадраты с цифрами – среднесуточная температура воздуха по данным трех АМС и метеостанции г.

Геленджика) Заключение Полевые исследования позволили выявить и инструментально зафиксировать ряд интересных особенностей новороссийской боры. В результате проведенных расчетов по экспедиционным данным оценена пространственно-временная изменчивость метеорологических величин, рассчитаны параметры функции риска для ветровых нагрузок, получены оптические характеристики атмосферы и выявлены особенности турбулентного тепло- и влагообмена морской поверхности с атмосферой во время боры.

Проведены численные оценки возможностей моделирования новороссийской боры региональной моделью WRF.

Участники зимней студенческой экспедиции на Черном море в 2008 г.

(совместная экспедиция кафедры метеорологии и климатологии и кафедры океанологии) Список литературы.

1. Барри Р. Погода и климат в горах. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984

2. Быков А.А., Чайка А.Н. Анализ риска возникновения лесных пожаров в зависимости от метеорологических условий (на примере Московской области)/Материалы XII Международной научнопрактической конференции по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций. – М.: 2007

3. Вельтищев Н.Ф. Степаненко В.М. Мезометеорологические процессы. Учебное пособие. – М.: Издво МГУ, 2006

4. Матвеев Л.Т. Физика атмосферы. – СПб: Гидрометеоиздат, 2000.

5. Монин А.С., Обухов А.М. Основные закономерности турбулентного перемешивания в приземном слое атмосферы// Тр. Геофиз. ин-та АН СССР. – 1954. - №24(151). – С. 163-187.

6. СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика/ Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1983

7. Улюмджиева Н.Н., Чубарова Н.Е.,. Смирнов А.Н Характеристики атмосферного аэрозоля в Москве по данным солнечного фотометра CIMEL.// Метеорология и гидрология, 2005, №1


Похожие работы:

«2015 СПК Cистема версий ПО. Конвертация проектов Версия: 1.1 Дата: 27.07.2015 Оглавление 1. Цель документа 2. Среда программирования СODESYS V3.5. Совместимость с V2.3 3. Target-файл и прошивка контроллера 4. Система версий ПО 5. Таблица соответствия версий СODESYS, прошивок и target-файлов 6. Перенос прое...»

«16 С.В. ЕРЕМЕЕВ, Е.А. СЕЛЬЦОВА Муромский институт (филиал) ФГБОУ ВО "Владимирский Алгоритм топологического анализа государственный пространственных структур в университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых", геоинформационных системах г. Муром В статье рассматривается анализ структур ге...»

«ВІСНИК МАРІУПОЛЬСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО УНІВЕРСИТЕТУ СЕРІЯ: ЕКОНОМІКА, 2011, Вип. 2 Н. И. Конищева, В. Н. Воропаев СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ ТУРИСТИЧЕСКОЙ И КУРОРТНОРЕКРЕАЦИОННОЙ СФЕРЫ ГОРОДА СЛАВЯНСКА Разработаны стратегические направления развития туристической и курортнорекреационной сферы города С...»

«® АКТЕРМ ЦИНК однокомпонентный состав для холодного цинкования (ТУ 2312-002-92563225-2011) ® ООО "Актерм" производит высококачественный состав для холодного цинкования "АКТЕРМ-ЦИНК ", который на 100% обладает протекторным действием, характерным для других...»

«Письма: в двух томах, Volume 2, 1994, Винсент ван Гогх, Терра, 1994 Опубликовано: 12th August 2013 Письма: в двух томах, Volume 2 СКАЧАТЬ http://bit.ly/1ccJ824 Word by word Diksyonn mo ak ptre pou lang angle : English/Haitian Kreyol picture dictionary, Steven J. Molinsky, 1996...»

«Пояснительная записка Нормативная основа программы Федеральный государственный стандарт среднего общего образования. Литература. – М.: Просвещение, 2013 г.Примерные программы по учебным предметам. Литература. В 2 ч. – М.: Просвещение, 2013 Литература : программа для 5—9 классов : основно...»

«Принцип Обучение пяти принципам молодежного служения Принцип: ДУХОВНОСТЬ Заметка для преподавателя: В разделе духовность основное внимание уделяется духовному развитию лидеров. В этом разделе рассматриваются духовная идентичность, как развивать себя к...»

«Анна Гавальда Anna Gavalda Billie Анна Гавальда Билли УДК 821.133.1-31 ББК 84(4Фра)-44 Г12 Anna Gavalda BILLIE Перевод с французского Татьяны Поздневой Печатается с разрешения издательства...»

«Приложение ПОЛОЖЕНИЕ о проведении конкурса творческих работ "Жемчужина Поволжья"1. Цели Конкурс творческих работ "Жемчужина Поволжья" (далее — Конкурс) приурочен к празднованию Всемирного дня туризма и проводится с целью: привлечения внимания широкой общественности к интересным туристским достопримечательн...»

«Технология проблемного диалога на уроках русского языка Е.Л. Мельникова, Л.Н. Кузнечевская Аннотация статьи Образовательные стандарты второго поколения фиксируют новые результаты обучения и воспитания, достижение которых возможно только при использовании "современных техн...»







 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.