Повторяемость гроз над Астраханкой Приморского края по данным радиолокационных метеорологических наблюдений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Повторяемость гроз над Астраханкой Приморского края по данным радиолокационных метеорологических наблюдений

Специальность

Радиотехнические информационные системы



Введение

Гроза представляет собой атмосферное явление, образующееся в результате электрических разрядов мощных кучевых облаков.

Развитие кучево-дождевых облаков и выпадение из них осадков связано с мощными проявлениями атмосферного электричества, а именно с многократными электрическими разрядами в облаках или между облаками и Землей. Такие разряды искрового характера называют молниями, а сопровождающие их звуки - громом.

Весь этот процесс, часто сопровождаемый еще и кратковременными усилениями ветра (шквалами) и называется грозой.

Получаемая с помощью MPЛ информация в значительной мере удовлетворяет потребности метеорологического обеспечения авиации. Однако она нуждается в существенном дополнении и уточнении при метеорологическом обслуживании линий электропередачи, лесного хозяйства, районов проведения взрывных работ и др., когда нужно знать координаты грозовых разрядов, их число, интенсивность, пространственную ориентацию и т. д. Кроме того, эти данные необходимы при теоретических и экспериментальных исследованиях физических процессов, протекающих в грозовых облаках, а также для контроля воздействии с целью ослабления их грозовой деятельности.

Также известны поражения ударом молнии летательных аппаратов, что, в лучшем случае, приводило к выходу из строя системы навигации. Были зафиксированы случаи потери спутников во время их запуска.

Особо опасны грозы на Дальнем Востоке. Это проявляется в том, что значительная часть лесных пожаров происходит из-за разрядов молний. Учитывая огромную территорию и малонаселенность региона, такие пожары обнаруживаются очень поздно, и наносится огромный ущерб лесным массивам и экологической обстановке.

Целью данной дипломной работы является изучение повторяемости гроз над с. Астраханки Приморского края по данным радиолокационных метеорологических наблюдений.

Грозы относятся к опасным явлениям с широким воздействием на человека и наносят непоправимый урон отраслям сельского хозяйства, авиации.

Задачей дипломной работы является выявление причин возникновения грозы и расчет повторяемости в летние и переходные периоды на территории с. Астраханки Приморского края, а также рассмотрение степени опасности гроз для народного хозяйства и для авиации.

В качестве исходных данных используются данные по грозе аэрологической станции с. Астраханки Приморского края, где наблюдения проводят в сроки 00 и 12 всемирного гринвичского времени с помощью МРЛ.

Поэтому изучение грозовой деятельности является важным для обеспечения грозозащиты различных объектов и в первую очередь энергосистем.

Данная работа состоит из ведения, двух глав, заключения, списка литературы. В первой главе рассматриваются теоретические основы возникновения гроз, степень опасности грозовых явлений на авиацию, повторяемость гроз над селом Астраханка. Во второй главе дипломной работы выполнен расчет и анализ повторяемости гроз в летний и переходный период, сравнительная характеристика повторяемости гроз.

повторяемость гроза облако летний



1. Основные характеристики гроз над Приморским краем

Возникновение и развитие гроз связано с прохождением фронтов, с процессами конвекции и мощными восходящими потоками в атмосфере, характеризующимися сильными шквалистыми ветрами и осадками.

Грозы занимают одно из первых мест среди опасных метеорологических явлений, приводящих к несчастным и летальным случаям среди населения.

На Земном шаре одновременно может отмечаться до 1800 гроз и при этом каждую секунду происходит 100-120 грозовых разрядов. Около половины всех гроз приходится на просторы океанов, а над сушей у гроз есть свои «излюбленные места». В так называемых мировых очагах гроз, занимающих всего 2% земной поверхности, регистрируется около 20 % всех гроз на земле.

В Приморском крае повторяемость гроз увеличивается по мере продвижения от береговой полосы (6-10дней) вглубь континента (16-21дней).

Для континентальных районов края характерным является наибольшая повторяемость гроз в мае - июне. На побережье максимум гроз обычно сдвигается на сентябрь.

1.1 Возникновение гроз

Гроза - атмосферное явление, при котором наблюдаются многократные электрические разряды (молнии) между облаками и землей либо между облаками, сопровождаемые звуковым явлением - громом. Обычно при грозе наблюдаются обильные осадки в виде дождя, града и в очень редких случаях в виде снега. Иногда отмечаются грозы и без осадков; их называют сухими грозами. Грозы бывают двух основных типов: внутримассовые и фронтальные.

Внутримассовые грозы: образуются во влажном и неустойчивом воздухе внутри воздушных масс. Наиболее распространенной внутримассовой грозой является тепловая, или местная гроза, возникающая в результате нагрева воздуха от подстилающей поверхности. Тепловые грозы возникают летом после полудня и рассеиваются вечером. Внутримассовые грозы обычно возникают изолированно или располагаются друг от друга на расстоянии 20-30 км, поэтому самолет их может свободно обходить. Грозы хорошо наблюдаются с помощью МРЛ, а небольшая площадь грозовых облаков позволяет обойти их на безопасном расстоянии. В свою очередь внутримассовые грозы подразделяются на три вида:

Тепловые грозы (местные, конвективные) - образуются после полудня из-за сильного неравномерного прогрева подстилающей поверхности. Занимают небольшие площади и их легко обойти стороной. Над участками с оголенной почвой усиливаются, над водоемами ослабевают.

Перемещаются со скоростью 5-25 км/ч в направлении ветра на средних высотах. Наблюдаются в размытом барическом поле - на периферии заполняющегося циклона и в седловине.

Адвективные грозы - возникают при быстром движении холодного влажного воздуха по теплой поверхности. Летом они развиваются над сушей в передней части гребня в холодном воздухе за холодным фронтом. Могут возникать такие грозы над побережьем днем и в прибрежных водах морей - ночью. Перемещается со скоростью 30 км/ч в направлении ветра на средних высотах. Легко обходить стороной.

Орографические грозы - образуются в предгорных и горных районах при подъеме неустойчивой воздушной массы вдоль наветренных склонов и являются интенсивными и продолжительными, особенно, когда склоны в середине дня обращены к солнцу. Нижняя граница облачности 100-300 м, а верхняя граница может доходить до тропопаузы. Грозы данного вида занимают большие площади и являются самыми опасными из внутримассовых для полетов.

Фронтальные грозы: Развиваются на холодных и теплых фронтах, а также на фронтах окклюзии.

Грозы на холодных фронтах - наиболее сильные; они возникают вследствие мощного подъема теплого воздуха по клину холодного воздуха. В результате в передней части холодного фронта в теплое время года образуются мощные кучево-дождевые (грозовые) облака с ливнями, нередко с градом и со шквалами, достигающими ураганной силы. Грозы на холодном фронте усиливаются во вторую половину дня и ослабевают во второй половине ночи и утром.

Грозы на теплом фронте - сравнительно редкое явление; они развиваются в теплом неустойчивом воздухе, восходящем по клину холодного воздуха. Кучево-дождевые облака бывают скрыты слоистообразными облаками. Характерным для гроз на теплом фронте является то, что наиболее активными они бывают в вечерние и ночные часы. Опасность для самолета и экипажа представляют мощные восходящие и нисходящие потоки воздуха внутри кучево-дождевых облаков и в непосредственной близости к ним, а также возможный разряд молнии в самолет.

.Условия возникновения гроз.

Необходимыми условиями для возникновения грозового облака является наличие условий для развития конвекции или иного механизма, создающего восходящие потоки запаса влаги, достаточного для образования осадков, и наличия структуры, в которой часть облачных частиц находится в жидком состоянии, а часть -- в ледяном. Конвекция, приводящая к развитию гроз, возникает в следующих случаях:

- при неравномерном нагревании приземного слоя воздуха над различной подстилающей поверхностью. Например, над водной поверхностью и сушей из-за различий в температуре воды и почвы. Над крупными городами интенсивность конвекции значительно выше, чем в окрестностях города.

- при подъёме или вытеснении тёплого воздуха холодным на атмосферных фронтах. Атмосферная конвекция на атмосферных фронтах значительно интенсивнее и чаще, чем при внутримассовой конвекции. Часто фронтальная конвекция развивается одновременно со слоисто-дождевыми облаками и обложными осадками, что маскирует образующиеся кучево-дождевые облака.

- при подъёме воздуха в районах горных массивов. Даже небольшие возвышенности на местности приводят к усилению образования облаков (за счёт вынужденной конвекции). Высокие горы создают особенно сложные условия для развития конвекции и почти всегда увеличивают её повторяемость и интенсивность.

Все грозовые облака, независимо от их типа, последовательно проходят стадии кучевого облака, стадию зрелого грозового облака и стадию распада.

Рисунок 1 - стадии развития кучево-дождевого грозового облака.

Первая стадия: (рис.1) начинается с возникновения кучевого облака хорошей погоды. Обычно они появляются около 10-11 часов местного времени. Если поднимающийся воздух недостаточно влажен, а окружающая атмосфера устойчива, кучевые облака хорошей погоды не получают дальнейшего развития. В кучевых облаках хорошей погоды и под ними может быть болтанка слабой или умеренной интенсивности. При благоприятных условиях (неустойчивость воздуха) возникшие кучевые облака быстро растут как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, при этом восходящие потоки увеличиваются от 5 м/с до 15-20 м/с. Нисходящие потоки наблюдаются вблизи облака и очень слабы. Образующиеся в результате конденсации мельчайшие водяные капли в таком облаке сливаются в более крупные, которые уносятся мощными восходящими потоками вверх. Вершина облака достигает высоты 4-5 км. По своему внутреннему строению оно еще однородное, т.е. состоит из капель воды, а осадки - не выпадают. Однако в верхней части при попадании частиц воды в зону отрицательных температур они замерзают, превращаясь в кристаллы льда. Смешанный состав облака приводит к укрупнению облачных элементов и созданию условий для выпадения осадков. Такое облако называют кучево-дождевым «лысым». Вертикальные потоки в нем достигают 25 м/с, а вершины 13 достигают высоты 7-8 км. Переход кучевого облака к мощному кучевому облаку протекает сравнительно медленно (до 2 часов).

Вторая стадия: (рис.1) стадия зрелости или максимального развития кучево-дождевого облака, характеризуется выпадением ливневого дождя, а иногда града и появлением грозовых разрядов (молний). Характерным признаком этой стадии является появление в верхней части облака огромной “наковальни”, вытянутой по направлению воздушного потока на этой высоте. Быстро увеличивающиеся в размерах ледяные частицы (снежинки, крупа, град), достигнув такой величины, когда они уже не могут поддерживаться восходящими потоками во взвешенном состоянии, начинают падать вниз, продолжая при этом расти. Достигнув области положительных температур, они тают и выпадают из облака в виде ливневого дождя, а если не успевают растаять - в виде града или крупы. Вертикальные потоки в облаке на этой стадии увеличиваются и превышают иногда 40 м/с (до 65 м/с восходящие и 48 м/с нисходящие). С началом дождя значительно усиливаются нисходящие потоки и, в зависимости от интенсивности дождя, могут достигать скорости 15-20 м/с и более. Такие встречные вертикальные движения с большой скоростью создают благоприятные условия для сильной турбулентности внутри облаков и на их периферии. На границе встречных потоков возникают резкие усиления ветра. Характерным признаком наличия такого усиления ветра является «грозовой вал» - облачный вихрь с горизонтальной осью, обуславливающий пыльные вихря при приближении облака. «Грозовой вал» обычно наблюдается на высоте нижней границы облака (600-2000 м) вблизи облака, но нередко и на некотором расстоянии впереди него. Такое распределение воздушных потоков в передней части грозового облака указывает на наличие опасных сдвигов ветра. Как правило, развитие грозового облака занимает период (от момента появления кучевого облака) до 3-4 часов. Исследования показывают, что кучево-дождевые облака имеют хорошо выраженный суточный 14 и годовой ход (летом - максимум, зимой минимум), связаны с грозой, но не всегда ею сопровождаются. Размеры кучево-дождевых облаков в среднем около 5 км (от 2 км при слабой грозе до 10 км - при сильной), при вертикальной протяженности от 6 до 14 км. Обычно в кучево-дождевом облаке находится 5-6 грозовых ячеек, а при переходе из мощных кучевых облаков в кучево-дождевые происходит наибольшее количество электрических разрядов (до 50 разрядов в минуту). Имеются интересные сведения о повторяемости высоты нижней (ВНГО) и верхней (ВВГО) границ кучево-дождевых облаков: (ВНГО) - выше 4 км - 0,2-0,7% ниже 4 км - 99 % (ВВГО) - 5-8 км - 18% 8-10 км - 35% 10-12 км - 44%выше 12 км - 3 % Достигнув стадии максимального развития грозовое

кучево-дождевое облако переходит в третью стадию.

Третья стадия: (рис.1) стадия разрушения: ливневые осадки, выпадающие из грозового облака, охлаждают воздух и подстилающую поверхность под облаком. Поэтому ослабевают, а затем прекращаются восходящие потоки. В данной стадии в грозовом облаке преобладают нисходящие потоки, которые размывают это облако. Разрушение грозового облака обычно начинается с нижней части. Облако оседает и расширяется по площади. Скорость опускания вершины равна 1 1,5 м/с, иногда 3 м/с. Вершина облака плоская и состоит из перистых облаков волокнистой структуры. В среднем ярусе к грозовому облаку примыкают высоко-кучевые облака, а в нижнем - слоисто-кучевые облака.

Классификация грозовых облаков.

Классифицируются грозы в соответствии с характеристиками самих гроз, и эти характеристики в основном зависят от метеорологического окружения, в котором развивается гроза.

Основным необходимым условием для образования грозовых облаков является состояние неустойчивости атмосферы, формирующее восходящие потоки. В зависимости от величины и мощности таких потоков формируются грозовые облака различных типов.

Рисунок 2 - одноячейковое облако

Одноячейковые кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb) облака (рис.2) развиваются в дни со слабым ветром в малоградиентном барическом поле. Их называют ещё внутримассовыми или локальными грозами. Они состоят из конвективной ячейки с восходящим потоком в центральной своей части. Они могут достигать грозовой и градовой интенсивности и быстро разрушаться с выпадением осадков. Размеры такого облака: поперечный -- 5--20 км, вертикальный -- 8--12 км, продолжительность жизни -- около 30 минут, иногда -- до 1 часа. Серьёзных изменений погоды после грозы не происходит.

Гроза начинается с возникновения кучевого облака хорошей погоды (Cumulushumilis). При благоприятных условиях возникшие кучевые облака быстро растут как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, при этом восходящие потоки находятся почти по всему объёму облака и увеличиваются от 5 м/с до 15-20 м/с. Нисходящие потоки очень слабы. Окружающий воздух активно проникает внутрь облака за счёт смешения на границе и вершине облака. Облако переходит в стадию Cumulusmediocris. Образующиеся в результате конденсации мельчайшие водяные капли в таком облаке сливаются в более крупные, которые уносятся мощными восходящими потоками вверх. Облако ещё однородное, состоит из капель воды, удерживаемых восходящим потоком, -- осадки не выпадают. В верхней части облака при попадании частиц воды в зону отрицательных температур капли постепенно начинают превращаться в кристаллы льда. Облако переходит в стадию мощно-кучевого облака (Cumuluscongestus). Смешанный состав облака приводит к укрупнению облачных элементов и созданию условий для выпадения осадков. Такое облако называют кучево-дождевым (Cumulonimbus) или кучево-дождевым лысым (Cumulonimbuscalvus). Вертикальные потоки в нём достигают 25 м/с, а уровень вершины достигает высоты 7--8 км.

Испаряющиеся частицы осадков охлаждают окружающий воздух, что приводит к дальнейшему усилению нисходящих потоков. На стадии зрелости в облаке одновременно присутствуют и восходящие, и нисходящие воздушные потоки. На стадии распада в облаке преобладают нисходящие потоки, которые постепенно охватывают все облако.

Многоячейковые кластерные грозы.

Многоячейковые грозы это наиболее распространённый тип гроз, связанный с мезомасштабными (имеющими масштаб от 10 до 1000 км) возмущениями. Многоячейковый кластер состоит из группы грозовых ячеек, двигающихся как единое целое, хотя каждая ячейка в кластере находится на разных стадиях развития грозового облака. Грозовые ячейки, находящиеся в стадии зрелости, обычно располагаются в центральной части кластера, а распадающиеся ячейки -- с подветренной стороны кластера. Они имеют поперечные размеры 20--40 км, их вершины нередко поднимаются до тропопаузы и проникают в стратосферу. Многоячейковые кластерные грозы могут давать град, ливневые дожди и относительно слабые шквальные порывы ветра. Каждая отдельная ячейка в многоячейковом кластере находится в зрелом состоянии около 20 минут; сам многоячейковый кластер может существовать в течение нескольких часов. Данный тип грозы обычно более интенсивен, чем одноячейковая гроза, но на много слабее суперъячейковой грозы.

Многоячейковые линейные грозы (линии шквалов).

Многоячейковые линейные грозы представляют собой линию гроз с продолжительным, хорошо развитым фронтом порывов ветра на передней линии фронта. Линия шквалов может быть сплошной или содержать бреши. Приближающаяся многоячейковая линия выглядит как тёмная стена облаков, обычно покрывающая горизонт с западной стороны (в северном полушарии). Большое число близко расположенных восходящих/нисходящих потоков воздуха позволяет квалифицировать данный комплекс гроз как многоячеечный, хотя его грозовая структура резко отличается от многоячейковой кластерной грозы. Линии шквалов могут давать крупный град и интенсивные ливни, но больше они известны как системы, создающие сильные нисходящие потоки. Линия шквалов близка по свойствам к холодному фронту, но является локальным результатом грозовой деятельности. Часто линия шквалов возникает впереди холодного фронта. На радарных снимках эта система напоминает изогнутый лук. Данное явление характерно для Северной Америки, на территории Европы и Европейской территории России наблюдается реже.

Супер-ячейковые грозы.

Супер-ячейка--наиболее высокоорганизованное грозовое облако. Супер-ячейковые облака относительно редки, но представляют наибольшую угрозу для здоровья и жизни человека и его имущества. Супер-ячейковое облако схоже с одноячейковым тем, что оба имеют одну зону восходящего потока. Различие состоит в том, что размер ячейки огромен: диаметр порядка 50 км, высота -- 10--15 км (нередко верхняя граница проникает в стратосферу) с единой полукруглой наковальней. Скорость восходящего потока в супер-ячейковое облаке значительно выше, чем в других типах грозовых облаков: до 40--60 м/с. Основной особенностью, отличающей супер-ячейковое облако от облаков других типов, является наличие вращения. Вращающийся восходящий поток в супер-ячейковом облаке (в радарной терминологии называемый мезоциклоном), создаёт экстремальные по силе погодные явления, такие, как гигантский град (более 5см в диаметре),шквальный ветер до 40 м/с и сильные разрушительные смерчи. Окружающие условия являются основным фактором в образовании супер-ячейкового облака. Необходима очень сильная конвективная неустойчивость воздуха. Температура воздуха у земли (до грозы) должна быть +27…+30 и выше, но главным необходимым условием является ветер переменного направления, вызывающий вращение. Такие условия достигаются при сдвиге ветра в средней тропосфере. Осадки, образующиеся в восходящем потоке, переносятся по верхнему уровню облака сильным потоком в зону нисходящего потока. Таким образом, зоны восходящего и нисходящего потоков оказываются разделёнными в пространстве, что обеспечивает жизнь облака в течение длительного периода времени. Обычно на передней кромке супер-ячейкового облака наблюдается слабый дождь. Ливневые осадки выпадают вблизи зоны восходящего потока, а наиболее сильные осадки и крупный град выпадают к северо-востоку от зоны основного восходящего потока. Наиболее опасные условия наблюдаются неподалёку от зоны основного восходящего потока (обычно смещённые к задней части грозы).



1.2 Степень опасности грозовых явлений на авиацию

Опасность для самолета и экипажа представляют мощные восходящие и нисходящие потоки воздуха внутри кучево-дождевых облаков и в непосредственной близости к ним, а также возможный разряд молнии в самолет.

Земная поверхность электропроводна. Воздух значительно менее электропроводен, чем земная поверхность, однако с высотой его электропроводность возрастает и в ионосфере достигает значения, сравнимого с электропроводностью пресной воды. Таким образом, земной шар представляет собой как бы огромный конденсатор, у которого внутренней обкладкой является поверхность земной коры, а внешней -- ионосфера. Диэлектриком является слой воздуха толщиной около 80 км (тропосфера и стратосфера).

Электрический ток, направленный к земной поверхности, и проводимость воздуха обусловливают электрическое состояние атмосферы.

Электрическое поле в любой точке атмосферы характеризуется значением потенциала. Разность потенциалов, отнесенную к разности высот в один метр, называют градиентом потенциала, который определяет напряженность электрического поля. Последняя убывает по мере удаления от земной поверхности. Напряженность электрического поля зависит от условий погоды. Обложные осадки несут главным образом положительный заряд. При выпадении снега заряд может быть обоих знаков. Снежинки несут больший заряд, чем капли.

В атмосфере обычно бывают незначительные и нерегулярные колебания электрического поля. Но иногда эти колебания резко возрастают и вызывают при этом атмосферные помехи радиоприему. В некоторых случаях, при грозовом состоянии атмосферы, указанные колебания происходят с большой быстротой и интенсивностью.

При грозе наблюдается мощное развитие кучево-дождевой облачности, сопровождаемое проявлениями электрических разрядов -- молниями и раскатами грома.

В результате разделения зарядов в кучево-дождевом (грозовом) облаке создаются сильные электрические поля как внутри его, так и в окружающем пространстве. Большие заряды, образующиеся в кучево-дождевом облаке, вызывают возникновение между отдельными частями облака, а также между облаком и землей электрических разрядов -- молний.

Чаще всего наблюдаются линейные молнии. Средняя длина их около 2-3 км. Длина молний между облаками иногда достигает 15-20 км. Реже бывает плоская молния, при которой значительная часть облака как бы вспыхивает. Очень похожа плоская молния с зарницей. Зарницей называется молния при очень отдаленной грозе, когда не слышно грома. Еще реже бывает шаровая молния, имеющая диаметр 10-20 см.

Причиной грома является внезапное сильное нагревание воздуха в канале молнии, что вызывает резкое увеличение давления. Грозы представляют большую опасность для самолетов, находящихся в воздухе.

Главная опасность при полетах в грозовых зонах заключается в сильной турбулентности воздуха, мощных вертикальных потоках, а также в резких порывах ветра -- шквалах.

Турбулентность возникает по разным причинам. Различают динамическую и термическую турбулентность.

Одним из проявлений динамической турбулентности является порывистость ветра. Направление и особенно скорость ветра постоянно меняются. Иногда эти изменения достигают больших значений. Скорость ветра может изменяться в течение долей секунды на 10-15 м/сек, а направление может отклоняться от среднего значения на 50-70°С. Порывистость ветра может наблюдаться на разных высотах. Но особенно резкие перепады скорости и направления ветра наблюдаются в слое тропопаузы и под ним на малых высотах, в горных районах также и на средних высотах, динамическая турбулентность обусловливается рельефом местности. Динамическая турбулентность возникает также в зонах атмосферных фронтов, в особенности в облачной системе холодного фронта 2-го рода и вблизи этой облачности.

Термическая турбулентность обусловлена неравномерным нагреванием земной поверхности. Если в какой-либо части слоя температура воздуха оказывается выше или ниже температуры окружающего воздуха, то начинается движение воздуха вверх и вниз.

В грозовых зонах и особенно в кучево-дождевой облачности турбулентность обусловливает очень сильную «болтанку». При этом перегрузки могут не только достигнуть предельно допустимой величины, но и превзойти ее. Перегрузкой самолета называется отношение подъемной силы к весу самолета. В спокойном горизонтальном полете перегрузка равна единице, так как подъемная сила равна весу самолета.

Большой разрушительной силой обладают шквалы и притом не столько за счет больших скоростей порывов ветра, сколько благодаря создаваемой ударной нагрузке. При постепенном увеличении нагрузки на тело молекулы его перестраиваются, тело как бы вырабатывает способность сопротивляться этой возрастающей нагрузке. При мгновенном увеличении нагрузки молекулы тела не успевают перестроиться и приобрести нужную сопротивляемость.

Большую опасность при полете в грозовой зоне представляет обледенение и град, иногда причиняющий самолету механические повреждения.

Некоторую опасность при полете в грозовой зоне представляет непосредственный удар молнии в самолет, могущий вызвать пожар, повреждение конструкции самолета или смерть членов экипажа. Однако случаи гибели самолета от удара молнии при современной авиационной технике явление редкое.

Не все грозы представляют для авиации одинаковую опасность. Различают грозы фронтальные и внутримассовые. Первые подразделяются на грозы холодного фронта и грозы теплого фронта. Внутримассовые грозы также имеют две разновидности: конвективные, или тепловые, грозы и адвективные грозы, возникающие вследствие адвекции (переноса) холодного воздуха.

Грозы холодного фронта имеют большую протяженность по фронту, сопровождаются шквалами, но ширина грозовой зоны обычно не превышает 50-70 км. Скорость перемещения этих гроз 30-40 км/час, но иногда может достигать 100 км/час. Грозу холодного фронта трудно обойти стороной. Ее рекомендуется обходить сверху, если позволяет «потолок» самолета. Но это не всегда возможно, так как верхняя граница фронтальных кучево-дождевых облаков летом может достигать высоты 9-10 км.

Грозы теплого фронта образуются обычно при развитии конвекции в облачной системе Ns-As, если теплая воздушная масса имеет большую влажность. Скорость смещения теплофронтовых гроз около 20-30 км/час. Грозу теплого фронта не всегда можно обнаружить в полете издали. Летя под облачной системой Ns-As, летчик не увидит развивающихся иногда в верхней части облачной системы кучево-дождевых облаков. При пробивании облачного слоя теплого фронта летчик может неожиданно попасть в грозовую зону.

Тепловые (конвективные) грозы отличаются небольшой протяженностью (это местные грозы) и малой подвижностью. Скорость их перемещения 10-15 км/час. Эти грозы интенсивны, богаты молниями, часто сопровождаются сильными ливнями, иногда градом. Тепловую грозу в полете легко обойти стороной.

Адвективные грозы также являются местными грозами. Их можно обходить стороной, хотя в полете такую грозу не всегда легко отличить от фронтальной.

При полете в грозовых зонах не следует заходить в кучево-дождевые облака и приближаться к ним. Не надо также заходить в верхнюю часть кучево-дождевого облака, называемую наковальней и состоящую из ледяных кристаллов, а также проходить между наковальней и самим облаком. Сдвиг ветра представляет большую опасность для полетов воздушных судов. Поэтому остается актуальной задача обнаружения сдвига ветра, а так же создание и определение его стандартных моделей для данного региона. С точки зрения прогнозирования сдвиг ветра удобно классифицировать как устойчивые и неустойчивые.

Устойчивый сдвиг, который может быть связан, например, с заметными температурными инверсиями на малых высотах, горными волнами, или обтеканием потоком препятствий, имеет тенденцию затрагивать определенный район и сохраняется в течение относительно длительных периодов времени (измеренных часами).

Неустойчивый сдвиг ветра, в свою очередь, обуславливается конвективной облачностью и особенно грозами, обычно скоротечен (измеряется минутами), маломасштабен, перемещается с большой скоростью и обладает высокой интенсивностью.

Сдвиг ветра, согласно рекомендации ИКАО, принято классифицировать согласно таблице. Градации сдвига ветра согласно классифицировать ИКАО

Очень важен тот факт, что вертикальное смещение ветра является критическим фактором в определении типа и электрического потенциала данной грозы. Вертикальное смещение или изменение ветра с высотой, динамически взаимодействует с грозами путем увеличения или уменьшения вертикальной тяги воздуха.

Рекомендации для полетов в зоне грозовой деятельности.
При подходе к зоне грозовой деятельности заблаговременно должны оценить возможность пролета через эту зону и об условии полета сообщить диспетчеру. Для безопасности принимается решение об обходе грозовых очагов или полете на запасной аэродром. Диспетчер, используя информацию метеорологической службы, и сообщения о погоде с бортов ВС, обязан информировать экипажи о характере грозовых очагов, их вертикальной мощности, направлений и скорости смещения и давать рекомендации о выходе из района грозовой деятельности. При обнаружении в полете мощно-кучевых и кучево-дождевых облаков по БРЛ разрешается обходить эти облака на удалении не менее 15 км от ближайшей границы засветки.

Пересечение фронтальной облачности с отдельными грозовыми очагами может производиться в том месте, где расстояние между границами засветок на экране не менее 50 км. Полет над верхней границей мощно-кучевых и кучево-дождевых опаков разрешается с превышением над ними не менее 500м. Экипажам ВС преднамеренно входить в мощно-кучевые и кучево-дождевые облака и зоны сильных ливневых осадков запрещается.

При вылете, посадке и наличии в районе аэродрома мощно-кучевой, кучево-дождевой облачности, экипаж: обязан осмотреть зону района аэродрома, оценить возможность взлета, посадки и определить порядок обхода мощно-кучевой, кучево-дождевой облачности и зон сильных ливневых осадков.

Полет под кучево-дождевой облачностью разрешается только днем, вне зоны сильных ливневых осадков, если:

- высота полета ВС над рельефом местности не менее 200 м и в горной местности не менее 600м;

- вертикальное расстояние от ВС до нижней границы облаков не менее 200м.

На возникновения грозы также влияет сдвиг ветра, он представляет большую опасность для полетов воздушных судов. Поэтому остается актуальной задача обнаружения сдвига ветра, а так же создание и определение его стандартных моделей для данного региона. С точки зрения прогнозирования сдвиг ветра удобно классифицировать как устойчивые и неустойчивые.

Устойчивый сдвиг, который может быть связан, например, с заметными температурными инверсиями на малых высотах, горными волнами, или обтеканием потоком препятствий, имеет тенденцию затрагивать определенный район и сохраняется в течение относительно длительных периодов времени (измеренных часами). Неустойчивый сдвиг ветра, в свою очередь, обуславливается конвективной облачностью и особенно грозами, обычно скоротечен (измеряется минутами), маломасштабен, перемещается с большой скоростью и обладает высокой интенсивностью.

Признаки ухудшения погоды.

1. Падение давления; чем быстрее падает давление, тем скорее изменится погода.

2. Сдвиг ветра усиливается, суточные колебания его почти исчезают, направление ветра меняется.

3. Облачность увеличивается, причем часто замечается следующий порядок появления облаков: появляются перистые, затем перисто-слоистые (движение их настолько быстрое, что заметно на глаз), перисто-слоистые сменяются высокослоистыми, а последние слоисто-дождевыми.

4. Кучевые облака к вечеру не рассеиваются и не исчезают, и количество их даже увеличивается. Если они принимают форму башен, то следует ожидать грозы.

5. Температура зимой повышается, летом же отмечается заметное уменьшение ее суточного хода.

6. Вокруг Луны и Солнца появляются цветные круги и венцы.

1.3 Повторяемость гроз над Астраханкой

Грозовая активность является одной из характеристик атмосферных процессов, имеющих важное значение для жизни и деятельности человека: удары молнии бывают причиной пожаров и разрушений, а также гибели людей, встреча с грозой опасна для самолета. Грозовая активность зависит от многих факторов: температуры, степени развития конвекции, содержания влаги в воздухе, орографических особенностей района и степени развития циклонической деятельности на тропосферных фронтах. Почти все перечисленные факторы грозообразования зависят от характера синоптических процессов различного пространственного и временного масштабов.

Астраханка расположена в северо-западной части Приморского края на берегу озера Ханка. Район находится в пределах умеренного климатического пояса. Климат имеет ярко выраженный муссонный характер, особенностью которого является смена направлений ветра. В зимнее время здесь господствует холодный и сырой континентальный воздух западного и северо-западного направлений. Зимы холодные, малоснежные, солнечные. Летом ветер дует с востока и юго-востока и приносит влажный воздух, часто обильные дожди. Среднегодовое количество осадков в теплое время года - 480-490 мм, в холодное время - 40 мм.

В Приморском крае повторяемость гроз увеличивается па мере продвижения от береговой полосы (6-10) вглубь континента (16-21). В годы наиболее активной грозовой деятельности метеостанциями регистрируется гроз в 1.5 -2.0 раза больше средних показателей. Для континентальных районов края характерным является наибольшая повторяемость гроз в июне - июле. На побережье максимум гроз обычно сдвигается на сентябрь.

Таблица 1- Количество дней с грозой

Месяц Станция

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

Общее кол- во за год

Астраханка. Кол - во гроз за 2010 год.

_

_

_

_

_

17

_

7

11

2

_

_

37

Астраханка. Кол - во гроз за 2011 год.

_

_

_

_

3

9

_

_

_

_

_

_

12



Из таблицы 1 мы видим, что наибольшее дней с грозой было в июне, количество гроз за этот месяц составило 17 дней. В зимнее время гроз не обнаружено.

В зимнее время года грозы особенно редки, это связанно с тем, что для образования грозового фронта необходимы три основные составляющие: влага, перепад давления, вследствие чего образуется грозовое облако, и мощная энергия. Основным источником энергии является небесное светило солнце, которое освобождает энергию при сгущении пара. В силу того, что в зимний период наблюдается недостаток солнечного света и тепла, подобная энергия не может вырабатываться в достаточной степени.

Следующим компонентом является влага, но вследствие поступления ледяного воздуха, атмосферные осадки наблюдаются в виде снега. При приходе весны температура воздуха становится выше, и в воздухе образуется значительное количество влаги, достаточной для образования грозы.

Не менее нужный компонент - это давление, перепады которого в холодный зимний период также случаются крайне редко. Для его образования нужны два противоположных потока воздуха - теплый и холодный. У поверхности земли в зимний период превалирует холодный воздух, который почти не прогревается, поэтому при встрече с таким же холодным воздухом в верхних слоях не происходит достаточного скачка давления.

Таблица 2 - Продолжительность гроз в различное время суток за (2010-2011гг) (часы)

Часы	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	Продолжи-тельность гроз за год
18-24	-	-	- / -	2,4 / 2.7	-	3,5 / -	3 / -	1 / -	-	9,9 / 2.7
24-6	-	-	- / 4.5	4,3 / 5	-	3,7 / -	8,5 / -	2 / -	-	18,5 / 9.5
6-12	-	-	- / 2.1	5,7 / 7	-	3,8 / -	6,7 / -	6 / -	-	16,2 / 9.1
12-18	-	-	- / 1.7	5,8 / 1	-	2,5 / -	6 / -	- / -	-	14,3 / 2.7



Из таблицы 3 мы видим, что максимальная продолжительность гроз за 2010 год была в сентябре (24-6), а минимальная в октябре (18-24). За 2011 год максимальная продолжительность была в мае в период времени (24-6), а минимальная в июне (18-24).



2. Расчет повторяемости гроз в летний и переходный период

2.1 Расчет повторяемости гроз летний период

Рисунок 3 - График интенсивности гроз в летний период за (2010-2011гг)

Из графика (рис.3) видно, что количество и интенсивность гроз на второй год уменьшились. В летний период большая интенсивность гроз была в июне месяце, это связано с тем, что после переходного периода земная поверхность сильно прогрета, воздух в нижнем слое теплый и влажный, а в вышележащих слоях относительно прохладный. Это самая благоприятная среда для конвективной грозы, так же мы не исключаем того что в летний период присутствовали: 1 внутримассовые грозы ведь они является тепловой, или местной грозой, возникающие в результате нагрева воздуха от подстилающей поверхности. Так же тепловые грозы возникают летом после полудня и рассеиваются вечером. 2 адвективные грозы они образуются при быстром перемещении относительно холодной влажной воздушной массы над теплой подстилающей поверхностью. Обычно эти грозы возникают над сушей в летнее время в тыловой части ложбины гребня за холодным фронтом.

Данные за июнь месяц (2010-2011) годы

Рисунок 4 - График интенсивности гроз (июнь)

На графике (рис. 4) изображена интенсивность гроз за июнь, наиболее опасные грозы наблюдались за 2010 год: 7, 14, 17,19 и 28 июня; за 2011 год 17 июня.

Вывод: вероятность грозы в июне (2010) в г. Астраханки составила 70%, также в этом месяце 7, 14, 17, 19 и 28 числа станция работала в режиме шторма оповещения. В этом месяце наблюдалось 17 дней с грозой. Причиной возникновения гроз стало быстрое нагревание влажного приземного воздуха.

Поскольку плотность нагревающегося воздуха уменьшается, возникает конвекция, и поднимающийся воздух охлаждается. Так как окружающий воздух на высотах холоднее, чем земная поверхность, то интенсивность циркуляционных ячеек постепенно возрастает.

Данные за август месяц (2010) год



Рисунок 5 - График интенсивности гроз

Вероятность грозы в августе месяце в Астраханке составило 5,1%, наблюдалось 7 дней с грозой с максимальным количеством гроз (30 числа) 30 гроз, станция в этот день работала в режиме шторма оповещения. Исходя из графиков за июнь и за август видно, что в августе наблюдается меньшая интенсивность гроз, это связано с тем, что земля уже достаточно прогрета, воздух в нижнем слое тёплый и влажный, и в вышележащих слоях воздух тоже тёплый. Такая среда менее подходит для развития грозы.



2.2 Расчёт повторяемости гроз в переходный период

Рисунок 6 - График интенсивности гроз в переходный период за (2010-2011)

На графике (рис.6) показана интенсивность грозы в переходный период за 2010-2011 года. Мы видим, что в 2011 году грозы наблюдались уже в мае. В 2010 году, наоборот, интенсивность гроз наблюдается в осенний период, точнее в сентябре, октябре. Это связано с тем, что земная поверхность прогрета, но при этом воздушные массы холодные. А это самая благоприятная среда для адвективной грозы. Так же обычно при грозе наблюдаются обильные осадки в виде дождя, града, что весьма вероятно для переходных периодов. На образование грозы влияет большая влажность воздуха, а из выше указанного можно предположить, что влажность воздуха из за дождя была.

Данные за сентябрь месяц (2010) год



Рисунок 7 - График интенсивности гроз

Вывод: вероятность грозы составила 32,8%. В сентябре наблюдалось 11 дней с грозой, которые, 7, 9, 13 дни работали в режиме шторма оповещения. Это связано с тем, что поверхность прогрета, но воздушные массы уже становятся прохладней.

Данные за октябрь месяц (2010) год

Рисунок 8 - График интенсивности гроз

Вывод: Вероятность грозы составляет: 0.74%. В этом месяце гроза наблюдалась 3, 4 октября. При этом 3 октября станция работала в режиме шторма оповещения.

Данные за май месяц (2011) год

Рисунок 9 - График интенсивности гроз

Вывод: Вероятность грозы составляет: 1%. В мае гроза была 26,27,29 числа. Из этих дней 27 и 28 мая станция работала в режиме шторма оповещения. Возможно в мае была адвективная гроза, так как она образуется при быстром перемещении относительно прохладной влажной воздушной массы над тёплой подстилающей поверхностью. А в мае достаточно обильные дожди, прохладный воздух и тёплая земля.

2.3 Сравнительная характеристика гроз в летний период и переходный

Интенсивность гроз в летний период активней, чем в переходный период. Это связано с тем, что после переходного периода земная поверхность уже достаточно прогрета, воздух в нижнем слое теплый и влажный, а в вышележащих слоях относительно прохладный. И в переходный период земная поверхность так же прогрета, но при этом воздушные массы холодные. Это благоприятная среда для адвективной грозы. Грозовая активность в большей степени зависит от температуры и содержания влаги в воздухе. Но температура постепенно падает и на смену летнего, тёплого юго-западного муссона приходит западный континентальный муссон, который приносит зиму.

2.4 Построение графика интенсивности гроз

Рисунок 10 - График интенсивности гроз (2010-2011)

Наибольшая интенсивность гроз наблюдается в 2010 году.

Интенсивность гроз на 2011 год сократилась. За первый год наблюдения, в переходный период, гроза наблюдалась в осенний период, в следующем же году наоборот, грозы наблюдались в весенний период, лишь в мае. В июне за 2011 год гроз наблюдается в разы меньше, чем за 2010 год.



Заключение

Грозовые разряды представляют опасность для технических средств: самолетов, ракет, судов и автомобилей. Частота поражения самолетов молнией достаточно высока.

В электрических сетях разряды молнии являются одной из основных причин аварийных отключений воздушных линий электропередачи, а также повреждений изоляции электрооборудования линий и подстанций, приводящих к нарушениям нормального функционирования электроэнергетических систем и электроснабжения потребителей.

Опасность от грозовой активности для авиации, энергетики и других отраслей экономики и населения, а также возникновение лесных пожаров, требует выработки рекомендаций по защите от воздействия атмосферного электричества.

В данной работе рассчитаны основные характеристики числа дней с грозой. Анализ данных показал, что наибольшая грозовая деятельность на станции г. Астраханки Приморского края наблюдалась в июне-сентябре, следовательно этот период является наиболее благоприятным для развития грозовой деятельности. Это объясняется тем, что июнь и июсентябрь считаются самыми теплыми месяцами лета, в эти месяцы возрастает конвекция атмосферы, которая является необходимым условием для развития мощных кучево- дождевых облаков и связанных с ними гроз.

В результате проведенных наблюдений в рамках дипломной работы было установлено, что наибольшая вероятность гроз наблюдается в июне и сентябре месяце. Причем наибольшая продолжительность в июне наблюдается 12- 18 часов, а в сентябре 24-6 часов.

Максимальная средняя продолжительность гроз наблюдается в сентябре, наименьшая вероятность грозы наблюдается в октябре.



Список используемой литературы

1. Наставление по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения. СПб.: Гидрометеоиздат, 2010.

2. Богаткин О. Г. Авиационная метеорология: учебное пособие/ О.Г. Богаткин- СПБ: Изд. РГГМУ, 2005.

3. Сафронова Т.В. Авиационная метеорология: учеб. пособие/ Т.В. Сафронова- Ульяновск: УВАУ ГА(И), 2009.

4. . Василевский К. Д. Одномерная модель формирования кучевого облака / К. Д. Василевский, В. П. Садоков // Тр. Гидрометцентра России. - 2010.

5. Руководство по сдвигу ветра на малых высотах // ИКАО. - 2005.

6. Климат Владивостока. Гидрометеоиздат Ленинград. 2012 г.

7. Мучник В.М. Физика грозы .Гидрометеоиздат,351 с. 2012г

8. Наставления по метеорологическому обеспечению гражданской авиации России. 2010г.

9. Беспалов Д.П, Девяткин А.М, Довгалюк Ю.А, Кондратюк В.И. атлас облаков 2012г.

10. Горбатенко В.П., Филиппов А.Х.,. Мазуров Г.И, Щукин Г.Г. Влияние географических факторов климата и синоптических процессов на грозовую активность. 2012г

11. Карты МРЛ.



Приложения А

Июнь (2010)

Дата	Время наблюдений	Количество гроз
03.06	06.00 07.00	5 5
05.06	06.00 07.00	1 2
06.06	08.00	4
07.06	03:00 04:00 05:00 06:00 12:00 13:00 14:00 15:00 21:00	4 5 1 5 7 8 4 3 1
08.06	06.00 07.00 08.00 09.00 10.00	8 5 4 5 1
10.06	06.00 09.00 18.00	3 11 2
13.06	06:30 07:30 08:30 09:30 10:30 11:30 12:30 13:30 20:30 23:40	2 7 7 1 2 3 2 3 2 2
14.06	08.40 09.40 10.40 11.40 12.40 13.40 14.40 15.40 16.40 17.40 20.40	8 10 11 28 10 7 8 5 4 12 7
15.06	21.30 22.30 23.30	2 2 1
16.06	00.30 05.30 08.35	1 5 7
17.06	05.35 06.35 07.35 08.35 09.35 10.40 11.40 12.35 13.30 17.30	10 7 11 2 8 5 12 6 6 1
18.06	02.30 08.30	1 2
19.06	05.40 06.35 07.30 08.30 09.35 11.40	8 11 6 17 4 3
20.06	17.30	1
26.06	05.30	4
27.06	05.30 08.30	2 1
28.06	05.35 06.35 07.40 08.30 09.30 10.30	5 2 5 4 5 10

Август (2010)

Дата	Время наблюдений	Количество гроз
04.08	23.30	1
11.08	02.30 05.30	2 3
14.08	08.30	1
25.08	17.30 23.30	4 3
26.08	11.30 12.30 13.30 14.30 23.30	5 2 2 2 2
29.08	20.30 21.30 23.30	7 2 7
30.08	00.30 01.30 02.25 03.25 05.25 08.25 09.25	11 2 5 1 2 7 2 73

Сентябрь (2010)

Дата	Время наблюдений	Количество гроз
03.09	11.30	1
04.09	17.30 20.30 21.25	2 5 2
06.09	02.30 05.25 08.30 09.30 11.30 12.30	2 2 7 2 6 3
07.09	02.25 05.30 06.30 07.30 08.30 09.30	3 2 1 8 11 8
08.09	08.30 11.25 23.30	3 2 2
09.09	02.30 03.30 04.30 05.30 06.30 07.30 08.30 09.30 10.30 14.30	5 20 19 26 16 26 14 14 6 8
10.09	05.30 07.30 08.30 09.30	6 6 3 3
13.09	05.30 06.30 08.30 09.30 11.30 12.30 13.30 14.30	7 2 7 8 2 3 2 3
15.09	05.30 14.30	3 2
16.09	05.30	5
18.09	05.30 08.30	3 5
		298

Октябрь (2010)

Дата	Время наблюдений	Количество гроз
03.10	05.30 06.30 07.30 09.30 23.30	12 5 10 2 1
04.10		7 37



Приложение Б

Май (2011)

Дата	Продолжительность гроз	Количество наблюдений
26.05	07.30 10.30	2 1
27.05	02.30 03.30 04.30 05.30 06.30 07.30 08.30 09.30 10.30 13.30	5 4 2 7 3 2 2 3 1 2
29.05	11.30 12.30 13.30 14.30 15.30 16.30 17.30	3 1 1 4 1 2 1 34

Июнь (2011)

Дата	Продолжительность гроз	Количество наблюдений
04.06	23.30	1
10.06	23.30	2
12.06	21.30	5
15.06	10.30	6
16.06	15.30	6
17.06	00.30 01.30 02.30 04.30 06.30 07.30 08.30	7 10 12 20 18 20 1
26.06	08.30 10.30	1 4
27.06	07.30	1
28.06	09.30	3
		117

Размещено на Allbest.ru