1.3 Фізико-статистичний прогноз слабкого вітру для Одеси

Синоптичні умови утворення слабкого вітру. Південь України відзначається специфічними особливостями циркуляції і впливом Чорного та Азовського морів. Відомо, що циклони помірних широт, що переміщуються з заходу та північного заходу не дуже впливають на погоду півдня України. Розвиток циклонів такого типу над Україною супроводжується проходженням через південні райони улоговини або утворенням перехідної зони між циклонами та розташованими на півдні областями високого тиску. У таких перехідних областях спостерігається, головним чином, не збуджене перенесення повітряних мас, напрямок якого залежить від взаємного розташування циклонів та антициклонів.

Через південь України центральною частиною прямують циклони, що формуються у басейнах Середземного або Чорного морів, а також невеликі циклони, що виникають на холодних фронтах, які переміщуються з заходу та північного заходу. Периферійні атмосферні процеси характерні для півдня України і за умови розвитку над Європою антициклонів, які своєю центральною частиною іноді розміщуються над півднем України і Чорним морем.

Особливості синоптичних процесів, що формуються на цьому макроциркуляційному фоні і приводять у поєднанні з місцевими фізико-географічними умовами до встановлення режиму слабкого вітру, зведено до 4-х основних типів, які, в свою чергу, мають кілька підтипів.

Тип 1. Периферійні атмосферні процеси, до яких відносяться переноси з північною, східною, західною і південною складовими.

Підтип 1.1. Західний та північно-західний перенос. Цей підтип формується на південній периферії циклонів і північній периферії антициклонів помірних широт. Подібна ситуація спостерігається у той час, коли Одеса знаходиться у малоградієнтному полі при переході від циклону, який стаціонує над Баренцовим морем, і зоною підвищеного тиску над районами Малої Азії та східної частини Середземного моря. До цього типу також віднесено улоговини, які орієнтовані переважно з північного заходу та розповсюджуються від циклонів з центрами над Північною Атлантикою.

Підтип 1.2. Південний перенос включає процеси, що спостерігаються в передній частині циклону і на західній периферії антициклону. Звичайно за такої синоптичної ситуації навколо Одеси розташоване малоградієнтне перехідне поле тиску, яке утворюється внаслідок блокування циклону, що переміщується з Норвезького та Баренцового морів, сибірським антициклоном.

Підтип 1.3. Східний перенос формується на північній периферії циклону та південній частині антициклону. Найчастіше це відбувається, коли над Одесою знаходиться південна периферія антициклону, що стаціонує над центральною частиною Східної Європи. До цього ж типу приводить наявність гребеню, який орієнтується зі сходу.

Підтип 1.4. Північний перенос виникає за рахунок стаціонування області підвищеного тиску над Західною та Центральною Європою і циклону на півночі Східної Європи, що переміщувався з Північної Атлантики і Скандинавії.

Тип 2. Циклонічна циркуляція. До цього типу відносяться області зниженого тиску, розташовані над Україною.

Підтип 2.1. Містить у собі центр циклону та улоговини з південною та східною складовими руху, що пов'язані з виходом південних циклонів, а також улоговин, що орієнтовані з півночі та північного заходу від циклонів, сформованих над районами Північної Атлантики.

Підтип 2.2. Переміщення улоговин з заходу, які пов'язані з циклонами північних широт, що рухаються над північними районами Східної Європи.

Тип 3. Антициклонічна циркуляція. Цей тип містить у собі антициклони, орієнтовані з заходу і сходу, а також малоградієнтні поля підвищеного тиску

Підтип 3.1. Виступи антициклонів, що орієнтовані з заходу. Такі виступи не є наслідком безпосереднього розповсюдження високого тиску з області азорського антициклону. Формування гребенів і невеликих антициклонів відбувається за холодними фронтами внаслідок дії термічних та динамічних факторів зміни тиску, а також під впливом гірських систем Центральної Європи. Область підвищеного тиску об'єднується з азорським антициклоном і перетворюється в його відріг.

Підтип 3.2. Гребені, що орієнтовані зі сходу. Вони формуються за рахунок стаціонування східно-сибірського антициклону над Азією. Цей процес спостерігається значно рідше, ніж гребені, що розповсюджуються з заходу. Це обумовлено як переважанням західного переносу повітряних мас, так і впливом Чорного моря на термобаричне поле тропосфери.

Підтип 3.3. Малоградієнтне поле підвищеного тиску. До цього підтипу також відноситься і центральна частина антициклону. Середні величини баричних градієнтів коливаються від 0,7 до 1,5 гПа/111км, переважає штиль і не спостерігається посилення швидкості вітру навіть у добовому ході.

Тип 4. Слабко виражені баричні поля.

Підтип 4.1. Розмите поле , в якому спостерігаються невеликі градієнти в полі тиску 1,5 - 2,5 гПа/111 км.

Підтип 4.2. Сідловина, що відмічається при існуванні циклону над Баренцевим морем і області зниженого тиску над Малою Азією, а також гребенем азорського максимуму над Західною Європою і зоною підвищеного тиску над районами Сибіру.

У табл. 1.4 наведено повторюваність розглянутих типів (підтипів) синоптичних процесів при слабкому вітрі біля поверхні землі на території Одеси для центральних місяців кліматичних сезонів.

Таблиця 1.4 - Повторюваність (ч. вип. / %) типів (підтипів) синоптичних процесів при слабкому вітрі біля поверхні землі. Одеса 1981-1990 рр.

Типи синоптичних процесів	Підтипи синоптичних процесів	Місяці
		січень		квітень		липень		жовтень
1 Периферійні процеси	1	110	49	75	33	97	41	88	43
	1.1	40	18	25	11	26	10	32	16
	1.2	12	5	26	12	18	8	14	7
	1.3	26	12	14	6	21	9	17	8
	1.4	32	14	10	4	32	14	25	12
2 Циклонічна циркуляція	2	44	21	43	19	49	21	7	23
	2.1	16	7	25	11	33	14	22	11
	2.2	28	14	18	8	16	7	25	12
3 Анти-циклонічна циркуляція	3	56	25	72	34	60	26	49	24
	3.1	19	8	8	4	32	14	21	10
	3.2	4	2	21	10	6	3	10	5
	3.3	33	15	43	20	22	9	18	9
4 Слабко виявлені аричнполя	4	12	5	30	14	28	12	20	10
	4.1	10	4	24	11	17	7	9	4
	4.2	2	1	6	3	11	5	11	6
Загальна кількість	-	222	100	220	100	234	100	204	100

Аналіз табл. 1.4 свідчить, що на формування слабкого вітру біля поверхні землі на території Одеси істотний вплив чинять макроциркуляційні процеси, які слід враховувати при розробці фізико-статистичних методів прогнозу слабкого вітру.

Метод прогнозу слабкого вітру біля Одеси. Метод прогнозу приземного слабкого вітру орієнтований на використання в оперативній прогностичній практиці і тому містить у собі доступну синоптику інформацію та не потребує об'ємних попередніх розрахунків. Аналіз баричного поля показав, що слабкі вітри в Одесі частіше відмічаються при периферійних процесах циклонічного типу, але вітри зі швидкістю ≤ 4 м·с^-1 пов'язані з антициклонічним малоградієнтним полем. В якості предикторів, на основі фізичної обґрунтованості, було взято кількісні характеристики знаку та інтенсивності баричного поля: лапласіани приземного тиску Δр_о, а також лапласіани висот ізобаричних поверхонь 850, 700 гПа (ΔН₈₅₀, ΔН₇₀₀). Перелічені величини дозволяють оцінити вплив макромасштабних процесів на формування слабкого вітру. Для урахування зміни інтенсивності баричних утворень біля поверхні землі розглядалась також фактична величина баричної тенденції (рр, гПа/3 год).

Відомо, що слабкі вітри біля поверхні землі часто бувають пов'язані з приземними або піднятими інверсіями температури. Тому за вихідні предиктори взято вертикальні градієнти температури (γ, °С/100 м) в шарах 0,01 – 0,2; 0,2 – 0,5; 0,5 - 1,0 км.

Бароклінність нижнього шару атмосфери враховувалась через горизонтальний градієнт температури на ізобаричній поверхні 850 гПа (dT/dv).

Для оцінки особливостей вертикального профілю швидкості вітру, що іноді має характер струминної течії нижнього рівня, як потенційні предиктори використовують значення швидкості вітру на рівнях 925 (V₉₂₅) і 850 гПа (V₈₅₀).

Облік добового ходу здійснено включенням у число предикторів значення швидкості вітру в початковий (00 СГЧ) строк спостережень (V₀), а інерційного фактора - значення швидкості вітру у попередні строки спостережень, тобто ті, які відстоять від нього на 06 (V₀₆) та на 12 (V₁₂) годин.

Таким чином, у списку потенційних предикторів було використано 15 характеристик атмосфери, що відображають вплив процесів макромасштабу та вплив місцевих фізико-географічних умов.

Відбір найбільш інформативних та статистично значущих предикторів дозволяє отримати рівняння регресії для прогнозу слабкого вітру біля поверхні землі з завчасністю 24 год стосовно типів синоптичних процесів (табл. 1.5, 1.6).

В рівняннях регресії використано:

- ΔT/Δv - горизонтальний градієнт температури (°С/100км) на АТ-850;

- γ₁, γ₂, γ₃ - вертикальні градієнти температури (°С / 100м) у шарах 10 - 200, 200 - 500, 500 - 1000 м відповідно;

- Δр₀ - лапласіан (гПа) приземного тиску;

- ΔН₈₅₀, ΔН₇₀₀ – лапсасіани (гПа) на поверхнях 850 і 700 гПа;

- рр – приземна барична тенденція (гПа / 3 год);

- V₀, V₉₂₅, V₈₅₀ – швидкості вітру (м·с^-1) на рівнях – земля, 925, 850 гПа відповідно;

- ddd – напрямок приземного вітру (град);

- U – відносна вологість (%) на рівні 1 км;

- V₀₆, V₁₂ – швидкості приземного вітру (м·с^-1) за 06 та 12 год, що передують початковому строку (00 СГЧ).

Усі ці предиктори (за винятком V₀₆ та V₁₂) беруться або розраховуються за даними метеорологічних та аерологічних спостережень за строк 00 СГЧ.

Таблиця 1.5 – Рівняння регресії для прогнозу слабкого вітру на ст. Одеса з завчасністю 24 год

Типи синоптичних процесів
1		2		3		4
а	б	а	б	а	б	а	б
січень
в. член	0,95	в. член	3,20	в. член	3,70	в. член	2,20
V6	0,35	ΔT/Δν	-0,40	ΔT/Δν	-0,80	γ 1	-0,40
S1	1,28	S1	1,21	γ2	-0,40	S1	0,70
квітень
в. член	0,42	в. член	0,37	в. член	3,10	в. член	0,40
V0	0,40	V12	0,30	γ 3	-1,40	V0	0,40
V850	0,10			ΔH850	-0,07	V925	0,15
S1	1,10			S1	0,82	S1	1,30
липень
в. член	2,18	в. член	-0,94	в. член	0,69	в. член	2,10
ΔP0	-0,19	γ2	1,48	V12	0,33	ΔP0	0,10
ΔT/Δν	0,85	ΔH850	0,13	S1	0,98	V0	0,30
ΔH700	-0,14	V925	0,26			S1	0,96
S1	0,90	рр	-0,65
		S1	0,93
жовтень
в. член	-1,60	в. член	0,92	в. член	0,95	в. член	-2,20
ΔH700	0,09	V850	0,14	V850	0,13	V0	1,10
V850	0,18	γ2	0,84	ΔT/Δν	0,44	ΔH700	0,09
γ 3	2,30	ΔH700	-0,13	γ 3	-0,89	V925	0,20
S1	1,00	S1	1,17	S1	0,94	γ2	-0,15
						S1	1,00

Примітка: а – предиктори, б – коефіцієнти регресії.

Таблиця 1.6 – Рівняння регресії для прогнозу вітру на ст. Одеса при І типі синоптичних процесів з завчасністю 24 год

Підтипи синоптичних процесів
січень
1,1			1,3		1,4
а	б		а	б	а		б
в.член	-1,18		в.член	0,56	в.член		0,12
V12			V0		V0
γ 3	0,2		V925	0,04			0,74
S1	1,3		γ 1	0,62			1,0
			S1	0,9
квітень
1,1				1,2
а		б		а		б
в.член		3,2		в.член		1,8
рр		0,07		ΔP0		0,2
V0		-0,25		V0		0,4
ΔP0		-0,05		S1		1,1
S1		1,2

Примітка: а – предиктори, б – коефіцієнти регресії.

У цих таблицях приведено середню помилку:

(1.6)

де п – кількість випадків; V_пр, V_фак – прогностичне і фактичне значення швидкості приземного вітру.

Значення S₁ розраховано за даними архівної вибірки за 1981-1990 рр., що лягла в основу розробки фізико-статистичного методу.

Розглянемо на прикладах можливість одержання прогностичного рівняння з завчасністю 24 год:

- для січня на ст. Одеса, при умові циклонічної циркуляції над півднем України. На підставі даних табл. 1.5 (тип 2) прогностичне рівняння має вигляд:

(1.7)

Помилка рівняння при цьому складає ±1,21.

- для квітня (табл. 1.6), при південному переносі повітряних мас (підтип 1,2):

V_пр = 0,2 ΔР₀ + 0,4 V₀ + 1,8 , (1.8)

помилка рівняння становить ±1,1.

Аналогічним чином відновлюється певний вигляд будь-якого прогностичного рівняння.

Слід, однак, зауважити, що коефіцієнти рівнянь регресії наведено не для всіх типів синоптичної класифікації у зв’язку з тим, що для деяких типів вибірка не була статистично забезпеченою із-за її обмеженості. Для вдосконалення прогнозів бажано продовжити дослідження та отримати повну картину фізико-статистичних зв’язків для усіх можливих типів макроциркуляційних процесів.

Контрольні запитання

1. Які синоптичні умови сприяють утворенню слабкого вітру біля Одеси? Охарактеризуйте типи (підтипи).

2. Перелічіть найбільш інформативні предиктори, які входять в рівняння регресії для прогнозу слабкого вітру біля поверхні землі в районі Одеси.