книги из ГПНТБ / Применение информации метеорологических спутников в анализе и прогнозе особых явлений погоды для авиации (пособие для синоптиков АМСГ, ЗАМЦ и МГАМЦ)

сокие слоистые облака, имеющие сходную с ними структуру. По­ мощь в распознавании St в этих случаях могут оказать радиаци­ онные данные: температура на верхней границе высоких слоистых

облаков намного ниже таковой на верхней поверхности St и ту­ мана. Полезно также сопоставление одновременных ТВ и ПК изо­

бражений облаков, так как на последних низкие St практически не прослеживаются [8, 18]. Существен также учет синоптического

Рис. 23. Синоптическая карта с данными наблюдений в 15 ч мск 13 октября 1972 г.

положения. Если оно обеспечивает нисходящие вертикальные дви­

и квалифицировать наблюдающуюся пелену как St.

Однако нередко наблюдается полное или частичное покрытие

St вышерасположенными облаками. В первом случае, очевидно,

возможность обнаружения низких облаков по спутниковым данным исключается. Во втором случае отличить St можно или с помощью радиационных данных, либо ИК изображений, или по тени, от­

брасываемой на их верхнюю поверхность более высокими обла­ ками, учитывая расположение Солнца по отношению к спутнику,

46

т. e. направление солнечных лучен в момент съемки [11]. На рис. 15 можно обнаружить темные тени на поверхности St от более высоких кучевообразных облаков.

Заметим также, что St часто наблюдаются в сочетании со слои­

сто-кучевыми облаками. Пример такого сочетания приведен на рис. 22 и 23. Юг Северного моря и побережье Западной Европы покрыты плотной массой слоистых и слоисто-кучевых облаков с нижней границей на высоте 300—600 м. Облачность располага­ ется в передней (восточной) части антициклона, в области роста давления. Ячеистая структура слоисто-кучевых облаков обнаружи­ вается лишь по неровностям на верхней поверхности облачного массива. В северной его части можно заметить полосатую струк­ туру, характерную для этого вида облаков, с расположением по­ лос по потокам нижних слоев — с северо-северо-запада на юго-

юго-восток.

Определение с помощью спутников полей тумана и низких слои­ стых облаков для целей прогноза, очевидно, особенно полезно в тех районах, где их появление связано с так называемым выносом,

например, на дальневосточном побережье Советского Союза. В на­ стоящее время прогноз выносного тумана базируется лишь на изу­

чении условий, способствующих формированию тумана над райо­ нами моря, неосвещенными данными наблюдении. Использование спутниковых данных позволит установить существование тумана над морем и по контрастности с водной поверхностью судить о его плотности [11, 13].

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОСИ СТРУЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ

Получаемые с метеорологических спутников ТВ и ИК изобра­ жения облачных "полей позволяют определять географическое по­ ложение оси струйного течения (СТ). Согласно выполненному ис­ следованию [10], над территорией СССР ось CT прослеживается

по характерным признакам облачных полей на их ТВ изображе­ ниях в 46% случаев. Чаще всего обнаруживаются те участки оси

СТ, которые находятся в передней части высотной ложбины. В ос­ тальных 54% случаев либо не имеется характерных признаков CT

воблачном поле, либо оно наблюдается в условиях ясного неба.

Для CT характерны вытянутые массивы перистых облаков

справа от их оси. Реже справа от оси CT наблюдаются длинные полосы перистых облаков. Если смотреть по направлению потока, то левая граница массива перистых облаков или крайней левой полосы перистых облаков обычно совпадает с осью СТ. Иногда эта граница перистых облаков находится на расстоянии до 300 км

справа от оси CT и очень редко слева от нее.

Левый край облачности струйных течений вблизи их оси резко очерчен. Вдоль него на телевизионных спутниковых фотографиях, как правило, проходит темная узкая полоса. Она представляет со­ бой тень, отбрасываемую высокими облаками CT на расположен­

ные ниже облака холодной воздушной массы слева от него. Ши­

47

рина тени зависит от высоты Солнца, разности высот между верх­ ней границей облаков CT и облаков в холодном воздухе, а также от угла, под которым видны облака CT со спутника. Если в холод­ ном воздухе не имеется облаков, то левый край облачности CT хорошо виден на более темном фоне подстилающей поверхности.

На HK снимках облачность СТ, как самая высокая, характе­

ризуется большей яркостью, чем нижерасположенные облака и подстилающая поверхность [10, 13]. Поэтому и на HK снимках ле­ вый край облачности CT бывает достаточно хорошо виден. Таким

с поперечными грядами волн и отбрасываемая ее краем тень в ле­ вой части рисунка примерно совпадают с осью СТ. На карте мак­ симального ветра в 3 ч мск 17 мая струйное течение распола­ галось на юго-восточной периферии высотного циклона над северо-

востоком Африки — восточным побережьем Средиземного моря. Максимальная скорость ветра вдоль оси CT достигала 65 м/с.

Анализ облачной информации метеорологических спутников по­ казал, что в некоторых случаях тень от кромки зоны перистых облаков не на всем своем протяжении характеризует положение оси СТ. Она может быть параллельной атмосферному фронту.

На рис. 25 видна ярко выраженная темная линия тени, отброшен­

ной краем обширной зоны перистых облаков на скопление кучево­ образных облаков типа Sc и Ac lent, к востоку от Урала. Линия

ветра лишь севернее параллели 60°. Ось его располагалась запад­ нее тени от края перистых облаков.

Исходное положение тени от левой границы зоны перистых облаков CT или фронта позволяет определить границы облачных систем на прогностической карте особых явлений погоды. Для этого требуется найти изменение положения оси CT по изменению положения высотной фронтальной зоны, с которой оно связано на исходной карте AT300. Соответственно положению той же высотной

фронтальной зоны на прогностической карте AT300 находим новое положение оси CT и левой границы зоны перистых облаков. Вы­ сота верхней границы этих облаков, как установлено рядом иссле­ дователей [16, 23], располагается не выше уровня максимума ско­ рости ветра в СТ. Обычно уровень максимальной скорости ветра справа от оси CT по мере удаления от нее по нормали к потоку повышается примерно на 1000 м на каждые 200 км. Следовательно, верхняя граница фронтальных облаков справа от нового положе­ ния оси CT может быть выше нее на 1000—2000 м. Высота оси CT при изменении положения высотной фронтальной зоны на прогно­ стической карте AT300 по сравнению с исходной картой мало меня­ ется, если конфигурация опоясываемых ею ложбин и гребней

48

Рис. 24. TB M-1, 761, 17 мая 1969 r., 7 ч 59 мин мск. Облачность струйного течения. АБ — тень, отбрасываемая этими облаками на подстилающую по­ верхность и более низкую облачность.

4 Заказ № 371

остается без существенных изменений. Поэтому высота верхней гра­ ницы фронтальной облачной системы на участке фронтальной зоны в тыловой части высотного гребня будет определяться высотой максимума скорости ветра в CT в той же части гребня на исход­ ной карте AT300.

6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ ОБ ОБЛАЧНОСТИ СО СПУТНИКОВ ДЛЯ АНАЛИЗА ЗОН ТУРБУЛЕНТНОСТИ

Турбулентность в верхней тропосфере наиболее часто встреча­

ется в ясном небе. Однако ниже зон такой турбулентности обычно имеются облака, которые в той или иной степени являются инди­

каторами данного явления.

Сведения о турбулентности в ясном небе, собранные за периоды серий наблюдений [14], позволили определить повторяемость числа случаев турбулентности в зависимости от количества облаков, ви­

димых на ТВ снимках со спутников. Количество облаков опреде­ лялось непосредственно под зоной турбулентности в пространстве размером 2,5° широты и 5° долготы по данным, которые были близки ко времени встречи с зоной турбулентности или отлича­ лись от него не более чем на ±3 ч. Оказалось, что в большинстве случаев турбулентность в ясном небе отмечалась на фоне облач­ ного покрова: 34% случаев при количестве облаков 2—5 баллов, 22% при 6—9 баллах, 26% при сплошной облачности (10 баллов) и только 18% случаев турбулентности наблюдалось при полном от­ сутствии облаков.

Анализ структуры облачного покрова при наличии турбулент­ ности позволил определить некоторые синоптические особенности его структуры, из которых основными были следующие:

фронтальные облачные ленты, периферия облачности струйного течения,

облачность, связанная с горными волнами, граница сплошной облачности с обширными областями ясного

неба,

обширные зоны конвективной облачности (открытые ячейки).

Наиболее часто турбулентность отмечалась над фронтальными облаками, что находится в хорошем соответствии с результатами, полученными раньше [6, 15]. Турбулентность на периферии облач­ ности CT связана с сильными вертикальными и горизонтальными сдвигами ветра. Турбулентность, наблюдавшаяся на границе сплош­ ного облачного покрова с обширными областями ясного неба, по­ видимому, обусловлена резкой сменой знака крупномасштабных

вертикальных движений и развитием вертикальных движений, со­ измеримых с размерами самолета.

Природа турбулентности, связанная с другими особенностями

структуры облачного покрова, очевидна и не требует какого-либо объяснения. Следовательно, фотографии облачности, полученные с метеорологических спутников, уже в настоящее время позволяют

определить некоторые процессы, связанные с турбулентностью. He-

50

Рис. 25. ТВ К-206, 162, 25 марта 1968 г., 9 ч 10 мин мск. Облачность струйного течения и фронта окклюзии. Темная полоса АБ - тень, отбрасываемая облаками верхнего яруса на более низкие облака.

Заказ № 371

сомненью, что в будущем по мере совершенствования разрешаю­ щей способности аппаратуры, устанавливаемой на спутниках, воз­ можность такого определения будет возрастать. Приведем анализ отдельных случаев турбулентности.

6.1. Турбулентность вблизи струйного течения

14 октября 1972 г. в 6 ч 30 мин мск самолет ИЛ-18 на высоте 6 км встретил зону умеренной турбулентности юго-восточнее Г. Но-

Рис. 26. ТВ М-10, 4076, 14 октября 1972 г., 7 ч 8 мин мск. Облачность холод­ ного фронта с зоной турбулентности, отмеченной значком.

восибирска. На ТВ изображении облачности, полученном со спут­ ника «Метеор-10» в 7 ч 8 мин мск (рис. 26), несколько южнее тур­ булентной зоны, обозначенной соответствующим значком, хорошо

βo,

Рис. 27. Синоптическая карта, 14 октября 1972 r., 3 ч мск.

1 — район, где наблюдалась болтанка самолета.

видна обширная облачная лента, простирающаяся с юго-запада

на северо-восток. На синоптической карте в 3 ч мск (рис. 27) этой облачной ленте соответствовал холодный фронт. Если учесть сдвиг во времени между моментом составления карты и снимком со спут­ ника (7 ч 8 мин), то можно предположить, что турбулентность

наблюдалась либо над холодным фронтом, либо за ним. На уровне 500 мб (рис. 28), близком к высоте полета, зона турбулентности находилась в передней части ложбины в области расходимости изогипс при значительных горизонтальных сдвигах ветра. Скорость ветра на этом уровне перед встречей с зоной турбулентности до­

стигала 34 м/с. На оси СТ, которая находилась около уровня

350 мб, максимальная скорость ветра превышала 50 м/с. Следо­ вательно, зафиксированная самолетом турбулентность отмечена в слое с вертикальным сдвигом ветра 0,6—0,7 м/с на уровне 100 м.

Поскольку ось CT смещалась постепенно к юго-востоку, в момент встречи с зоной турбулентности полет происходил, очевидно, под СТ. На ТВ снимке хорошо заметна ось CT по резкой тени, отбра­ сываемой краем верхнего слоя облаков на нижележащие облака, которые, согласно синоптической карте, являются слоисто-куче­ выми.

Данный случаи развития турбулентности типичен как с точки зрения особенностей барического поля, так и с точки зрения ана­ лиза облачных полей по данным метеорологических спутников.

52

--------------^2

Рис. 28. Карта изобарической поверхности 500 мб, 14 октября 1972 г., 3 ч мск.

1 — струйное течение, 2 — район, где наблюдалась болтанка самолета.

6.2. Турбулентность, связанная с горными волнами

Известно, что развитие турбулентности над горной местностью происходит чаще, чем над равниной, что объясняется деформа­ цией воздушного потока над горами. Наибольшую деформацию воздушный поток испытывает на подветренной стороне горных

хребтов, где часто образуется система различного масштаба волн

и вихрей, получивших название горных волн. C горными волнами часто бывают связаны случаи сильной турбулентности. О наличии горных волн можно судить по характерным орографическим обла­ кам, которые в некоторых случаях довольно легко обнаружива­ ются на ТВ снимках, полученных с искусственных спутников

Земли. При этом они имеют вид полос характерной волнистой формы и распространяются иногда на 100 км и более вниз по-

потоку. На рис. 29 приведен пример ТВ изображения облаков гор­ ных волн к востоку от Уральского хребта, полученного со спут­ ника «Метеор-10» в 9 ч 15 мин мск 11 октября 1972 г. На подвет­ ренной восточной стороне Урала видны вытянутые полосы высоко­ кучевых облаков волнистой формы с длиной волны около 10 км.

Полосы облаков располагаются параллельно хребту. Вблизи вос­ точной границы этой зоны в течение дня было отмечено два слу­ чая болтанки самолетов на высотах 6—7 км (на снимке районы,, где наблюдалась болтанка, отмечены значками).

53