Радиолокация

быстро растущих конвективных облаков возможна, но маловеро­ ятна.

Второе условие, необходимое для образования в облаке града и определяющее возможность подъема наиболее крупных капель до уровня их естественной кристаллизации, можно записать в виде гг;>У к~10 м/с, где w — скорость восходящих потоков, Vk — ско­ рость падения самых крупных капель.

Первое условие связано прежде всего с характером внутриоблачных процессов и, несомненно, связано с общей динамикой развития облака. Особенности внутриоблачных процессов приво-

г’/ Уровень конвекции'^

Рис. 4.10. Аэрологические условия развития конвективного облака и расчеты

дят к тому, что конвективные облака, имеющие одни и те же мак­ ропараметры, могут быть как ливневыми, так и градовыми. Не­ трудно дать чисто качественное объяснение этому факту. В слу­ чае СЬ с ливнями зарождение и рост частиц осадков происходит в основном в нижней, сравнительно теплой части облака. Выпа­ дающие осадки «вымывают» облачные капли и уменьшают восхо­ дящие токи в этой части облака, из-за чего образование и подъем

лака, определяющее возникновение крупных облачных капель как раз вблизи уровня их интенсивной кристаллизации.

Приведем конкретный пример развития СЬ в Лабинском рай­ оне Краснодарского края 23 июня 1968 г. [55]. В этот день аэро­ логические условия (рис. 4.10) в связи с прохождением днем хо­ лодного фронта благоприятствовали развитию СЬ. Первая зона радиоэха была отмечена на экране М РЛС в 9 ч 50 мин в момент

111

выпадения из облака ливневых осадков. Эта зона сравнительно быстро увеличивалась и по горизонтали, и по вертикали и при­ мерно через полчаса после начала наблюдений достигла по вер­ тикали своего максимального развития, завершившегося выпа­ дением из облака крупного града диаметром до 3 см.

На рис. 4.10 показана динамика вертикальных профилей от­ ражаемости z { h ) (профиль l g Z a { h ) ) , полученных из радиолока­ ционных наблюдений одноячейковых СЬ. На этом же рисунке приведены результаты расчета динамики развития этого облака при численном моделировании по методу струи для трех моментов

Dkm Н т

Рис. 4.11. Изменение во времени вертикальных Ящах и горизонталь­ ных D размеров радиоэха СЬ, а так­ же его расчетной высоты Яр.

времени [55]. Начальная вертикальная скорость шо и перегрев струи принимались постоянными и равными 5 м/с и 0,2 °С соот­ ветственно, а диаметр облачной струи на уровне конденсации, определяющей развитие конвективного облака до начала процесса интенсивного осадкообразования, задавался по данным измене­ ния во времени диаметра зоны радиоэха D p .

Обобщенные результаты радиолокационных наблюдений за динамикой зоны радиоэха представлены на рис. 4.11. Здесь же показано и изменение высоты верхней границы облака, рассчитан­ ной по методу струи (Яр). Как видно из рисунка, расчеты дина­ мики развития конвективного облака в стадии его роста удов­ летворительно согласуются с результатами радиолокационных наблюдений за вертикальными размерами зоны радиоэха. Стадия диссипации облака определяется в основном процессами взаимо­ действия выпадающих осадков с конвективными движениями внутри облака, которые не учитываются в струйной модели кон­ векции.

4.2. Радиолокационные признаки стадии развития конвективных облаков

112

15 мин, в то время как в грозах на этом же уровне это время со­

корреляции составит примерно 1,8 км. Указанные размеры хо­ рошо согласуются с данными, полученными при непосредствен­ ных расчетах пространственных функций корреляции Zmax в гро­ зовых СЬ.

Рассуждая аналогичным образом, можно считать, что радиус корреляции Zmax В ЛИВНЯХ примбрно В 4—5 раз больше, чем в грозах, и составляет 6—8 км. Этот вывод совпадает с данными табл. 2.17, т. е. с увеличением интенсивности осадков умень­ шается размер площади, на которую они выпадают.

в табл. 4.2 приведена скорость изменения некоторых радиоло­ кационных характеристик (Я тах, Я|^,^ > з ) ® стадиях

роста и распада. Как видно из таблицы, скорость опускания вер­ шин больше, чем скорость подъема [54], но средние значения ско­ ростей изменения радиолокационных характеристик в период ро­ ста и распада, так же как и продолжительность этих периодов, примерно одинаковы.

Указанные значения скорости роста вершины радиоэха близки к полученным ранее [6, 17, 20, 30]. Средняя скорость роста для района Днепропетровска составляла 3,2 м/с, Ленинграда — 2,4 м/с, ряда районов США — 4,3 и 6,1 м/с. Распределение повто­ ряемостей для скоростей роста и опускания вершин радиоэха, по­ лученное при наблюдениях за развитием и распадом радиоэха

Cb в Венесуэле, дано в табл. 4.3. Лишь у 5 % всех СЬ скорость

ема и опускания близки к тем, которые отмечаются летом в СЬ умеренных широт.

Т а б л и ц а 4 .3

тизированной аппаратурой обработки отраженных сигналов. Од­ нако доплеровские М РЛС не нашли еще достаточно широкого распространения в повседневной практике. Кроме того, метеоро­

развития конвективного облака пользуются следующими косвен­ ными признаками [23, 88, 113];

отражаемости и площади радиоэха; зона с максимальной отра­ жаемостью находится в нижней части облака;

о стадии развития можно судить по знаку временной произ­ водной суммарной радиолокационной отражаемости вертикаль­ ного столба облака с единичным поперечным сечением.

Как показывает опыт оперативной работы, для надежной ин­ дикации перехода из стадии в стадию необходимо, чтобы в оче­ редной срок наблюдений СЬ их максимальная высота уменьша­ лась или увеличивалась не менее, чем на 2 км, площадь изменя­ лась на 25% , а отражаемость переходила из градации в града­

114

цию (слабые осадки — в умеренные и т. д.). На практике часто используют еще один признак: в развивающемся СЬ обычно от­ мечаются большие вертикальные и горизонтальные градиенты от­ ражаемости.

Таким образом, если анализировать радиолокационную ин­ формацию о СЬ в конкретный момент времени, то конфигурация и положение радиолокационного «ядра» СЬ, а также величина градиентов отражаемости позволяют оценить стадию развития облака. Критерии стадии развития СЬ приведены в табл. 4.4 [88],.

осадков соответствуют следующим значениям Igz^; слабые . < 1,2; умеренные

1,2—2,7; сильные 2,8—3,9; очень сильные > 3,9 .

4.3. Суточный и сезонный ход радиолокационных характеристик

дусматривает получение в основные синоптические сроки данных не только об отдельных облаках, но и о системах облачности в ра­

диусе радиолокационного обзора (300 км). По этой причине все­ возможные сочетания основных осадкообразующих форм облачно­ сти были классифицированы по трем главным типам радиоэха об­

ной облачности (в основном облачные осадки из облачной си­

S i o W

усе 300 км от М РЛ для трех типов радиоэха. С целью выделения периодической составляющей площади радиоэха и оптимального сглаживания кривой при построении суточного хода было выпол­ нено скользящее осреднение по 3-часовым интервалам. Как видно из рдсунка, суточный ход достаточно отчетливо выражен для РКО и РКСО. Суточный ход площади РСО имеет наиболее слож­ ный характер, однако он вполне объясним, если исходить из того,

116

что РСО сопутствует как теплым, так и холодным атмосферным фронтам первого рода. Ночной максимум площади РСО в таком: случае связывается с ночным выхолаживанием и обострением теп­ лых фронтов, а дневной максимум с нагреванием воздуха и уси­ лением осадков на холодных фронтах в послеполуденные часы.

Максимум площади ;S для РКО и РКСО обычно достигается также к 16— 18 ч московского времени. В среднем площади РКСО значительно превосходят значения S РКО и РСО и только в пе­ риод 15— 18 ч площадь РКО иногда может приближаться к сред­ нему значению площади РКСО (;S=^5,4 тью. км^). Максимальных значений амплитуда суточного хода *Smax—5^min достигает в случае

^■100%

Si

РКО (16 тыс. км2), изменяясь от 21 тыс. км^ в 11 ч до 37 тыс. км^

в 17 ч.

На рис. 4.13 представлено ежечасное относительное изменение площади (тенденция изменения A S / S ) , выраженное в процентах, для трех типов радиоэха в течение суток. Оценка погрешностей

знать существенными. Как видно из рис. 4.13, наибольшее еже­ часное изменение площади (примерно, 14 % ) , обусловленное су­ точным ходом S , наблюдается для РКО. Анализ суточного измене­ ния площади РКО показывает, что с 10 до 17 ч 5^ увеличивается, причем наиболее .резко между 12 и 15 ч. После 17 ч 20 мин сна­ чала наблюдается слабое уменьшение площади, а потом более быстрый распад радиоэха облачны}^ систем. При этом максималь­ ное относительное уменьшение A S / S наблюдается от 20 до 22 ч и составляет И % . В ночные часы изменения A S / S для РКО обычно близки к нулю.

117

Сходная картина обнаруживается при анализе суточного хода

РКСО, а после 17 ч 30 мин до 22 ч —^уменьшение. Площадь РКСО за счет суточного хода в ночные часы практически не изменяется.

первый взгляд, такой результат не может соответствовать дейст­ вительности, поскольку известно, что высота отдельного радиоэха СЬ в процессе его развития может увеличиваться в гораздо боль­ ших пределах. Однако такое представление справедливо при рас­ смотрении отдельной зоны РКО в течение полного цикла его раз­ вития— от момента обнаружения до распада. Иная картина наб­ людается, если анализировать изменчивость только наибольших

118

(РСО).

Интересно также количественно оценить статистическую связь площади радиоэха и его максимальной высоты. В табл. 4.5 пред­ ставлена интегральная повторяемость площади радиоэха в ра­ диусе 300 км меньще определенного значения в зависимости от

зрана ИКО составляет лишь 3,5 % площади. Площадь покрытия эрана увеличивается с ростом вертикальной протяженности радио­ эха и достигает в среднем 18 %, когда Ящах приближается к уровню тропопаузы. В целом из анализа табл. 4.5 и рис. 4.16 следует, что увеличение Ятах вдвое приводит к такому же увеличению S начи­ ная с Я т а х > 3 км.

4.3.2. Суточный ход характеристик радиоэха в районе Карибского моря

Как уже отмечалось в главе 2, почти все осадки, выпадающие в тропиках и низких широтах, имеют конвективное происхожде-

120