Радиолокация

сти, показывает, что радиоэхо наиболее часто отмечалось над го­ родом и восточнее Ленинграда на расстоянии до 60 км. В районе Воейково—Петрокрепость (южный берег Ладожского озера) за

ряемость радиоэха составила 46 ч, т. е. на 30 % больше, чем над акваториями.

2.4.2. Продолжительность существования РОЗО

Заметное сходство с описанными особенностями повторяемо­ сти РОЗО над городом и вокруг него обнаруживает также рас­ пределение продолжительности времени существования ливней летом 1979 г. на метеостанциях в Ленинграде и ближайших при­ городах (см. рис. 2.10, кривые 2 ) . Следует отметить, что продол­ жительность ливней по данным наземной сети была получена при круглосуточных наблюдениях, в то время как данные о повторяе­ мости РОЗО относятся к периоду 9—21 ч. Данные рис. 2.10 по­ зволяют выявить районы, над которыми ливневые дожди имели наибольшую и наименьшую продолжительность.

В частности, максимальная продолжительность ливней в рай­ оне Петрокрепости почти в 2 раза больше, чем в Рощино, СухоМаяке, Озерках, где отмечался относительный минимум. Значе­

ные наблюдений распределены между двумя типами синоптиче­

стности, в 2 раза превышает среднее число сроков наблюдений РОЗО в районе с радиусом 100 км. Из таблицы также следует, что для фронтальных ситуаций характерна относительно более высокая, чем для внутримассовой ситуации, повторяемость РОЗО над площадью 5( = Ю0 км^. Относительная максимальная про­ должительность РОЗО достигает 40 % времени от всего периода

стакими метеорологическими условиями.

Вслучае облачности внутримассового происхождения относи­ тельная продолжительность РОЗО над площадью 5 ;= 100 км^ не превышает 7 % времени всего периода с внутримассовым харак­ тером погоды в районе наблюдения.

71

радиоэха ливней с / ^ 0 , 2 мм/мин не превышала 1— 1,5 % времени

Рис. 2.11. ' Изолинии по­ вторяемости (ч) радиоэха

и продолжительности (ч) гроз по данным метео­

где отмечена наибольшая повторяемость РОЗО сильных ливней. Как видно из табл. 2.21, повторяемость осадков с большой ин­ тенсивностью над 5 г= 100 км^ в городе и над акваторией в сред­ нем за сезон не одинакова. Над городом сильные осадки отме­ чаются в 5 раз чаще, чем над акваторией озера и залива. По-ви­ димому, это связано с влиянием городской застройки на воздуш­ ный поток. В работе [150] показано, что и при слабых и при сильных ветрах непосредственно перед городом и над ним обра­ зуются восходящие движения тем более сильные, чем больше ско­ рость ветра. Скорость воздушных потоков на уровне облаков над городом возрастает в результате уменьшения. горизонтальной со­ ставляющей ветра в нижних слоях за счет препятствий в виде зданий и высотных построек. Над городом образуется так назы­ ваемая зона («подушка») малоподвижного воздуха, которая ока­ зывает влияние на горизонтальное перемещение воздуха до вы­ соты в несколько сотен метров. Вновь поступающие массы воз­ духа вынуждены подниматься вверх, за счет чего их скорость над городом и с наветренной от него стороны увеличивается. На под­ ветренной стороне «подушки» скорость ветра резко уменьшается. По этой причине над городом могут существовать дождевые об­ лака, состоящие из капель и кристаллов, размеры которых пре­

ветре (над городом) увеличивается. Капли из такого облака бы­ стро выпадают и осадки из облака ослабевают там, где скорость ветра резко уменьшается, т. е. на подветренной стороне рядом с границей городской застройки. Этим в свою очередь можно объяснить тот факт, почему на слабые и умеренные осадки город не оказывает заметного влияния. В районе Ленинградской обла­ сти слабые и умеренные осадки составляют не менее 75—80 % общего количества осадков, достигающих поверхности Земли [2], поэтому следует ожидать, что здесь влияние города будет сказы­ ваться только на 20—25 % дождей.

мощью рис. 2.12. На рисунке приведены диаграммы нормирован­ ной повторяемости случаев обнаружения РОЗО на площади раз­ мером 100 км2 для города и пригорода в радиусе 60 км в зави­

73

симости от направления ветра на АТтоо- В центральном квадрате каждой диаграммы приводится средняя повторяемость РОЗО для ячейки 10x 10 км над городом.

а в случае западного ветра от И до 19 ч). В случае воздушных потоков восточного и южного направления на подветренной ог города стороне увеличения повторяемости РОЗО не отмечается.

Рис. 2.12. Нормированные повторяемости РОЗО (число ежечасных наблюдений) над площадью 5= 100 км* для пригорода (7?= 60 км)

и района городской застройки при различном направлении ветра на

АТ700.

Относительный же максимум повторяемости РОЗО над городом: отмечается независимо от направления адвекции воздуха, пере­ мещения облачных систем и интенсивности осадков.

Необходимо отметить, что характеристика повторяемости РОЗО не обязательно должна совпадать с имеющимися клима­ тологическими данными о продолжительности осадков. Радиоло­ кационные данные включают в себя более широкий спектр воз­ можных форм ливнеопасной облачности, СЬ в предливневой и послеливневой стадиях, а именно этих данных нет в климато­ логических справочниках.

Описанный характер влияния промышленной зоны и городской

Таким образом, найденные особенности распределения РОЗО^ над городом и в пригороде в летний период определяются не только влиянием особых городских условий на процессы осадко­ образования с подветренной от города стороны, но и воздейст­ вием акваторий Финского залива и Ладожского озера. Послед­

74

ние являются существенными стабилизирующими факторами для развития конвективных облачных процессов в дневное время, что особенно заметно при анализе процессов движения облачных систем к городу с юга и востока.

Полученные экспериментальные данные показывают, что поле всех радиолокационных характеристик облачности и осадков на сравнительно ограниченной территории вокруг большого города имеет неоднородный характер.

Рис. 2.13. Средняя продолжительность (ч) ливней в пригороде Ленинграда за 9 летних сезонов

(1966, 1967, 1969, 1970—1972, 1974, 1976, 1979 гг.).

Выявленные неоднородности в распределении радиоэха облач­ ности и осадков на площади, существенно меньшей масштабов синоптических процессов, определяются эффектами взаимодейст­ вия процессов облако- и осадкообразования различных масшта­ бов, пока еще не в полной мере изученными. Для других крупных городов результаты аналогичных оценок могут не совпадать с по­ лученными для Ленинграда. Поэтому детальное изучение особен­ ностей мезомасштабного распределения облачности, осадков и грозовых явлений должно проводиться для каждого крупного промышленного и административного центра с учетом местных условий.

Изложенные в п. 2.3 и 2.4 методика экспериментальных наб­ людений за облачностью с помощью М РЛ, расположенных в не­ посредственной близости от больших городов, и методики обра­

75

ботки первичных данных могут быть использованы для получе­ ния характеристик осадков и грозовых явлений при решении за­ дач локального мониторинга климата.

Глава 3

СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОЭХА СЛОИСТООБРАЗНОЙ ОБЛАЧНОСТИ

3.1. Наблюдения за слоистообразной облачностью на М РЛ

В п. 1.4 и табл. 1.11 приведены некоторые особенности ра­ диоэха слоистообразной облачности, к которой по радиолокаци­ онной классификации относятся все формы облаков, кроме кон­ вективных.

Известно, что спектр капель в облаках, не дающих осадков,

ные частицы) спектр капель в облаках, не дающих осадков, хо­

облаков типа Sc и St от 300 до 600 м сопровождается ростом средней (по всему облаку) водности, появлением сверхкрупных частиц и увеличением их концентрации более, чем на порядок.

76

в кристаллических облаках 2 заметно больше, чем в капель­ ных. Размеры кристаллов в облаках составляют обычно сотни микрометров вдоль большой оси, при толшине пластин и столби­

обнаружения облаков /?тах возрастает от 18 до 40 км при уве­ личении мощности St от 220 до 1300 м. При увеличении мощно­ сти Sc от 100 до 500 м и наличии крупных частиц /?шах возра­ стает от 2,5—6,5 до 20 км. При указанном выше возрастании кон­ центрации частиц с увеличением мощности облаков при том же

означает, что примерно в 40—50 % случаев отражаемость слоисто­

В оперативных наблюдениях отмечено, что если нулевая изо­ терма расположена внутри слоистообразной облачности нижнего яруса, то радиус ее обнаружения резко увеличивается. При этом на расстоянии более 20 км от М РЛ на экране ИДВ радиоэхо выглядит как яркая полоса. С точки зрения физики внутриоблачных процессов это означает, что скорость падения кристалличе­ ских частиц превышает скорость восходящих потоков. Частицы

77

Мощность облаков ДЯ (км) и ее среднее значение ДЯ (км) для разных типов облаков (по данным Л. С. Дубровиной, [122])

при падении попадают в область положительных температур, обводняются и дают заметное увеличение мощности отраженного сигнала — на 5—6 дБ, которое обусловлено ростом диэлектриче­ ской проницаемости тающей частицы, изменением скорости паде­ ния частиц через слой таяния, слиянием или объединением от­

стью падения снежинок возрастает в 5 раз. Это приводит к уве­ личению расстояния между каплями, а также к уменьшению кон­ центрации и отражаемости в 5 раз на нижней границе яркой полосы.

Анализируя экспериментальные данные об отражаемости слои­ стообразных облаков [23, 25, 53], необходимо отметить сле­ дующее:

применяемые для исследований М РЛ не позволяют измерить весь диапазон 2, который получают по результатам микрофизиче-

при радиолокационных измерениях неизвестно фазовое состоя­ ние крупных частиц и определение 2 производится по (1.11);

не всегда удается выяснить, на каком расстоянии измеряется z, что не позволяет учесть эффект осреднения 2 в диаграмме напра­ вленности антенны МРЛ.

При анализе данных табл. 3.3, составленной на основании ра­ бот [5, 25, 53, 112, 127], следует учитывать отмеченные выше осо­ бенности. Заметим также, что эта таблица дополняет рис. 1.7

би в .

3.2.Пространственно-временная изменчивость радиоэха слоистообразной облачности

Радиус обнаружения слоистообразной облачности на М РЛ не­ велик, что затрудняет изучение пространственно-временной изменчивости высоты радиоэха. В работе [53] предложена мето­ дика, которая позволяет сочетать исследование изменчивости гра­

79

ниц радиоэха над точкой за период наблюдений с пространствен­ ными вертикальными разрезами облаков через 5-минутный ин­ тервал (рис. 3.1). Измерение высоты верхней (ВГО) и нижней (НГО) границ облачности производилось через 3—5 мин на мил-

Икм

считывались средние значения высоты радиоэха Н щ за 15-минут­

80