Индексы неустойчивости. Методы прогноза конвективной облачности и явлений.

Полезные ссылки:
Метеоцентр.Азия - наш сайт с высокодетализированными прогнозами погоды по пунктам России и мира
Облегчённая версия Метеоклуба (для смартфонов)

Индексы неустойчивости. Методы прогноза конвективной облачности и явлений.

Сейчас в Метеоклубе:
Участников - 3 [ Alexandross, Snowsquall2019, Aleksei nikolaew 4 ]
Максимальное одновременное количество посетителей: 4 [12 Дек 2019 07:18]
Гостей - 0 / Участников - 4

 - Начало - Ответить - Статистика - Регистрация - Поиск -
МЕТЕОКЛУБ : независимое сообщество любителей метеорологии (Европа и Азия) : ФОРУМ О ПОГОДЕ И ПРИРОДЕ / Метеорология: наука и практика / Индексы неустойчивости. Методы прогноза конвективной облачности и явлений.
<< 1 ... 9 . 10 . 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 . 19 ... 36 . 37 . >>
Автор Сообщение
Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 22 Мар 2013 18:25


А вот похожее на среднеазиатские процессы:

В работе [89] изучается мезоструктура и результаты модельного расчета шквалов над пустыней в Китае, где отношение смеси у поверхности земли меньше 2 г/кг, уровень конденсации находится выше 4 км. Сухость нижнего слоя усиливает нисходящий поток. Отмечается пыльная буря, сильная конвергенция перед холодным фронтом у поверхности земли, быстрое движение линии шквалов.

89. Takemi Т.. Structure and evolution of a severe squall line over the arid region in Northwest China // Monthly Weather Review. - 1999. - Vol. 127. - P. 1301-1309.


Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 22 Мар 2013 18:30


Прогноз зоны возможного возникновения шквалов с использованием
технологии ГИС Метео

В данной методике [65] прогноз места возникновения неблагоприятных
явлений погоды, в том числе и зоны возможного возникновения шквалов
со скоростью от 15 м/с и более, сводится к поиску бароклинных зон в
тропосфере (в рамках технологии ГИС Метео бароклинность характеризуется фронтальным оператором F), расчету потенциального вихря (PV) и определению степени неустойчивости атмосферы (выражается через индекс неустойчивости ТТ).

Для прогноза зон, где ожидаются благоприятные для развития шквалов
условия, рассчитывается функция Fe = F • PV. При этом существуют
критериальные значения данных параметров, благоприятные для развития
зон со шквалами: F >2,5, PV> 0,6 и ТТ > 44. При несоблюдении хотя бы одного из этих условий считается, что Fe = 0, т.е. возникновение шкваловых зон не ожидается.


65. Юсупов Ю.И. К вопросу об оперативном прогнозе шквалов // Тр. Гидрометцентра России. - 2007. - Вып 342. - С 55-78.



Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 22 Мар 2013 18:35


В обоих диссертациях упомянут интересный метод

Учет ветра в автоматизированном методе прогноза летних
сильных осадков и ветров Б.Е. Пескова и А. В. Хмелевой

В автоматизированном методе прогноза летних осадков и ветров на
текущий день [51] на основе статистической интерпретации прогностических араметров функционировавшей на тот момент времени синоптико-гидродинамической модели Гидрометцентра России дискриминантные функции Ш и Lb для прогноза шквалов имеют вид:

U1 = 0,018*V8 + 0,015*К + 0,0002*р_10 + 0,026*Эв - 0,020*Эш - 1,3

U2= 0,024*V8 + 0,014*К + 0,002*р_10 + 0,034*Эв - 0,012*Эш - 1,4

где U1 - дискриминантная функция для прогноза ветра при шквале со скоростью > 15 м/с;
U2 - дискриминантная функция для прогноза ветра при шквале со скоростью > 20 м/с;
V8, м/с - скорость ветра на уровне 850 гПа -
предиктор, характеризующий горизонтальное движение воздушной массы;
К - контраст температуры на поверхности 850 гПа;
p_10 - давление на уровне изотермы -10 °С;
Эш — квазииндекс Шоултера - среднее отклонение кривой
состояния, построенной с уровня 850 гПа, от кривой стратификации в
слое 700 - 500 гПа;
Эв - то же, что и Эш, в предположении, что дефицит
точки росы на поверхности 850 гПа равен нулю.

При Ul>0, U2>0 ожидается соответствующее явление.

Таким образом, авторы считают, что роль высотных ветров увеличивается по мере увеличения прогнозируемой скорости ветра у поверхности земли так же, как и роль основного показателя вертикальной неустойчивости Эв и Эш. Такой учет параметров означает усиление роли конвекции при формировании наиболее сильных шквалов и роли вертикального переноса горизонтальной составляющей ветра к Земле. Благодаря последнему фактору усиливаются конвергенция потоков у поверхности земли, восходящие движения и интенсивность конвективной циркуляции.


51. Песков Б.Е., Хмелева А.В. Об автоматизированном методе прогноза
летних сильных осадков и ветров // Метеорология и гидрология. - 1989. -№ 5. - С. 60-73.


Cumulonimbus incus
Участник
Письмо
Кишинёв, Молдова
# Дата: 22 Мар 2013 18:35


Corvus
Прогноз зоны возможного возникновения шквалов с использованием технологии ГИС Метео

Многие шквалы возникают при PV от 0,3 до 0,6. Поэтому эта методика мне не нравится.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 23 Мар 2013 06:31


Cumulonimbus incus

В любом случае учёт PV будет полезен. А ещё лучше учёт влажноадиабатического вихря, вычисляемого с использованием Тсм.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 30 Мар 2013 22:04


Читаю американский учебник по мезомасштабной метеорологии. Там предлагается простой критерий различения типа КД по сдвигу ветра (СВ) в слое 0-6 км:

менее 10 м/с - одноячейковые
10-20 м/с - мультиячейковые
более 20 м/с - суперячейковые

СВ определяется как разность среднего вектора ветра в слое 0-6 км и среднего вектора ветра в слое 0-500 м.

Первую величину можно выразить как 0.14 * (В10м + В975 + В950 + В900 + В850 + В700 + В500), вторую величину как 0.33 * (В10м + В975 + В950).

Получаем СВ:

0.14 * (В10м + В975 + В950 + В900 + В850 + В700 + В500) - 0.33 * (В10м + В975 + В950)

Рабочая формула:
СВ = 0.14 * (В900 + В850 + В700 + В500) - 0.19 * (В10м + В975 + В950)

Cumulonimbus incus
Участник
Письмо
Кишинёв, Молдова
# Дата: 6 Апр 2013 22:37


Corvus

Идея хорошая, но реализация - не совсем. Формула учитывает только скорость ветра (т.е. модуль вектора по U и V компонентам). А нужно учитывать как раз эти сами составляющие, а то будут большие отклонения. Средний вектор считается как uср^2;vср^2. Способ длинный, но единственно правильный.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 7 Апр 2013 09:29


А нужно учитывать как раз эти сами составляющие, а то будут большие отклонения.
Cumulonimbus incus

Да, я как раз об этом хотел написать. Вот это

СВ = 0.14 * (В900 + В850 + В700 + В500) - 0.19 * (В10м + В975 + В950)

надо рассчитать отдельно по U и V, а потом взять корень из U^2 + V^2.
Получим как раз векторный сдвиг ветра.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 7 Апр 2013 12:46


'define CBU = 0.14 * (UGRDPRS(LEV=900) + UGRDPRS(LEV=850) + UGRDPRS(LEV=700) + UGRDPRS(LEV=500)) - 0.19 * (UGRD10m + UGRDPRS(LEV=975) + UGRDPRS(LEV=950))'
'define CBV = 0.14 * (VGRDPRS(LEV=900) + VGRDPRS(LEV=850) + VGRDPRS(LEV=700) + VGRDPRS(LEV=500)) - 0.19 * (VGRD10m + VGRDPRS(LEV=975) + VGRDPRS(LEV=950))'
'define CB = sqrt(CBV*CBV + CBU*CBU)'

Как-то так.

Cumulonimbus incus
Участник
Письмо
Кишинёв, Молдова
# Дата: 7 Апр 2013 16:04 - Поправил: Cumulonimbus incus


Corvus

Забыл написать в первом сообщении: уровни 1000, 900, 850 гПа и т.д. неприменимы для возвышенного рельефа. Например, в тех же Карпатах или Трансильванском плато АТ-1000 и 900 в прямом смысле слова будут под поверхностью земли. Выход из этого - использовать ГрАДСовую функцию zinterp для интерполяции компонент ветра на уровни 0-500 м с шагом 100 м и на 0-6 км с шагом 500 м.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 7 Апр 2013 18:41


Выход из этого - использовать ГрАДСовую функцию zinterp для интерполяции компонент ветра на уровни 0-500 м с шагом 100 м и на 0-6 км с шагом 500 м.

Cumulonimbus incus

Или использовать для нижних уровней такие удобные переменные (то же самое и для V)

ugrd30_0mb
** 30-0 mb above ground u-component of wind [m/s]

ugrd60_30mb
** 60-30 mb above ground u-component of wind [m/s]

ugrd90_60mb
** 90-60 mb above ground u-component of wind [m/s]

ugrd120_90mb
** 120-90 mb above ground u-component of wind [m/s]

ugrd150_120mb
** 150-120 mb above ground u-component of wind [m/s]

ugrd180_150mb
** 180-150 mb above ground u-component of wind [m/s]

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 7 Апр 2013 18:53


Можно пойти и дальше в этом направлении. Я прочитал несколько американских статей
разных лет (и свежих, и старых), где пишется, что наиболее благоприятны для суперячеек случаи,
когда у земли и в нижней тропосфере довольно сильный ветер (10-15 м/с и более), потом в слое 2-4 км
слабый ветер (менее 5 м/с или даже штиль), потом с высоты 5 км опять приличный ветер 10-15 м/с и более.
Причём в идеале направление ветра в нижней и верхней тропосфере должно быть противоположное, тогда
обеспечивается сильное разделение восходящего и нисходящего потока и формируются очень долго живущие
МКК (или суперячейки). Такое распределение ветра бывает в зоне малоподвижного активного фронта на
периферии АЦ, когда имеется высотный циклон. Например, ветер у земли С или СВ, на АТ-700 штиль,
на АТ-500 Ю или ЮЗ. Я на такие случаи обратил внимание ещё в 1990-х: при таком распределении ветра
летом бывают сильные ливни и грозы, а зимой интенсивные снегопады и метели. При таких ситуациях
в Приаралье, например, выпадают наиболее интенсивные осадки во все сезоны года.

Чтобы поймать такой эффект, надо сначала рассчитать уменьшение ветра с высотой в нижней тропосфере
'define shearlu = 0.2 * (ugrd30_0mb + ugrd60_30mb + ugrd90_60mb + ugrd120_90mb + ugrd150_120mb) - UGRDPRS(LEV=700)'
'define shearlv = 0.2 * (vgrd30_0mb + vgrd60_30mb + vgrd90_60mb + vgrd120_90mb + vgrd150_120mb) - VGRDPRS(LEV=700)'

потом рост ветра с высотой в средней тропосфере
'define shearmu = UGRDPRS(LEV=500) - UGRDPRS(LEV=700)'
'define shearmv = VGRDPRS(LEV=500) - VGRDPRS(LEV=700)'

потом общий модуль сдвига ветра по проекциям на оси
'define shearu = shearlu + shearmu'
'define shearv = shearlv + shearmv'

и в итоге
'define shear = sqrt(shearv*shearv + shearu*shearu)'

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 7 Апр 2013 18:57


Или так, проще:

'define shearu = 0.2 * (ugrd30_0mb + ugrd60_30mb + ugrd90_60mb + ugrd120_90mb + ugrd150_120mb) - UGRDPRS(LEV=700) + UGRDPRS(LEV=500) - UGRDPRS(LEV=700)'
'define shearv = 0.2 * (vgrd30_0mb + vgrd60_30mb + vgrd90_60mb + vgrd120_90mb + vgrd150_120mb) - VGRDPRS(LEV=700) + VGRDPRS(LEV=500) - VGRDPRS(LEV=700)'
'define shear = sqrt(shearv*shearv + shearu*shearu)'

Итоговая формула:

'define shearu = 0.2 * (ugrd30_0mb + ugrd60_30mb + ugrd90_60mb + ugrd120_90mb + ugrd150_120mb) + UGRDPRS(LEV=500) - 2 * UGRDPRS(LEV=700)'
'define shearv = 0.2 * (vgrd30_0mb + vgrd60_30mb + vgrd90_60mb + vgrd120_90mb + vgrd150_120mb) + VGRDPRS(LEV=500) - 2 * VGRDPRS(LEV=700)'
'define shear = sqrt(shearv*shearv + shearu*shearu)'

В общем, сильный ветер на уровне АТ-700 - враг КД.

Cumulonimbus incus
Участник
Письмо
Кишинёв, Молдова
# Дата: 7 Апр 2013 19:20


Corvus

Отличная идея! Буду делать код в ближайшие дни.
Кстати, из каких статей это всё было взято?

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 8 Апр 2013 05:46


Cumulonimbus incus

Много статей разных лет, позже напишу. Но там формул не было, только графики хода скорости и направления ветра по высоте при развитии суперячеек. Из чего я сделал свои выводы :)

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 8 Апр 2013 12:47


Cumulonimbus incus
из каких статей это всё было взято?


Эффект наиболее благоприятны для суперячеек случаи,
когда у земли и в нижней тропосфере довольно сильный ветер (10-15 м/с и более), потом в слое 2-4 км
слабый ветер (менее 5 м/с или даже штиль), потом с высоты 5 км опять приличный ветер 10-15 м/с и более.
прослеживается, например, в этих статьях:

http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/1520-0 493%281992%29120%3C0237%3ASOAMSL%3E2.0.CO%3B2?prev Search=Unidirectional+Shear&searchHistoryKey=

http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/MWR300 2.1?prevSearch=Environmental+Distinctions+between+ Cellular+and+Slabular+Convective+Lines&searchHisto ryKey=

http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/1520-0 469%282004%29061%3C0361%3AATFSLS%3E2.0.CO%3B2?prev Search=Long+Lived+Squall+Lines&searchHistoryKey=

http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/1520-0 493%281996%29124%3C2785%3ASAEOAL%3E2.0.CO%3B2

http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/JAS351 4.1

Cumulonimbus incus
Участник
Письмо
Кишинёв, Молдова
# Дата: 16 Апр 2013 17:09


Corvus

Спасибо! Но насчёт отрицательного влияния сильного ветра на АТ-700 у меня сомнения: на этом сайте сказано совершенно противоположная: http://www.theweatherprediction.com/habyhints/322/ .

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 16 Апр 2013 20:30


Cumulonimbus incus

Бывают разные случаи развития КД, разные варианты. Один из них, и весьма важный - с провалом ветра на АТ-700. Но могут быть и другие типы профилей.

Надо делать индексы и проверять их действие на практике, а не верить на слово авторам сайтов. По крайней мере, мой личный опыт подтверждает правомочность версии с провалом ветра на АТ-700. И поэтому я был ряд, когда нашёл статьи на эту тему.

Во многих источниках этот вопрос игнорируется, и тупо предполагается, что чем сильнее ветер в средней тропосфере, тем лучше для КД. Но надо изучать этот вопрос более детально и вдумчиво.

Cumulonimbus incus
Участник
Письмо
Кишинёв, Молдова
# Дата: 16 Апр 2013 20:34


Corvus

Проверим в сезоне гроз-2013. Но у нас такие случаи крайне редки. При сильных грозах есть просто сильный сдвиг ветра, причём его направление мало меняется.

Сейчас я делаю скрипт для сдвига ветра в слое 0-500 - 0-6 км (Вы его описывали чуть выше). Стараюсь учесть всё, даже плотность воздуха (т.е. вычисляю средневзвешенное).

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 17 Апр 2013 05:25


Cumulonimbus incus
Сейчас я делаю скрипт для сдвига ветра в слое 0-500 - 0-6 км (Вы его описывали чуть выше).


Хорошо. Я тоже хочу проверить оба вышеуказанных варианта расчёта сдвига ветра (с провалом и без провала).

Стараюсь учесть всё, даже плотность воздуха


Да, во многих источниках при расчёте ЛИ, КАПЕ и подобных характеристиках советуют учитывать виртуальную температуру, то есть плотность воздуха (в поднимающейся частице и в среде). То есть рассчитывать виртуально-потенциальную (а не просто потенциальную) температуру смоченного термометра.

bullterrier
Участник
Письмо
Пермь
# Дата: 17 Апр 2013 10:27


Нашел интересные индексы для расчета скорости ветра при шквале и интесивности ливневых осадков.



У меня такой вопрос: можно ли как-то посчитать средствами OpenGrads минимальную и максимальную температуру в радиусе до 150 км от точки? Очень хотелось бы проверить эти индексы на практике.


Да, во многих источниках при расчёте ЛИ, КАПЕ и подобных характеристиках советуют учитывать виртуальную температуру, то есть плотность воздуха (в поднимающейся частице и в среде). То есть рассчитывать виртуально-потенциальную (а не просто потенциальную) температуру смоченного термометра.


Corvus
То есть, нужно к ПТсм вводить такую поправку: Tv = Т (1 + 0,605s), где Т — истинная температура, s — удельная влажность?

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 17 Апр 2013 21:14 - Поправил: Corvus


bullterrier
То есть, нужно к ПТсм вводить такую поправку: Tv = Т (1 + 0,605s), где Т — истинная температура, s — удельная влажность?

Да. Вот статья об учёте виртуальной температуры при расчёте КАПЕ:

http://www.cimms.ou.edu/~doswell/virtual/virtual.h tml

Нашел интересные индексы для расчета скорости ветра при шквале и интесивности ливневых осадков.

А из какого это источника? Очень смущает выбор предикторов - только Тприз, Тд, тенденция давления (даже не лапласиан!), V500 - и всё. Эта формула априори будет работать хуже, чем самые простые индексы типа Джорджа-Вайтинга и Фатеева, т.к. в ней не учтена ни Т500, ни дефицит точки росы в средней тропосфере.

ИМХО, лучше попробовать рассчитывать ливни и шквалы по формулам ГМЦ из диссертации Е. С. Григоровой (стр. 41-44), видели их? Всё никак до них не доберусь.

Cumulonimbus incus
Участник
Письмо
Кишинёв, Молдова
# Дата: 17 Апр 2013 21:20 - Поправил: Cumulonimbus incus


Corvus, bullterrier

ИМХО формула для шквала не очень хорошая. Я проверил её по случаю в Леове 10 июля 2012 г. Метод выдал 14 м/с, а по факту было 27-28.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 19 Апр 2013 12:01


P = 1,375 * K - 2 * BEST_LI + 0,0166 * ML_CAPE + 0,0125 * MU_CAPE - 13

Индекс Бультерьера получился :)



С учётом названий переменных ГФС индекс Бультерьера можно записать так:

P = 1,375 * K - 2 * no4lftxsfc + 0,0166 * cape180_0mb + 0,0125 * cape255_0mb - 13

Cumulonimbus incus
Участник
Письмо
Кишинёв, Молдова
# Дата: 21 Апр 2013 18:12


Проверил различные методы прогноза движения КД: по слоям 850-500 гПа, 700-500 гПа, 0-6 км над подст. пов-тью, а также авторский (Бункерс, без суперячейковой отклоняющей). В итоге Бункерс оказался лучше всего, причём не оригинальный вариант по 0-6 км, а некий "эффективный", где осредняется ветер с начала КНС до середины между началом КНС и уровнем конвекции. Здесь вычисляется не простое среднее арифметическое в данном слое, а средневзвешенное с учётом плотности. Сама методика взята из книги "Severe Storm Forecasting", в Интернете её нет (или плохо искал?).

spralex
Участник
Письмо
г. Конотоп, Сумская обл., Украина
# Дата: 21 Апр 2013 20:32


Cumulonimbus incus

Интересные выводы, спасибо! Это, прежде всего справедливо, как я понял, для мультиячейковых КД с небольшим сдвигом ветра?

Cumulonimbus incus
Участник
Письмо
Кишинёв, Молдова
# Дата: 22 Апр 2013 11:56


spralex
Это, прежде всего справедливо, как я понял, для мультиячейковых КД с небольшим сдвигом ветра

Да, в целом так. Для организованных скоплений КД нужно вводить поправки.

bullterrier
Участник
Письмо
Пермь
# Дата: 23 Апр 2013 07:51


А из какого это источника?

Corvus


ИМХО, лучше попробовать рассчитывать ливни и шквалы по формулам ГМЦ из диссертации Е. С. Григоровой (стр. 41-44), видели их?

Нет, не видел. Интересно было бы посмотреть. А в OpenGrads их можно будет применять?

ИМХО формула для шквала не очень хорошая. Я проверил её по случаю в Леове 10 июля 2012 г. Метод выдал 14 м/с, а по факту было 27-28.

Cumulonimbus incus
Эти формулы создавались для ЕТР, так что у Вас они могут и не работать.

Cumulonimbus incus
Участник
Письмо
Кишинёв, Молдова
# Дата: 23 Апр 2013 09:43


bullterrier
Эти формулы создавались для ЕТР, так что у Вас они могут и не работать.

Формулы эти плохо учитывают шквалы при низкой влажности воздуха, которые у нас частенько бывают. Если посмотреть на них, ясно, что Тд увеличивает шквал только при значениях >18. А тот случай возник при точке росы +11. Вот и всё объяснение, как мне кажется.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 23 Апр 2013 09:44


bullterrier
А в OpenGrads их можно будет применять?


Да, и в обычной ГРАДС, и в Опен. Скоро напишу про эти формулы в этой ветке.

<< 1 ... 9 . 10 . 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 . 19 ... 36 . 37 . >>
Ваш ответ

          Отменить *Что это?

 » Логин  » Пароль