Анализ условий формирования опасных конвективных явлений в летний сезон 2007 г.


1. Условия формирования опасных конвективных явлений летом 2007 г. на территории деятельности Центрально-Черноземного УГМС

В теплый период 2007 г., также, как и 2006 года, в регионе деятельности Центрально-Черноземного УГМС отмечалась необычно активная конвективная деятельность с большим числом опасных конвективных явлений (ОЯ). Но по сравнению с предшествующим годом, когда число ОЯ за теплый период составило 10, количество ОЯ в 2007 году возросло до 14. Распределение ОЯ по региону представлено на рис. 1.

Случай шквалистого усиления ветра, достигшего критерия ОЯ – 25 м/с, был единственным. Увеличилась повторяемость случаев крупного града - всего 4. Наибольшее количество ОЯ - 9 случаев, относится к дождям, из них 5 – очень сильный дождь до 50-56 мм/12час и 4 случая – сильный ливень до 30-45 мм за 1 час и менее.

Из 14 наблюдавшихся ОЯ только 6 были предусмотрены с достаточной заблаговременностью - от 3 до 48 ч. Успешное прогнозирование конвективных ОЯ и КНЯ существенно усложняли локальный характер их распределения, а в отдельных случаях происходившее «взрывным» образом развитие активной грозовой деятельности. Синоптические ситуации, при которых отмечались подобные ОЯ в 2006 г., в 2007 г. повторялись редко. В целом, на протяжении двух теплых сезонов, активность процессов определялась, в основном, ярко выраженным меридиональным типом циркуляции.

В результате детального анализа материалов за 2007 г., ряд ситуаций по сходным признакам удалось систематизировать. Также более подробно были выявлены термодинамические условия возникновения конвективных ОЯ, сделаны выводы, даны практические рекомендации.


Май
Активизация конвективной деятельности в регионе началась после периода необычно холодной погоды в начале мая. В конце первой декады произошло усиление высотного гребня над Балканами и Черным морем и распространение его к середине месяца на ЦЧР, что способствовало адвекции умеренной, а в южные области и тропической воздушных масс. В этот период в средней тропосфере циклонические образования проходили вдоль северных широт, а над средними и южными широтами располагалась очень контрастная ВПФЗ со слабо выраженными ложбинами и гребнями и преобладал зональный перенос воздушных масс. Приземные циклоны также перемещались вдоль северных районов Европы, а в Черноземье погоду формировала их южная часть. В зоне фронтальных разделов ежедневно шли дожди до 1-10 мм/ 12 час, 8, 10, 12.05 местами до 11-19 мм, в период 9-13 и 16.05 - с грозами, 10 и 12.05 – местами с градом диаметром 2-8 мм.

Во второй половине дня 12 мая возникли синоптические и термодинамические условия, которые способствовали значительной активизации конвективной деятельности в ЦЧЗ. В 12 ВСВ на уровне АТ-850 гПа температурные контрасты в зоне ХФ, располагавшегося в параллельных потоках вблизи центральной части ВПФЗ и приблизившегося к западным областям региона, достигали 6-8°C/500км - от 4-6°C в холодной массе, до 10-12°C – в теплой. У поверхности земли в зоне волнового фронта, который находился в глубокой ложбине, вытянутой на юго-запад от циклона с центром над северо-востоком ЦФО, градиент температуры составлял 8-10°C/500 км (от 17°C по северо-западу региона, до 27°C по крайнему югу). В центральной части ВПФЗ прослеживалось струйное течение до 25-30 м/с. На волне ХФ, смещавшейся вдоль ВФЗ со скоростью более 40 км/час, развилась мощная кучево-дождевая облачность, с которой в Рыльске Курской области в период 18.03-18.38 было связано первое конвективное ОЯ и комплекс НЯ - выпал сильный ливень до 43 мм/1 час, сопровождаемый шквалом до 21 м/с и градом диаметром 10 мм (не предусмотрено). В регионе порывы и шквалистое усиление ветра при прохождении фронта достигали 15-19 м/с (рис. 2-6).

Очевидно, что в данной синоптической ситуации, при благоприятных термических условиях – конвективная неустойчивость воздушной массы, контрастность фронта, значительный прогрев воздуха в теплом секторе, основную роль в развитии мощной грозовой облачности сыграл сильный динамический фактор. Это быстро смещающаяся волна на ХФ - создавшая мощные восходящие движения, которые поддерживал и влажный потенциально неустойчивый воздух нижних уровней, а также интенсивное струйное течение на уровне АТ-500 гПа, формировавшее сильные нисходящие потоки, которые создавались холодным сухим воздухом со среднего уровня тропосферы и определили шквалистое усиление ветра при прохождении конвективной облачности.

Во второй половине мая в средней тропосфере над зарубежной Европой произошла значительная деформация ВПФЗ к югу и существенное усиление гребня над южными и средними широтами России, с последующим формированием над ЦЧЗ и Поволжьем высотного антициклона. При поступлении сухой тропической воздушной массы, в регионе установилась жаркая погода. Максимальная температура в последние дни второй декады и в течение третьей декады достигала 29-37°C. Локальные грозы и дожди наблюдались лишь в отдельные дни.

К концу месяца, по мере смещения высотного антициклона к востоку, на погоду региона стала оказывать влияние его западная периферия. 30 мая, в 00 ВСВ, в малоградиентном поле пониженного давления, от северного Кавказа до Черноземья, прослеживался слабо выраженный в поле облачности малоподвижный ХФ (или внутритропическая зона конвергенции). Надо отметить, что по исходным данным за этот срок дефицит точки росы на всех уровнях из районов переноса - Ростовской области и Нижней Волги - превышали 10°C. При этом на снимке ИСЗ, вблизи Ростовской области, наблюдались лишь небольшие яркие засветки облаков, связанные с волновым возмущением. Днем 30.05, в теплом секторе, максимальный прогрев воздуха в регионе достиг 30-37°C, за фронтом, в Украине – 24-29°C. В 12 ВСВ температура перед фронтом на уровне 850гПа составляла 18-22°C, за фронтом - до 16°C (отсутствуют данные над Черным морем). Скорость ветра на АТ-500 гПа, на западной периферии высотного гребня - 10-20 м/с. Дефицит точки росы на всех уровнях превышал 10°C, лишь над Ростовом было около 3°C. В течение дня облачность на волне холодного фронта стремительно развивалась, перемещаясь в северо-западном направлении и достигнув над Курской областью максимального развития поздно вечером 30 мая. В период 22.00-23.00 отмечались шквалы до 23 м/с, сильные грозы, за ночь 31 мая местами выпали сильные дожди до 20-27 мм. На снимке ИСЗ за 12 ВСВ видна яркая компактная засветка несколько вытянутой формы. Над Белгородской областью облачность прошла несколько раньше и в ее северных районах порывы ветра не превысили 16 м/с (рис. 7-10).

Таким образом, при ярко выраженных термических условиях - значительный прогрев воздуха в тропической воздушной массе, наличие очага влажного воздуха с конвективной неустойчивостью, создались мощные восходящие движения, усиленные сильной сходимостью приземных воздушных потоков в зоне волнового возмущения. Как показал детальный анализ АТ-500 гПа, усиление процессу придало вливание микроложбины, которая, начиная с 28 мая, перемещалась из районов Турции в северном, затем северо-западном направлении, через Черное море, и днем 30 мая приблизилась к ЦЧЗ. Кроме того, одновременно происходило усиление восточного высотного антициклона. Тем самым, возросшие температурные контрасты и скорость потока в средней тропосфере послужили дополнительными факторами для еще большего увеличения восходящих движений теплого тропического воздуха и нисходящих потоков в зоне активной конвекции на волновом возмущении, способствуя возникновению шквалов и сильных ливней. При сложившихся синоптических и термодинамических условиях, процесс развития мощных грозовых облаков происходил «взрывным» образом.

Явления не достигли критериев ОЯ и КНЯ, однако процесс представляет интерес для ознакомления. Сложность предсказания интенсивности и района возникновения явлений заключалась в локальности их проявления, «взрывном» характере развития, изменении траектории перемещения по сравнению с прогностическими траекториями. Успешное прогнозирование подобных процессов возможно лишь при детальном и оперативном анализе снимков ИСЗ и данных МРЛ.


Июнь
В первой декаде июня над европейской частью России преобладал меридиональный тип циркуляции. В средней тропосфере над Скандинавией располагался обширный антициклон, над Западной Сибирью – многоцентровая депрессия, что обусловило направленность ВПФЗ с севера на юг. Регион ЦЧЗ находился под влиянием ее западной, более теплой части.

На юго-восточной периферии скандинавского приземного антициклона наблюдалась, в основном, сухая погода. В зоне фронтальных разделов отмечались локальные дожди количеством от 1 до 10 мм, 2 и 10.06 по Брянской и Орловской областям местами сильные – до 12-19 мм/12 час. Осадки сопровождались грозами, кое-где градом (до 4 мм), 1-3, 5, 7.06 местами порывами ветра и шквалами до 15-19 м/с. Только днем 10.06, ВПФЗ стала приобретать более зональную направленность и была ориентирована с северо-запада на юго-восток. При циклонической кривизне изогипс на высотах и малоградиентном поле пониженного давления у земли, на волновом возмущении ХФ развилась мощная кучево-дождевая облачность и в Орловской области отмечалось шквалистое усиление ветра до 23 м/с (рис. 11-12).

Во второй декаде июня ВПФЗ была смещена в высокие широты. Над средними широтами располагалась ее южная периферия. Центры высотных и приземных циклонических образований перемещались вдоль северо-западного и северного побережья материка. В зоне влияния фронтальных разделов с волновыми возмущениями, проходивших через ЦЧЗ, грозовые дожди в отдельные дни достигали 12-29 мм/12 час.

15-16 июня на юг ЦФО распространилась тропическая воздушная масса, с температурой на уровне 850 гПа до 15-18°C. В средней тропосфере, на юге ВПФЗ, отмечался неярко выраженный гребень. 16 июня, за период от 00 ВСВ до 12 ВСВ, на АТ-500 гПа микроложбина, направленная от циклона над Англией в центр Европы, переместилась к северо-востоку. Таким образом, западные области ЦЧЗ оказались в ее передней части, в зоне расходимости воздушных потоков, где скорость ветра составляла всего 5-8 м/с. У поверхности земли регион располагался в малоградиентном поле пониженного давления. В дневное время на фоне слабого падения атмосферного давления, в ЦЧЗ образовалась приземная микроложбина (1010 MМБ), связанная с западным циклоном. В ней располагался фронт окклюзии. Во второй половине дня 16 июня в теплом секторе воздух в регионе прогревался до 30-31°C, температура точки росы составляла 15-18°C. В зоне малоподвижного фронта окклюзии, над Курской областью, возникли условия для формирования локальной мощной кучево-дождевой облачности. В п. Свобода в период 14.45-16.00 выпал очень сильный дождь количеством 55 мм (не предусмотрен). Местами отмечался град до 10 мм. По остальным областям ЦЧЗ конвективная деятельность была значительно менее активная (рис. 13-17).

При сложившейся синоптической ситуации перечисленные термодинамические условия в равной степени повлияли на возникновение локального ОЯ - это интенсивный прогрев воздуха, большое влагосодержание и конвективная неустойчивость воздушной массы. Усилению мощных конвективных движений способствовало возникновение добавочных упорядоченных восходящих движений - наличие циклонической кривизны в ложбине у земли, расходимость потоков в средней тропосфере. Наиболее успешное прогнозирование подобных локальных явлений также возможно лишь при детальном и оперативном анализе снимков ИСЗ и данных МРЛ.

В начале третьей декады центры высотных циклонов, вращавшихся в приполярных широтах над Скандинавией и Западной Сибирью, начали перемещаться в юго-восточном направлении. ВПФЗ стала более возмущенной. В период 20-25 июня через Центрально-Черноземный район с северо-запада прошли две ныряющие ярко выраженные ложбины.

Днем 20.06, на востоке ЦЧО, в приземной разреженной ложбине, в зоне значительных температурных контрастов располагался медленно смещающийся ХФ с волнами, ориентированный вдоль потоков передней части высотной ложбины с юго-запада на северо-восток. Надо отметить, что со смещением высотной ложбины в юго-восточном направлении произошел дополнительный заток холода с северо-запада. Таким образом, у земли, за ХФ воздух в регионе прогрелся до 17-24°C, перед ним – до 25-28°C и только на крайнем юге Воронежской области - до 30°C. На АТ-850 гПа, в 12 ВСВ, в холодной воздушной массе было до 7-8°, в теплой - до 12-14° и над Липецкой областью на этом уровне произошло образование мезоциклона. В период 18.52-19.50 в Ельце, на волне ХФ, отмечалось локальное ОЯ: выпал сильный ливень до 30 мм/1 час (не предусмотрен), а в г. Липецке наблюдался сильный дождь до 41 мм (рис. 18-21).

Таким образом, основную роль в формировании активной конвективной облачности сыграло возникновение на ограниченной территории более интенсивных упорядоченных восходящих движений, благодаря формированию мезовихря в нижней тропосфере, при выраженной циклонической кривизне в ложбине у земли, и в передней части глубокой высотной ложбины в средней тропосфере.

Подобный процесс повторился и 24 июня. Еще в ночное время над Белгородской областью у точки окклюзии тропической системы фронтов образовался частный циклон и прошли сильные дожди до 23-34 мм/12 час. В течение дня происходило углубление и слияние высотной ложбины от циклона над Архангельской областью с микроложбиной во ФЗ над югом ЦЧО, с последующим формированием мезоциклона в нижней и средней тропосфере. Это замедлило скорость перемещения приземного циклона, но усилило контрасты температуры на уровне 850гПа, которые достигали 7°C/500 км - от 8°C в холодной воздушной массе, до 16°C в теплой. Кроме того, на юге ЦЧЗ значительно увеличились упорядоченные восходящие вертикальные движения. В результате сложившихся синоптических и термодинамических условий 24.06 с 7.00 до 19.00 в Валуйках Белгородской области выпало 71 мм дождя (ОЯ, предусмотрено с заблаговременностью 18 ч), на юге Воронежской области за такой же период осадков выпало до 39-49 мм (рис. 22-25).

В последней пятидневке месяца в средней тропосфере над северо-западом Европы и Северной Атлантикой образовалась многоцентровая депрессия. В течение периода высотная ложбина с атлантического побережья переместилась в ЦФО. Одновременно над Поволжьем и Уралом шло формирование ярко выраженного блокирующего гребня и уже к 29.06 во фронтальной зоне, ориентированной над ЦЧО с юга на север, значительно усилились температурные контрасты. Днем над регионом, вдоль ВФЗ, на незначительном расстоянии друг от друга располагались две параллельные системы ХФ с волновыми возмущениями. В 12 ВСВ на уровне 850 Гпа, в холодной воздушной массе над Украиной и западом ЦЧЗ было 7-9°C, на востоке ЦЧЗ и Нижней Волгой, в тропическом секторе - 18-21°C (11°C/400 км). У земли максимальная температура воздуха составила: за западе 17-22°C, на крайнем востоке - 30-33°C, а температура точки росы в зоне фронта достигала 19°C. В средней тропосфере над Воронежской и Тамбовской областями прослеживалось образование компактного циклона, у земли – смещение в этот район с Азовского моря небольшого вихря на холодном фронте.

Во второй половине дня и вечером 29.06 создались крайне благоприятные термодинамические условия для формирования суперячейковой облачности, с которой были связаны следующие ОЯ: в Таловском районе Воронежской области около 15 часов по данным очевидцев выпал крупный град диаметром 80-100 мм (предусмотрен с заблаговременностью 48 ч), местами отмечался сильный дождь до 41 мм, в Шульгино Тамбовской области в период 17.55 - 18.07 - крупный град диаметром 25 мм (не предусмотрен), в период 15.30-23.10 выпал очень сильный дождь количеством 56 мм (предусмотрен с заблаговременностью 6 ч). Эти опасные явления наблюдались на волне холодного фронта, отделявшего тропическую массу от умеренной, которая смещалась вдоль фронтальной зоны со скоростью более 30 км/час с юга на север. В зоне фронтов порывы ветра и шквалы достигали 15-18 м/с (при скорости ветра на АТ-500 гПа до 15-20 м/с), (рис. 26-29).

Следовательно, исключительную активность процесса обусловили ярко выраженные термодинамические условия, связанные с крайне благоприятной синоптической ситуацией. Прежде всего, это наличие большой конвективной неустойчивости в атмосфере. Сильными динамическими факторами, при которых формирование восходящих движений способствовали усилению конвективной неустойчивости в атмосфере, подъему влажного тропического воздуха и, таким образом, образованию суперячейковой облачности явились: передняя часть выраженной высотной ложбины при наличии блокирующего гребня с двойной контрастной системой ХФ, а также образование мезовихрей.


Июль
Необычно активные атмосферные процессы с ярко выраженной меридиональностью, которые наблюдались в конце июня, открыли целую серию повторившихся в последующие летние месяцы синоптических ситуаций, также приводивших к возникновению конвективных ОЯ. Высотные и приземные циклоны, периодически зарождавшиеся над Англией, выходили на материк, смещаясь в районы Скандинавии. Связанные с ними высотные ложбины достигали Черноземья, несколько углубляясь и обостряясь. Усилению активности процессов, как и в последнем случае, способствовало формирование над Поволжьем и Предуральем ярко выраженных блокирующих гребней. При этом, как правило, над ЦЧЗ в параллельных потоках располагались две системы ХФ.

13.07 одна из высотных глубоких ложбин достигла Беларуси и стран Балтии, на ЦЧЗ распространилась ее передняя часть. В 12ВСВ на уровне 850гПа, в тылу ложбины, в холодной массе было до 8°C, в теплой – до 15-19°C, температурный градиент составил 7-11°C/700км. Приземный ХФ и фронт окклюзии, продвигавшиеся на восток с небольшой скоростью, располагались в малоградиентном поле пониженного давления вдоль параллельных потоков средней тропосферы. К 12ВСВ ХФ находился над западом ЦЧЗ. Температура воздуха за ХФ составляла 18-21°C, в тропическом секторе – 31-35°C. В момент наибольшего прогрева воздуха, над Орловской областью, на волне ХФ прослеживался мезоциклон, переместившийся сюда с Украины. Сочетание перечисленных выше (за 30.06) термодинамических условий привело к формированию локальной, мощной кучево-дождевой облачности, из которой в Верховье в период 15.30-15.51 отмечалось выпадение очень крупного града диаметром 30мм (не предусмотрен). Следует отметить, что скорость ветра у земли при прохождении фронтов, не превысила 19-20 м/с, при этом и на уровне 500 гПа над нашим регионом, во фронтальной зоне, она составляла 20 м/с. Струя до 30 м/с прослеживалась севернее - над Калужской областью.

В последовавший затем период до конца второй декады июля высотная ложбина постепенно уступила место обширному гребню, пришедшему из стран зарубежной Европы. К 19 июля ВПФЗ располагалась вдоль средних широт, приобретя черты зональности. Усилению контрастов в ее зоне способствовало последовательное вливание северных микроложбин от циклона над Баренцевым морем. Приземный циклон циркулировал над Скандинавией. К 12 ВСВ 19.06 связанный с ним ХФ с волнами располагался в параллельных потоках вдоль ВПФЗ, проходя немного северо-западнее ЦЧЗ. Весь регион оставался в тропической воздушной массе с температурой у земли - до 26-34°C, на АТ- 850 гПа - 15-20°C. За ХФ, на уровне 1,5км, над северо-западом ЦФО было 9-12°C. Вечером 19.07 над Тамбовской областью на волновом возмущении холодного фронта, сместившегося с запада вдоль фронтальной зоны со скорость более 40 км/час, компактное мощное кучево-дождевое облако достигло максимального развития. При его прохождении в Уварово в период 20.15-20.30 отмечалось шквалистое усиление ветра до 25 м/с (не предусмотрено). Важно отметить, что на уровне 500 гПа в 12 ВСВ в центральной части ВПФЗ, вблизи которой располагалась Тамбовская область, отмечалось струйное течение до 25-27 м/с. (рис. 36-41).

Таким образом, можно предположить, что в возникновении шквала в градации ОЯ основную роль сыграло наличие мощного динамического фактора - струйного течения на уровне 500гПа. Наблюдавшаяся скорость ветра на уровне 500гПа, определявшая силу нисходящих вертикальных движений в мощном кучево-дождевом облаке и интенсивность фронта порывов, способствовала тому, что над Тамбовской областью у земли скорость ветра достигла значений ОЯ. Однако, судя по снимкам ИСЗ и фактической погоде, явление было локальным и сложным для предсказания. Наиболее успешно выявить развитие подобной ситуации возможно лишь при детальном и оперативном анализе снимков ИСЗ и данных МРЛ.

В начале третьей декады июля над Англией началось углубление очередного высотного циклона. К 25.07 одна из ложбин во фронтальной зоне сместилась в центр Европы, а ярко выраженный гребень прошел через ЦЧЗ и расположился восточнее, простираясь до северных широт и усиливая свою блокирующую роль. Контрастная ВФЗ была ориентирована с юго-запада Европы на северо-восток. В середине дня 25.07 в средней тропосфере погоду ЦЧЗ определяла передняя часть углубляющейся ложбины, с некоторой расходимостью воздушных потоков. Юго-западнее, вдоль ВФЗ, отмечалось более существенное сгущение изогипс и наличие струйного течения со скоростью до 25-30 км/ч. У поверхности земли в 12 ВСВ над Балтикой располагался циклон, пришедший из центральной Атлантики. Связанная с ним двойная система фронтов была как бы «зажата» между восточным и западным антициклонами, холодные фронты которой протянулись от западного побережья Черного моря до ЦЧЗ. В тропическом секторе циклона приземный воздух днем прогревался до 30-36°C, за пределами фронтов было всего 22-23°C. На уровне 850 гПа контрасты температуры между воздушными массами достигали 10-12°C - от 8-10&3176;C в холодной, до 18-22°C - в теплой. Волновые колебания перемещались с большой скоростью вдоль ХФ благодаря струе во фронтальной зоне. Днем 25.07 усилению конвекции способствовали возросшие упорядоченные вертикальные движения в циклоне, который формировался в высотной ложбине и смещался на юго-восток. В ЦЧЗ, в его передней части, усиливался процесс окклюдирования. В течение дня 25.07 и ночи 26.07 по всем областям прошли сильные грозовые дожди до 12-44 мм/12 ч, в период 19.15-20.15 в Б. Фенино Белгородской области выпал сильный ливень до 30 мм/1 ч (ОЯ не предусмотрено), сопровождаемый шквалом до 17 м/с и градом диаметром 8 мм. У точки окклюзии в период 15.26-15.30 в Верховье Орловской области отмечался шквал до 24 м/с, а в 20.10-20.30 в Старом Осколе Белгородской области – шквал до 23 м/с. На снимке ИСЗ за 12 ВСВ в зоне атмосферных фронтов зафиксировано формирование суперячейковых облаков округлой формы над Орловской и Тульской областями, с которыми обычно и связаны интенсивные шквалы (рис. 42-45).

Таким образом, необычной активности процесса способствовало сочетание всех описанных ранее ярко выраженных синоптических и термодинамических факторов, усилению которых, кроме всего, еще способствовала фронтальная конвекция при окклюдировании воздушных масс.

Повторение подобного процесса произошло в конце июля, однако протекал он более длительное время из-за возникших дополнительных условий. 31.07 высотный и приземный циклоны вращались над Балтикой. ВФЗ, располагавшаяся в средних широтах некоторое время в зональном направлении, вновь начала проседать к югу из-за юго-западной траектории перемещения циклона, а также в результате вливания с северо-запада нескольких углубляющихся ложбин. К 12 ВСВ 31.07 в средней тропосфере прослеживались одна глубокая ложбина, ориентированная от центра циклона до юга Италии, а от Поволжья до северных районов ЕТР – очередной блокирующий гребень, между ними простирались контрастная ВФЗ, направленная с юго-запада на северо-восток через ЦЧЗ. Над регионом на АТ-500 гПа отмечалась некоторая расходимость потоков, юго-западнее - усиление скоростей до 17-25 м/с (район Киева). Два контрастных малоподвижных волновых фронта, ориентированных вдоль ВФЗ, проходили через регион с юга на север. В холодной воздушной массе температура не превысила 16-20°C, в тропической - достигла 29-37°, на уровне 850 гПа контрасты составили - от 7°C за холодным фронтом, до 19-22°C - в теплом секторе. В зоне влияния фронтов формировалась локальная мощная кучево-дождевая облачность. ОЯ зафиксировано не было. Вечером 31.07 при прохождении волны на ХФ в Валуйках Белгородской области отмечался град диаметром 17 мм, шквал до 20 м/с, по Курской области - шквал до 19 м/с, при этом струя на уровне 500 гПа со скоростью до 25 м/с отмечалась северо-западнее ЦЧЗ (рис. 46-49).


Август
К началу августа высотный циклон переместился с Балтики на Скандинавию, а ВФЗ по-прежнему была значительно деформирована благодаря тому, что в средней тропосфере из районов северной Франции произошло ныряние очередной ложбины на юго-восток, до Балкан, а затем, 2.08 - ее смещение в восточном и северо-восточном направлении - на Румынию и Украину. Это способствовало обострению процессов над Черным морем и ЦЧЗ, при усилившемся над востоком Украины и Поволжьем блокирующем высотном гребне. В 00 ВСВ 2.08 на всех уровнях, юго-западнее ЦЧЗ, над Украиной, образовался мезоциклон. Ночью местами по региону прошли сильные грозовые дожди до 12-27 мм.

Днем 2.08 высотный мезоциклон, углубляясь, сместился на Брянскую область, а в зоне двойной системы холодных фронтов, проходившей в передней части высотной ложбины, температурные контрасты усилились. В тылу циклона на уровне 1,5 км было до 7°C, в его теплом секторе - 19-20°C (12-13°C/700 км). У земли по северо-западным областям региона воздух прогрелся лишь до 14-16°C, по востоку Черноземья температура составила 29-35°C. Наибольшие контрасты создались над Белгородской областью, где температура была от 19 до 31°C. В течение дня, в центральной части высотного мезоциклона и в зоне приземного фронта окклюзии, располагавшимися над Брянской областью, выпали интенсивные дожди до 14-38 мм. По Белгородской области под влиянием двойной системы фронтов прошли сильные дожди до 23-25 мм. Вечером, в Валуйках, на одной из волн, пришедшей с Черного моря, выпал сильный дождь до 46 мм, порывы ветра достигали 18 м/с, а в период 19.23-19.42 был отмечен крупный град диаметром 30 мм (ОЯ предусмотрено с заблаговременностью 31 ч). Также град до 14 мм наблюдался в Старом Осколе (рис. 50-55).

Таким образом, проявлению активной конвективной деятельности в ЦЧЗ на протяжении нескольких суток способствовало возникновение благоприятных, ярко выраженных синоптических и термодинамических условий, которые подробно перечислялись выше. Как и в аналогичных процессах, конвективное явление - град, достигшее интенсивности ОЯ, наблюдалось на волне ХФ, отделявшего тропическую воздушную массу от умеренной. В середине августа повторился процесс, природа которого во многом сходна с условиями, возникшими в конце мая. К этому времени произошло постепенное заполнение и вытеснение высотных циклонов и ложбин над средними широтами России, благодаря перемещению очень обширного, ярко выраженного западного гребня. Влияние гребня на ЦЧЗ началось с 7.08. В начале периода погоду региона определяла его восточная периферия, у земли – юго-западная периферия скандинавского антициклона, к середине месяца переместившегося на Урал и Западную Сибирь. К 11.08 ось высотного гребня, который простирался от Малой Азии до Скандинавии, постепенно сместилась к востоку и на погоду ЦЧЗ стала оказывать влияние его западная периферия. В это же время в средней тропосфере циклон, пришедший в районы северной Италии из Центральной Атлантики, заполнившись, медленно дрейфовал в северо-восточном направлении. ВПФЗ, проходя с юго-запада Европы через север ЕТР на юго-восток Западной Сибири, огибала высотные гребни, располагавшиеся над восточной половиной ЕТР и формирующиеся над югом зарубежной Европы.

По западной периферии блокирующего гребня, а затем и в передней части высотной ложбины, связанной с циклоном, в центр России осуществлялся вынос сухого тропического воздуха. На юге ЦФО установилась жаркая погода с максимальной температурой, в основном, от 27 до 36°C, которая удерживалась около 8 суток. В передней части высотного циклона над Турцией и Черным морем активизировалась циклоническая деятельность. Ночью 14 августа, над Ростовской областью, на фоне малоградиентного поля пониженного давления, на малоподвижном холодном фронте (или внутритропической зоне конвергенции), который прослеживался вдоль восточного побережья Черного моря и простирался в северо-восточном направлении, образовался мезоциклон. Дальнейшее ускорение процессу придало формирование локального циклона и в нижней тропосфере (АТ-850 гПа), приближение его вместе с высотным вихрем к юго-западу ЦЧЗ, а также смещение одной из высотных микроложбин с юго-запада Черного моря на северо-восток Украины. На АТ-850 гПа температура в тропической воздушной массе составляла от 16 до 23°C (4-7°C/400-600 км), у поверхности земли, в зоне фронта к моменту максимального прогрева, контрасты были более заметными – от 26 до 37°C.

Как и в конце мая, в течение дня 14.08 облачный массив на фронте интенсивно развивался, увеличивался по площади, перемещаясь в северо-западном направлении и вновь достиг максимального развития над Курской областью. Вечером 14 августа в период 17.55-22.05 в Курчатове выпал очень сильный дождь 54 мм/4 ч, предсказанный с заблаговременностью всего 3 часа, отмечались порывы ветра до 17 м/с, также по районам области отмечались шквалы до 17-22 м/с, по Орловской области – до 23 м/с (рис. 56, 57, 59).

Следует отметить, что процесс оказался значительно активнее, по сравнению с майским, благодаря более выраженной циклонической деятельности, мощному динамическому, а также термическому фактору. Однако, также сложно было предвидеть направление смещения приземного мезоциклона, предсказать район возникновения опасного явления, тем более, что прогностические траектории ожидались вдоль ведущего потока с юго-запада. Более детально о развитии ситуации и явлениях можно было судить по развитию мощной облачности с V-образными очертаниями по оперативным данным ИСЗ (рис. 58).

В данном случае анализ показывает, что очень сильный дождь и шквалы до 22-23 м/с наблюдались в зоне внутритропической зоне конвергенции, в области волнового мезовихря, на котором образовалось суперячейковое облако, смещающееся как бы «навстречу» высотному циклону (от циклона первая в восточном гребне с циклонической кривизной изогипса - 572 гПа). В то же время по Белгородской области, расположенной южнее, шквалы не превысили 18 м/с, осадков выпало не более 12 мм.

В течение последующих четырех суток в средней тропосфере происходило вытеснение с региона небольшого высотного циклона довольно обширным гребнем с юго-запада. При этом ВПФЗ, проходившая вдоль побережья Европы с юго-запада на северо-восток, сместилась вглубь континента и ее юго-восточная периферия приблизилась к Брянской области.

18 августа, у земли, в перемычке между западным и восточным антициклонами, вдоль параллельных потоков юго-восточной периферии ВПФЗ располагался волновой холодный фронт. ЦЧЗ находилась под влиянием тропической воздушной массы и днем воздух прогревался от 27-31°C по Брянской области, до 31-37°C - по остальным областям. В 12 ВСВ на АТ-850 гПа за фронтом было 7-13°C, перед ним – 15-21°C.


Анализ сложившейся синоптической ситуации показал, что с юго-запада на уровне 500 гПа произошло усиление блокирующего микрогребня, а на АТ-850 гПа - перемещение микроложбины. Расходимость потоков в средней тропосфере и циклоническая кривизна в ложбине на нижних уровнях способствовали усилению конвективных движений, что при существующем довольно выраженном термическом факторе привело к развитию на волне холодного фронта мощной кучево-дождевой облачности. 18 августа в период 16.45-17.20 в Красной Горе Брянской области наблюдалось локальное ОЯ - сильный ливень 45 мм/35 мин, которое предусмотрено не было (рис. 60-64).


Сентябрь
Зональный тип циркуляции, установившийся на короткое время над Европой, с 4 сентября вновь сменился меридиональным. Это произошло в связи с углублением высотной ложбины со Скандинавии на юг Европы, с последующей изоляцией циклона над Румынией и медленным его смещением к западным границам ЦФО. ВФЗ разделилась на два потока - юго-западный, который проходил через Малую Азию, Черное море, ЦЧЗ, и западный, простиравшийся со Скандинавии на север ЦФО и далее на восток. Постепенно над ЦФО усиливались температурные контрасты. Уже к 4.09 на юго-восток ЦЧЗ распространилась тропическая воздушная масса и днем в зоне волнового возмущения на контрастном холодном фронте по Воронежской области отмечался град диаметром до 16мм. В период 4-7.09 местами по областям прошли сильные грозовые дожди до 11-29 мм/12 ч.

7-8 сентября в нижней тропосфере происходило в формирование вблизи юго-запада ЦЧО мезоциклона, в средней и верхней - смещение в юго-восточном направлении углубляющейся ложбины со Скандинавии, затем также формирование компактного циклона. Вследствие этих процессов в ЦЧЗ еще более увеличились температурные контрасты. Днем 7.09 воздух в тропическом секторе на юге ЦЧО прогревался 28-31°C, за пределами сектора - до 17-27°C. В 00ВСВ 8.09 на карте приземного анализа, над ЦЧЗ, в разреженной ложбине, расположенной между восточным и западным антициклонами, прослеживалась двойная система фронтов. На уровне 850 гПа в тылу циклона было до 9°C, в теплом секторе – до 19°C. Над Белгородской областью, на волне ХФ, отделявшего тропический воздух от массы умеренных широт, в передней части высотного мезоциклона возникли активные восходящие движения, что способствовало формированию мощной кучево-дождевой облачности и в период с 21.32 07 сентября – 10.00 08 сентября в Новом Осколе выпал очень сильный дождь 50 мм/12 ч (предсказано с заблаговременностью 24 часа). На параллельной системе фронтов, которая проходила через Орловскую область, у точки окклюзии за ночь 8.09 выпало до 41мм осадков, отмечался шквал до 18 м/с (рис. 65-69).

Следовательно, при создавшихся необходимых синоптических и термодинамических условиях значительную роль в формировании активной конвективной облачности сыграло наличие интенсивных упорядоченных движений от поверхности Земли до верхних слоев атмосферы - циклоническая кривизна в ложбине у Земли, формирование мезоциклона в тропосфере.


Выводы

1. Из 14 случаев конвективных ОЯ летом 2007 г. в 11 случаях данные явления отмечались при меридиональном типе циркуляции атмосферы и только в 3 случаях наблюдались зональные процессы (12.05, 16.06 и 19.07). Максимального развития конвективная облачность, с которой были связаны ОЯ и КНЯ, достигала после полудня, чаще в вечерние часы, в период – 15.00-22.30 мск.
2. Конвективные ОЯ были связаны с малоподвижными или медленно движущимися холодными фронтами (внутритропическими зонами конвергенции), нередко при наличии двойной системы фронтов. Ориентированы они были вдоль потоков в средней тропосфере, в основном с юга на север, юго-запада на северо-восток и только 30.05 и 14.08 с юго-востока на северо-запад. ОЯ возникали на волновых возмущениях, которые в соответствии с потоками на уровне 500 гПа быстро смещались вдоль фронтов. Лишь 16.06 ОЯ наблюдалось в зоне фронта окклюзии, а 25.07 у точки окклюзии на стыке теплого и холодного фронтов. Часто на волнах холодных фронтов у поверхности земли или на всех уровнях до средней и верхней тропосферы возникали мезоциклоны, которые усиливали динамику процессов. Подобным же фактором для усиления конвективных движений служили микроложбины в нижней и средней тропосфере, смещавшиеся в ЦЧЗ с юго-запада, а в июне – 20 и 24, нырявшие с северо-запада.
3. Все случаи с градом ОЯ (29.06, 13.07 и 2.08) наблюдались в передней части выраженной ложбины, переместившейся с юго-запада, при возникновении восточнее ее блокирующего гребня на уровне 500 гПа.
4. Характерной особенностью большинства явлений ОЯ явилось наличие достаточно большого влагосодержания воздуха, при высокой температуре воздуха до 25-30°C и более, значительных контрастов температуры между теплым и холодным воздухом у Земли до 10°C и более, на уровне 850 гПа - 7-13°C/700 км, иногда 400-500 км.
5. Во всех процессах, при которых явления достигли интенсивности опасных, отмечалось влияние тропической воздушной массы – на АТ-850 гПа 12.05 температура в тропическом секторе составляла 10-12°C, в остальной период - 14-23°C.


Практические рекомендации

За теплый период 2006 и 2007 гг. были проанализированы лишь те синоптические ситуации и соответствующие им термодинамические условия, которые приводили к возникновению конвективных ОЯ в регионе ЦЧЗ. Однако, возможны и другие синоптические условия, при которых вероятно образование сильных ливней, очень сильного дождя, града и шквалов.

В общем виде схема прогноза конвективных ОЯ синоптическим способом сводится к следующему:
1. Прогнозу необходимых условий термогигродинамического состояния атмосферы в районе, для которого составляется прогноз.
2. Прогнозу благоприятного синоптического положения.
Таким образом, при ожидаемых благоприятных гигрометрических и термодинамических условиях, таких как:
- большая конвективная неустойчивость в атмосфере, характеризующаяся вертикальными градиентами температуры значительно больше влажноадиабатических;
- наличие достаточно большого влагосодержания воздуха при высокой температура воздуха до 25-30°c и более;
- значительные контрасты температуры между теплым и холодным воздухом у Земли до 10°C и более, на уровне 850 гПа - 7-13°C/500-700 км и более.

Необходимо проанализировать, станет ли предполагаемая синоптическая ситуация тем дополнительный импульсом или дополнительным динамическим фактором, который будет способствовать усилению термической конвекции, бурному ее развитию и соответственно возникновению конвективных ОЯ. Подобный анализ важно провести от поверхности земли до верхних слоев тропосферы, включая изучение мезомасштабных возмущений, используя данные МРЛ, ИСЗ, учитывая особенности рельефа местности и климатические особенности.

В общем виде - это следующие синситуации:
1. сильными динамическими факторами, способствующими подъему влажного воздуха и формированию интенсивных восходящих потоков являются быстроперемещающиеся циклоны и связанные с ними холодные фронты с большим контрастом температуры; малоподвижные холодные фронты с образующимися на них волновыми возмущениями и мезоциклонами, перемещающимися с большими скоростями. Упорядоченные восходящие движения возникают в передней части высотных ложбин при циклонической их кривизне, в локальных высотных мезоциклонах и тоже являются дополнительными динамическими факторами, усиливающими конвекцию. Кроме того, формированию сильных восходящих потоков способствует расходимость воздушных течений в верхней тропосфере, большой сдвиг ветра (разность скоростей ветра в соседних слоях) в зоне ХФ.
2. для формирования интенсивных восходящих движений также желательна активная адвекция с юга или юго-востока теплого и влажного воздуха в нижнем слое (до высоты 1.0-1.5км) с большой скоростью ветра, а наличие слоя инверсии и изотермии выше этого слоя приводит к образованию кучево-дождевых облаков (суперячеек) взрывным образом.
3. для формирования сильных нисходящих потоков, происходящих при адвекции холода из средней тропосферы, необходимо наличие сильного ветра или струйного течения на среднем уровне (500 гПа) - при составлении прогноза шквалов в градации ОЯ.


Синоптические условия в приземном слое, необходимые для возникновения сильных шквалов (ОЯ)
Фронтальные шквалы являются наиболее часто встречающимися шквалами (примерно 9 из каждых 10) и наиболее интенсивными. Все случаи фронтальных шквалов наблюдаются на антициклонической (теплой) стороне струйного течения, в его дельте, т.е. там, где существует расходимость изогипс и уменьшение скорости воздушного потока вдоль него в верхней тропосфере.
1. Первый тип фронтальных шквалов ОЯ: возникают во второй половине дня или вечером в зоне малоподвижного холодного фронта с волнами или мезоциклонами, который располагается вдоль потоков в средней тропосфере. Шквалы возникают вблизи вершины волны или центра мезоциклона (чаще всего со стороны теплого воздуха). Скорость перемещения волновых возмущений с юга, юго-запада или юго-востока 40-70 км/ч (динамический фактор, способствуюший формированию сильных восходящих потоков).
2. Второй тип фронтальных шквалов ОЯ : возникают во второй половине дня или вечером при быстром – со скоростью 50 км/ч и более, перемещении ХФ и особенно на участке, расположенного вблизи центра циклона. Глубокий и быстро перемещающийся приземный циклон с контрастным ХФ выполняет роль сильного динамического фактора, способствующего формированию вынужденной конвекции. В зоне ХФ, лежащих в глубоких барических ложбинах и недалеко от центров циклонов упорядоченные вертикальные движения, обусловленные циклонической кривизной изобар, бывают наиболее интенсивными.
3. Третий тип фронтальных шквалов ОЯ : возникают во второй половине дня или вечером при прохождении фронтов окклюзии, особенно участков фронта, расположенных вблизи точки окклюзии на стыке теплого и холодного фронтов, хорошо выраженных в поле температуры. Шквалы данного типа могут наблюдаться как при наличии циклона у точки окклюзии, так и при его отсутствии, но при этом у точки окклюзии должны быть только отрицательные барические тенденции - более 2,5 - 3 мб/3 ч.
4. Четвертый тип фронтальных шквалов ОЯ : возникают в любое время года во второй половине дня при прохождении вторичных холодных фронтов в тылу циклонов в неустойчиво стратифицированной воздушной массе, при горизонтальных барических градиентах 2-4 мб/100 км, отрицательных или нулевых барических тенденциях; значительной конвергенция (сходимости) ветра, которая способствует интенсивным восходящим движениям и наличии в атмосфере, особенно в нижних слоях - больших вертикальных сдвигов ветра (большой разности скоростей ветра в соседних слоях).


Условия возникновения сильного ветра (ОЯ)
1. Синоптические:
1.1. тыловая часть циклона (64%)
1.2. передняя часть циклона (29%)
1.3. западная периферия антициклона (7%) - устойчивый антициклон над Казахстаном, активный циклон над Черным морем.
2. Усиление ветра до максимальной скорости происходило в холодной воздушной массе, т.е. перед теплым или за холодным фронтом.
3. Барический градиент более 4 мб/1° меридиана.
4. Контрасты температуры на ОТ 500/1000 более 24 дкм/1000 км.
5. Наличие струйного течения и мезоструи на высоте 1000-2000 м.


Синоптические условия благоприятные для развития градовых облаков и образования града
1. Быстро смещающийся холодный фронт, особенно вблизи вершины волнового возмущения (центральной части циклона), вблизи точки окклюзии, при смещении его со скоростью 30-40 км/ч и более. При уменьшении скорости смещения холодного фронта и по мере удаления от центра циклона вероятность града уменьшается.
2. Малоподвижный фронт с волновыми возмущениями, смещающимися вдоль фронта со скоростью 30-40 км/ч и более.
3. Фронт окклюзии, особенно участок его вблизи точки окклюзии и центра циклона, при смещении его со скоростью 30-40 км/ч и более.
При уменьшении скорости смещения холодного фронта, волны, фронта окклюзии до 10 км/ч и менее град маловероятен.
4. Неглубокая барическая ложбина в теплом секторе циклона или на периферии антициклона в малоградиентном барическом поле на приземной карте погоды. Эта ложбина может быть видна и на картах АТ 850 и АТ 700. В ложбине, очерчиваемой иногда всего одной промежуточной изобарой (изогипсой), при высоких дневных температурах у земной поверхности (25-27°С и выше), точке росы 8-10°С и более во второй половине дня могут развиться мощные конвективные облака с грозами, ливнями, шквалами и градом (возникают так называемые «линии шквалов»). В этих случаях на дневных и вечерних картах погоды в теплом секторе циклона через указанную ложбину и зону конвективных облаков с грозами, ливнями и шквалами, а иногда и с градом обычно проводят фронт окклюзии. На ночных и утренних картах погоды в этой неглубокой ложбине по данным метеорологических станций облачность не наблюдается, однако на телевизионных (ТВ) и инфракрасных (ИК) снимках со спутника за эти же сроки можно обнаружить небольшие полосы, пятна, гряды и скопления слаборазвитых конвективных облаков. Во второй половине дня под действием термической конвекции в указанной ложбине развиваются мощные кучево-дождевые облака с грозами, ливнями, шквалами и градом. На снимках со спутника в дневное время над этими районами видны обширные яркие белые полосы плотных конвективных облаков и связанных с ними явлений погоды.


Синоптические условия образования сильных ливней и очень сильных дождей

1. Малоподвижный холодный фронт с волновыми возмущениями и мезоциклонами, быстро перемещающимися с юга, юго-запада или юго-востока вдоль фронта.
2. Фронт окклюзии, особенно участок его вблизи точки окклюзии.
3. Быстрое перемещение холодного фронта с запада на восток.
4. Малоподвижный циклон.
5. Заполняющаяся депрессия – малоподвижный циклон, значительно заполнившийся в нижних слоях, в верхней тропосфере - хорошо выраженный малоподвижный циклон.


Синоптические условия образования смерчей
Смерч, это очень сильно вращающий высокий и узкий столб воздуха диаметром около 100 м, который распространяется от кучево-дождевого облака до поверхности земли. В отличие от шквалов смерч образуется при наличии сильных и устойчивых восходящих потоков в кучево-дождевом облаке вследствие макро- и мезомасштабных особенностей циркуляции атмосферы и наблюдается на холодных фронтах с волнами при наличии мезомасштабной, диаметром 5-50 км, циклонической циркуляции в нижних слоях тропосферы и при значительной неустойчивости стратификации атмосферы.
Предполагается, что смерч образуется под правой частью Сb (по направлению движения), которое формируется на холодных фронтах (окклюзии по типу ХФ), когда теплая воздушная масса является влажной и неустойчивой, а контраст температур в зоне фронта у поверхности земли превышает 10°С. Температура теплого воздуха перед ХФ обычно 28-30°С, а нередко и выше. Холодный фронт имеет меридиональную направленность (чаще с юго-запада на северо-восток), а вдоль него образуются быстро движущиеся волновые возмущения (перемещение ХФ на восток незначительное), вблизи которых отмечаются шквалы и смерчи.
Образовавшиеся шквалы и смерчи перемещаются в направлении струйного течения высотной фронтальной зоны, с которой связан данный холодный фронт. Фронтальные грозы с возникновением сильных шквалов образуются на антициклональной стороне струйного течения в районе, где наблюдается расходимость изогипс при наличии активной адвекции теплого влажного воздуха в нижнем слое тропосферы (ниже уровня 850гПа) и адвекции холода в средней и верхней тропосфере. Активная (сильная) адвекция теплого влажного воздуха в нижнем слое тропосфере (ниже уровня 850 гПа) не совпадает с направлением струйного течения в средней и верхней тропосфере, и в том районе (месте), где адвекция нижних уровней пересекается со струйным течением на уровне поверхности 500 гПа, имеется большая вероятность образования сильных шквалов. Если активная адвекция теплого влажного воздуха в нижнем слое тропосферы сопровождается еще и дневным нагревом приземного слоя, фронтальным подъемом воздуха или общей конвергенцией, то не только увеличивается вероятность образования сильных шквалов, но и создаются условия для образования смерча.


Материалы подготовлены:
начальником ОМП ГУ «Курский ЦГМС-Р» Черногубовой Ю. Я.
ведущими синоптиками ОМП Жарниковой Н. В., Санниковой Г. В., Дьяконовой С. В.
техниками-метеорологами Лапиной Л.Н., Пашиной С.В.


© Методический кабинет Гидрометцентра России