Метод объективного обнаружения фронтальных зон

Метод объективного обнаружения фронтальных зон разработан в Гидрометцентре (авторы – проф. Н. П. Шакина, Е. Н. Скриптунова, Г. Ю. Калугина, А. Р. Иванова). Метод прошел оперативные испытания и в 2000 г. и Центральной методической комиссией по гидрометеорологическим прогнозам рекомендован к оперативному использованию.

Метод основан на обобщении опыта синоптиков в проведении фронтов на картах погоды. В узлах регулярной географической сетки рассчитывается безразмерная величина, названная фронтальным параметром (F) и линейно связанная с вероятностью проведения синоптиком фронта через данный квадрат сетки.

Исходные данные:
•  приземное давление (давление на уровне моря), температура и влажность воздуха у поверхности Земли;
•  высоты изобарических поверхностей 925, 850, 700, 500 гПа;
•  температура и влажность воздуха на этих поверхностях;
ветер на уровне изобарической поверхности 850 гПа.
Для получения прогностических фронтальных зон исходными данными являются данные численного прогноза, для аналитических («фактических») карт – данные объективного анализа.

Этапы расчета фронтальных зон:
1.  Объективная классификация синоптических ситуаций в поле приземного давления (либо давления на уровне моря) в конкретном квадрате сетки. Определяется принадлежность поля давления к одному из 23 выделенных классов: циклон, имеющий 8 секторов (С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, З, СЗ) и центр;
антициклон, имеющий 8 секторов и центр, а также ложбина, гребень, седловина, параллельные прямолинейные изобары, мало градиентное барическое поле.
2.  Рассчитываются предикторы, характеризующие горизонтальные градиенты эквивалентной температуры в слоях 925-700 и 850-500 гПа, градиент приземной температуры воздуха, лапласианы высот изобарических поверхностей, адвекция температуры на изобарической поверхности 850 гПа и др.
Данные о влажности воздуха привлекаются только для расчета эквивалентной добавки к температуре.
3.  Для каждого класса синоптических ситуаций рассчитывается дискриминантная функция от двух (наиболее информативных для данного класса) предикторов. Эта функция определяет вероятность (%) нахождения фронта в данном квадрате.
4.   К полученной вероятности прибавляется величина, зависящая от градиента эквивалентной температуры в слое 925-700 гПа. В результате находится фронтальный параметр F (безразмерный), изменяющийся в пределах от 0 до >100.

На основе анализа статистических связей между F и полем осадков установлено, что F<20 соответствует внутримассовым условиям, 20≤F<40 – размытым фронтальным зонам или перифериям фронтов, 40≤F<60 – хорошо выраженным фронтальным зонам, F≥60 – резким, интенсивным фронтальным зонам.

Установлено на большом статистическом материале, что чем больше F, тем больше вероятность выпадения осадков всех градаций в данном квадрате сетки. В зонах F≥20 вероятность выпадения осадков >1 мм/12ч превышает 50% во все сезоны года, в зонах F≥60 повышена вероятность выпадения умеренных, сильных и очень сильных осадков.

В настоящее время полностью автоматизированные расчеты фронтальных зон выполняются в рамках оперативной технологии Гидрометцентра России и результаты расчетов в опытном порядке помещаются на сайте (http://hmc.hydromet.ru/sea/sel1_menu.php).

На сайте размещаются прогностические карты, на которых проведены изолинии F и выделены цветом зоны F≥20 (фронтальные зоны). На картах нанесены также изобары прогностического поля давления. Фронтальные зоны имеют вид полос или пятен, расположенных в циклонах, ложбинах, реже в гребнях и на периферии областей высокого давления. Наиболее вероятное положение прогностической линии фронта – в наиболее интенсивно окрашенных частях полос или пятен с наибольшими значениями F.
Успешность прогноза положения фронтальных зон в первую очередь зависит от успешности прогнозов полей давления и температуры воздуха (успешность прогнозов влажности воздуха и ветра играют меньшую роль).

Помещаемые в настоящее время на сайте карты фронтальных зон рассчитаны на основе выходных прогностических данных с заблаговременностью 24 ч по двум моделям:

•  спектральной модели атмосферы T85L31 Гидрометцентра России с горизонтальным разрешением 1,25 градуса широтно-долготной сетки;

Положения фронтальных зон (сетка 1,25x1,25) на 24 час от 00 час 27.07.2006


На карте цветовыми градациями представлены значения фронтального параметра, пропорционального интенсивности фронтов. Расчеты основаны на данных численного прогноза метеорологических полей, выпускаемого в ГУ «Гидрометцентр России» (расчетная сетка 1,25х1,25 градуса).
Изолиниями представлено прогностическое поле атмосферного давления на уровне моря.
Прогнозы фронтальных зон выпускаются в опытном режиме.


•  модели Метеорологической Службы Соединенного Королевства Великобритании (United Kingdom Met Office, Exeter), которые поступают из Эксетера с горизонтальным разрешением 2,5 градуса широтно-долготной сетки.

Прогноз положения фронтальных зон (сетка 2,5x2,5) на 24 час от 00 час 27.07.2006


На карте цветовыми градациями представлены значения фронтального параметра, пропорционального интенсивности фронтов. Расчеты основаны на данных численного прогноза метеорологических полей, выпускаемого метеоцентром Экзетер, Великобритания (расчетная сетка 2,5х2,5 градуса).
Изолиниями представлено прогностическое поле атмосферного давления на уровне моря.
Прогнозы фронтальных зон выпускаются в опытном режиме.



В дальнейшем планируется дополнительно помещать на веб-сайте карты с фронтальными зонами, рассчитанными по выходным прогностическим данным других моделей атмосферы с меньшим горизонтальным разрешением, а также по данным объективного анализа («фактические карты») и, для сравнения, спутниковые фотографии облачности на срок анализа.


Публикации
1.  Шакина Н.П., Скриптунова Е.Н., Калугина Г.Ю., Иванова А.Р., Субъективный и объективный анализы атмосферных фронтов. 1. Объективные характеристики фронтов, проведенных синоптиками. Метеорология и гидрология, 1998, № 7, с.19-30.
2.  Шакина Н.П., Скриптунова А.Р., Иванова А.Р., Калугина Г.Ю., Субъективный и объективный анализы атмосферных фронтов. II. Объективное выделение зон фронтов. Метеорология и гидрология, 1998, №8, с.5-15.
3.   Шакина Н.П., Скриптунова А.Р., Иванова А.Р., Объективный анализ атмосферных фронтов и оценка его эффективности. Метеорология и гидрология, 2000, № 7, с. 5-16.
4.  Шакина Н.П., Скриптунова Е.Н., Иванова А.Р., Расчет динамических факторов генерации осадков по данным объективного анализа. Метеорология и гидрология, 2001, № 5, с.22-34.
5.  Шакина Н. П., Скриптунова Е. Н., Спектры повторяемости осадков на территории европейской части бывшего СССР в зависимости от интенсивности фронтальных зон и конвективной неустойчивости сеточного масштаба. Метеорология и гидрология, 2006, № 4, с. 5-18.


Контакты
Отдел авиационной метеорологии – тел.: 8 (495) 255-51-01
Шакина Наталья Павловна – доктор ф.-м. наук, профессор, зав.отделом, chakina@mecom.ru
Иванова Анна Рудольфовна, ivanova@mecom.ru
Скриптунова Елена Николаевна, skript@mecom.ru


© Методический кабинет Гидрометцентра России