Метод альтернативного прогноза наличия и вида инверсий температуры воздуха (приземной и приподнятой) в пограничном слое атмосферы
с заблаговременностью 12 и 24 часа для зимнего периода


Инверсия температуры воздуха — это результат физического процесса, который характеризуется повышением температуры с высотой вместо обычно наблюдаемого понижения, что приводит к изменениям других важных метеорологических параметров как в самом слое инверсии, так и в прилегающих к нему слоях.

Изучение инверсии в диагностическом аспекте как физического явления представляет определенный интерес для решения ряда научных и практических задач (построение модели пограничного слоя атмосферы, прикладные задачи строительной климатологии, авиационной метеорологии, изучение загрязнения атмосферы и т.д.). Структура пограничного слоя атмосферы существенно влияет на динамику атмосферы в целом: через этот слой осуществляется тепловое и динамическое взаимодействие и обмен влагой между свободной атмосферой и подстилающей поверхностью. Наличие в пограничном слое атмосферы инверсии подавляет турбулентность. Вертикальные движения значительно ослабевают.

Устойчивые слои воздуха препятствуют распространению количества движения, тепла, влаги, и всякого рода примесей по вертикали. Под ними накапливается водяной пар, различные примеси, создаются благоприятные условия для образования тумана, низкой облачности, подынверсионных осадков. Поэтому знание о наличии или отсутствии инверсии является весьма важным и дает возможность судить о вероятности образования тех или иных сопутствующих Явлений (облачности слоистых форм, выпадения подынверсионных осадков, возникновения условий, способствующих загрязнению атмосферы различными примесями и т. д.).

Данный метод прогноза наличия и вида (приземной и приподнятой) инверсий температуры воздуха в пограничном слое атмосферы с заблаговременностью 12 и 24 ч разработан для зимнего периода. Он разработан в 1987 г. на основе методов дискриминантного анализа и пошаговой линейной регрессии.


Исходная информация для составления прогноза
прогностические поля приземного давления, температуры воздуха и дефицита точки росы на основных изобарических поверхностях от поверхности Земли до уровня 850 гПа.


Основы метода
Для прогноза наличия и вида инверсии используются дискриминантные функции:

L1= 0,04K – 0,018 (TH0 – TH9) + 0,037 U0 + 0,001τ – 0,001 D925 – 0,306

L2= – 0,072 U0 – 0,023 (TH0 – TH9) + 0,04 ΔT0 – 0,007 GRAD H850 + 0,001τ + 0,406

В этих уравнениях:

ΔР – лапласиан давления у поверхности Земли
К – коэффициент, учитывающий характер барического поля
( K=10  при ΔР < –5
  К=5    при –5 <= ΔР <= 5
  К=0    при ΔР > 5 )
TH0 – температура у земной поверхности
TH9 – температура на уровне 925 гПа, 5
U0 – скорость ветра у земной поверхности
τ – упорядоченные вертикальные движения на уровне 850 гПа, рассчитанные по методу Дюбюка
D925 – направление ветра на уровне 925 гПа
ΔT0 – лапласиан температуры воздуха у земной поверхности
GRAD H850 – горизонтальный градиент геопотенциала на уровне 850 гПа (дам/км).

Правило принятия решения о наличии и виде инверсии
Если L1 < 0, то инверсия не ожидается,
если L1 >=0, то рассчитывается L2.
Если L2 < 0, то ожидается приподнятая инверсия,
если L2 >=0, то ожидается приземная инверсия.


Сведения о качестве метода
Оперативные испытания проводились в лаборатории испытания и оценки методов прогнозов Гидрометцентра России в холодные периоды 1987 и 1988гг. и показали преимущество методических прогнозов наличия и вида инверсий над инерционными прогнозами инверсий.

Оправдываемость прогнозов наличия инверсии с заблаговременность 12 ч и 24 ч составила соответственно 96% и 92%, при этом общая оправдываемость оказалась весьма не велика (49 и 57%). Тем не менее критерий точности А.М. Обухова, равный 0,27 –0,30, свидетельствует о практической значимости этих прогнозов. Подтверждением тому является преимущество успешности методических прогнозов наличия инверсий над аналогичными инерционными прогнозами на 8 –16%. Методические прогнозы приземных инверсий при заблаговременности 12 ч имели оправдываемость 70%, что на 3 % превышало оправдываемость инерционных прогнозов. Успешность прогнозов приподнятых инверсий при этой заблаговременности находилась на уровне инерционных прогнозов, хотя составляла 92%.

При заблаговременности 24 ч методические прогнозы приземных инверсий имели оправдываемость 82% и превосходили качество инерционных прогнозов на 20%. Методические прогнозы приподнятых инверсий на 24 ч при оправдываемости 77% превысили оправдываемость аналогичных инерционных прогнозов на 5%.


Рекомендации о внедрении метода
Общеинститутский семинар Гидрометцентра России рекомендовал использование данного метода в оперативной практике для прогноза наличия и вида инверсий с заблаговременностью до 24 ч.


Авторы
И.В. Таран, Т.А. Галахова (Гидрометцентр России)


Публикация метода
«Труды Гидрометцентра России», вып. 288, 1987 г., с.55 – 64.
«Информационный сборник № 18», Л. Гидрометеоиздат, 1989 г., с. 19 – 24.


© Методический кабинет Гидрометцентра России