Владимир Чередниченко - Тропопaузa и мaксимaльный ветер нaд территорией Кaзaхстaнa

• Название: Тропопaузa и мaксимaльный ветер нaд территорией Кaзaхстaнa
• Автор: Владимир Чередниченко
• Жанр: Образовательная литература

В пособии рaссмотрено рaспределение основных хaрaктеристик полярной и тропической тропопaузы и рaспределение мaксимaльного ветрa нaд территорией Кaзaхстaнa. Проaнaлизировaнa связь между хaрaктеристикaми тропопaузы и мaксимaльного ветрa. По полученным дaнным о рaспределении хaрaктеристик тропопaузы и мaксимaльного ветрa рaссчитaн пaрaметр турбулентности и сделaны выводы о вероятности и моделях турбулентности нaд Кaзaхстaном по сезонaм годa в слое полярнaя тропопaузa – уровни c мaксимaльной скоростью ветрa. Пособие преднaзнaчено для мaгистрaнтов специaльности «Метеорология», a тaкже может быть полезно всем, интересующимся верхними слоями aтмосферы.

Издается в авторской редакций.

---

Если на уровне тропопаузы наблюдается значительное изменение градиента, а выше тропопаузы на протяжении 3 км нет уровня значительного изменения градиента температуры, выше которого имеется отрицательный средний вертикальный градиент температуры, то тропопауза относится к первому, второму, третьему или четвертому типам тропопаузы в зависимости от значений вертикального градиента температуры в километровом слое выше и ниже уровня тропопаузы.

В этих случаях ниже уровня тропопаузыможет быть уровень значительного изменения среднего градиента температуры больше 3 °C/км, который для определения типа тропопаузы во внимание не принимается.

Рис. 3. Нулевой тип тропопаузы

Первый и третий типы тропопаузы характеризуются обязательным наличием инверсии выше уровня тропопаузы и отрицательным значением среднего вертикального градиента температуры в первом километровом слое выше тропопаузы при значительном изменении среднего вертикального градиента температуры на уровне тропопаузы. При этом нижняя граница инверсии совпадает с уровнем тропопаузы или располагается выше него в пределах первого километрового слоя.

Если в слое толщиной 1 км ниже уровня тропопаузы средний вертикальный градиент температуры равен или больше 5 °C/км, то такая тропопауза относится к первому типу.

При наличии в слое толщиной 1 км ниже уровня тропопаузы среднего вертикального градиента температуры менее 5 °C/км тропопауза относится к третьему типу. Таким образом, 1-й тип от 3-го отличается только величиной градиента в слое 1 км ниже тропопаузы.

Пример тропопаузы первого типа приведен на рис. 4, на котором вычисленные значения градиента температуры показали, что на уровне тропопаузы имеется значительное изменение градиента температуры (градиент изменился на 8,5 °C/км). Ниже тропопаузы градиент равен 5 °C/км,а выше тропопаузы имеется инверсия с градиентом –3,5 °C/км. Руководствуясь этими признаками, тропопаузу следует отнести к первому типу. На рис. 5 приведен пример определения третьего типа тропопаузы для случая, когда нижняя граница инверсии не совпадает с уровнем тропопаузы.

Второй и четвертый типы тропопаузы характеризуюся нулевыми или незначительными положительными значениями (от нуля до 2 °C/км включительно) среднего вертикального градиента температуры в первом километровом слое выше уровня тропопаузы при значительном изменении градиента температуры на уровне тропопаузы.

При этом нижняя граница изотермии или слоя с незначительными положительными градиентами температуры совпадает с уровнем тропопаузы или располагается выше него в пределах первого километрового слоя.Если в слое толщиной 1 км ниже уровня тропопаузы средний градиент температуры равен или больше 5 °C/км, то тропопауза относится ко второму типу.

При наличии в слое толщиной 1 км ниже уровня тропопаузы среднего вертикального градиента температуры менее 5 °C/км тропопауза относится к четвертому типу. На рис. 6 приведен второй тип тропопаузы, где на уровне тропопаузы (точка А) имеется значительное изменение градиента температуры, равное 6 °C/км, ниже тропопаузы градиент больше 5 °C/км и равен 6 °C/км, а выше тропопаузы наблюдается изотермия. Таким образом, 2-й тип от 4-го отличается только величиной градиента в слое 1 км ниже тропопаузы.

Рис. 4. Первый тип тропопаузы

Рис. 5. Третий тип тропопаузы

Рис. 6. Второй тип тропоппаузы

Если на уровне тропопаузы не наблюдается значительного изменения среднего вертикального градиента температуры, то в этом случае тропопауза кодируется пятым, шестым или седьмым типом в зависимости от наличия уровня значительного изменения среднего вертикального градиента температуры выше или ниже уровня тропопаузы.

Пятый тип тропопаузы. Если на уровне тропопаузы изменение среднего вертикального градиента температуры незначительное, т.е. равно или меньше 3 °C/км, а выше уровня тропопаузы (на расстоянии не более 3 км) наблюдается уровень значительного изменения среднего градиента температуры, то тропопауза относится к пятому типу. На рис. 7 приведен пятый тип тропопаузы, так как на уровне тропопаузы изменение среднего градиента незначительно и равно 1,8 °C/км,а выше тропопаузы имеется уровень со значительным изменением среднего градиента температуры (точка Б) и равным 8,6 °C/км.

Рис. 7. Пятый тип тропопаузы

Шестой тип тропопаузы. Если на уровне тропопаузы изменение среднего вертикального градиента температуры незначительно (равно или меньше 3 °C/км), а уровень значительного изменения среднего градиента температуры расположен ниже тропопаузы, но не ниже 2 км от уровня тропопаузы, то тропопауза относится к шестому типу.

На рис. 8 приведен шестой тип тропопаузы, где на уровне тропопаузы изменение среднего градиента температуры незначительно и равно 1,5 °C/км, а ниже тропопаузы имеется уровень со значительным изменением среднего градиента температуры, равным 4,9 °C/км.

Когда на уровне тропопаузы значительного изменения среднего градиента температуры нет, но одновременно наблюдаются оба уровня значительного изменения градиента температуры и выше (до 3 км включительно) и ниже (до 2 км включительно) уровня тропопаузы, то:

– тропопауза относится к пятому типу, если величина изменения среднего градиента температуры больше на уровне Б выше тропопаузы;

– тропопауза относится к шестому типу, если величина изменения среднего градиента температуры больше на уровне В ниже тропопаузы;

– тропопауза относится к шестому типу, если величина изменения среднего градиента температуры будет одинаковой на обоих уровнях выше и ниже уровня тропопаузы.

Седьмой тип тропопаузы. Если на уровне тропопаузы изменение среднего градиента температуры равно или меньше 3°/км, а ни выше, ни ниже тропопаузы нет уровня значительного изменения среднего градиента, то тропопауза относится к седьмому типу.

Пример седьмого типа тропопаузы дан на рис. 9, из которого видно, что ни на уровне тропопаузы и вблизи него нет значительного изменения среднего градиента температуры.

Рис. 8. Шестой тип тропопаузы

Рис 9. Седьмой тип тропопаузы

Восьмым типом кодируется тропопауза в случае, если разность высот между взятым уровнем тропопаузы и конечной высотой зондирования, принятой при обработке, менее 2 км, так как в этом случае уровень и тип тропопаузы достоверно определить нельзя.

Девятым типом кодируется тропопауза в случае, если она не подходит ни к одному из перечисленных типов, что маловероятно.

Тропопауза, соответствующая седьмому типу, часто встречается в полярных широтах во время полярной ночи, когда в стратосфере отсутствует источник тепла в виде слоя активных фотохимических реакций (слой ФАР) из-за отсутствия поступления солнечной энергии.

Вопрос точности измерений, применяемыми в настоящее время радиозондами метеорологических элементов на высотах, близкихк тропопаузе, в данной работе специально не исследовался. Но по данным [14,25,53,54] точность измерения не ниже: высоты 30-40 м, давления – 2 мб, температуры 0,5 °C, скорости ветра 2 м, относительной влажности 5 %.

§ 5. О полетах вблизи тропопаузы

Современные турбовинтовые итурбореактивные самолеты летают на высоте поверхностей 300-200 мб, т.е. внепосредственной близости от слоя тропопаузы.

Сверхзвуковые самолеты летают на высотах, близких к поверхности 100 мб, т. е. выше тропопаузы. Однако для обеспечения полетов исверхзвуковых самолетов сведения о распределении метеорологических элементов вслое тропопаузы тоже очень важны, т.к. при наборе высоты иснижении им приходится преодолевать слой тропопаузы. Кроме того, переход к сверхзвуковой скорости наиболее целесообразно осуществлять на уровне тропопаузы, потому что здесь, как правило, отмечаются самые низкие температуры и К.П.Д. двигателей максимальный [3, 20].

Кроме того, возникающие при переходе на сверхзвуковую скорость звуковые волны имеют вэтом случае максимальное затухание, что существенно ослабляет звуковой удар у поверхности земли.

Важность сведений о распределении метеорологических элементов в слое тропопаузы объясняется их предельными значениями и большой пространственно-временной изменчивостью. Так, по данным [30] изменения высоты тропопаузы превосходят изменения высот изобарических поверхностей, а изменения температуры достигают по величине максимальной изменчивости температуры изобарических поверхностей.