Моделирование процессов устойчивого гребневого блокирования атмосферного влагооборота над Атлантико – Европейским сектором в современных циркуляционных условиях
Розглядаються умови переходу стаціонарних хвиль Росбі у солітон Росбі. Результати проведених чисельних експериментів дозволяють визначити географічну локалізацію районів з аномальним атмосферним вологооборотом, що притаманний процесу стійкого блокування зонального перенесення....
Gespeichert in:
| Datum: | 2004 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Кримський науковий центр НАН України і МОН України
2004
|
| Schriftenreihe: | Культура народов Причерноморья |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/36280 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Моделирование процессов устойчивого гребневого блокирования атмосферного влагооборота над Атлантико – Европейским сектором в современных циркуляционных условиях / Г.П. Ивус, О.Н. Грушевский // Культура народов Причерноморья. — 2004. — № 56, Т. 2. — С. 12-15. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-36280 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-362802012-07-18T12:11:27Z Моделирование процессов устойчивого гребневого блокирования атмосферного влагооборота над Атлантико – Европейским сектором в современных циркуляционных условиях Ивус, Г.П. Грушевский, О.Н. Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ Розглядаються умови переходу стаціонарних хвиль Росбі у солітон Росбі. Результати проведених чисельних експериментів дозволяють визначити географічну локалізацію районів з аномальним атмосферним вологооборотом, що притаманний процесу стійкого блокування зонального перенесення. Рассматриваются условия перехода стационарных волн Росби в солитон Росби. Результаты проведенных численных экспериментов позволяют определить географическую локализацию районов с аномальным атмосферным влагооборотом, который характерен для процесса устойчивого блокирования зонального переноса. The transition conditions of the stationary Rosby waves into Rosby soliton are examined. The results of carried out numeral experiments allow to define geographical localization of regions with anomalous atmospheric moisture circulation, which is typical for the stable blocking process of zonal transfer. 2004 Article Моделирование процессов устойчивого гребневого блокирования атмосферного влагооборота над Атлантико – Европейским сектором в современных циркуляционных условиях / Г.П. Ивус, О.Н. Грушевский // Культура народов Причерноморья. — 2004. — № 56, Т. 2. — С. 12-15. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1562-0808 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/36280 ru Культура народов Причерноморья Кримський науковий центр НАН України і МОН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ |
| spellingShingle |
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ Ивус, Г.П. Грушевский, О.Н. Моделирование процессов устойчивого гребневого блокирования атмосферного влагооборота над Атлантико – Европейским сектором в современных циркуляционных условиях Культура народов Причерноморья |
| description |
Розглядаються умови переходу стаціонарних хвиль Росбі у солітон Росбі. Результати проведених чисельних експериментів дозволяють визначити географічну локалізацію районів з аномальним атмосферним вологооборотом, що притаманний процесу стійкого блокування зонального перенесення. |
| format |
Article |
| author |
Ивус, Г.П. Грушевский, О.Н. |
| author_facet |
Ивус, Г.П. Грушевский, О.Н. |
| author_sort |
Ивус, Г.П. |
| title |
Моделирование процессов устойчивого гребневого блокирования атмосферного влагооборота над Атлантико – Европейским сектором в современных циркуляционных условиях |
| title_short |
Моделирование процессов устойчивого гребневого блокирования атмосферного влагооборота над Атлантико – Европейским сектором в современных циркуляционных условиях |
| title_full |
Моделирование процессов устойчивого гребневого блокирования атмосферного влагооборота над Атлантико – Европейским сектором в современных циркуляционных условиях |
| title_fullStr |
Моделирование процессов устойчивого гребневого блокирования атмосферного влагооборота над Атлантико – Европейским сектором в современных циркуляционных условиях |
| title_full_unstemmed |
Моделирование процессов устойчивого гребневого блокирования атмосферного влагооборота над Атлантико – Европейским сектором в современных циркуляционных условиях |
| title_sort |
моделирование процессов устойчивого гребневого блокирования атмосферного влагооборота над атлантико – европейским сектором в современных циркуляционных условиях |
| publisher |
Кримський науковий центр НАН України і МОН України |
| publishDate |
2004 |
| topic_facet |
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/36280 |
| citation_txt |
Моделирование процессов устойчивого гребневого блокирования атмосферного влагооборота над Атлантико – Европейским сектором в современных циркуляционных условиях / Г.П. Ивус, О.Н. Грушевский // Культура народов Причерноморья. — 2004. — № 56, Т. 2. — С. 12-15. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Культура народов Причерноморья |
| work_keys_str_mv |
AT ivusgp modelirovanieprocessovustojčivogogrebnevogoblokirovaniâatmosfernogovlagooborotanadatlantikoevropejskimsektoromvsovremennyhcirkulâcionnyhusloviâh AT gruševskijon modelirovanieprocessovustojčivogogrebnevogoblokirovaniâatmosfernogovlagooborotanadatlantikoevropejskimsektoromvsovremennyhcirkulâcionnyhusloviâh |
| first_indexed |
2025-07-03T17:52:09Z |
| last_indexed |
2025-07-03T17:52:09Z |
| _version_ |
1836649158339985408 |
| fulltext |
Ивус Г.П., Грушевский О.Н.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УСТОЙЧИВОГО ГРЕБНЕВОГО БЛОКИРОВАНИЯ АТМОСФЕРНОГО
ВЛАГООБОРОТА НАД АТЛАНТИКО – ЕВРОПЕЙСКИМ СЕКТОРОМ В СОВРЕМЕННЫХ
ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ
12
Ивус Г.П., Грушевский О.Н.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УСТОЙЧИВОГО ГРЕБНЕВОГО БЛОКИРОВАНИЯ
АТМОСФЕРНОГО ВЛАГООБОРОТА НАД АТЛАНТИКО – ЕВРОПЕЙСКИМ
СЕКТОРОМ В СОВРЕМЕННЫХ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ
Введение и постановка задачи.
Известно, что в течение прошлого века наблюдались различные периоды в ходе глобальной темпера-
туры, но общий тренд говорит об устойчивой тенденции к ее повышению [5]. Изменения в поле темпера-
туры влекут за собой изменения в характере атмосферной циркуляции, которая является определяющим
фактором в формировании целого ряда метеорологических элементов.
Исследование таких изменений, в первую очередь, подразумевает определение отклонений в положе-
нии и интенсивности основных центров действия атмосферы над конкретным регионом.
В Атлантико-Европейском секторе такими центрами, как известно, являются Исландский минимум,
Азорский и Сибирский максимумы, на исследование которых и направлено основное внимание.
На сегодня общепринятый подход [6,7] к этому вопросу состоит в том, что выделены две (положи-
тельная и отрицательная) фазы Северо-Атлантического колебания (NAO), которые и определяют особен-
ности атмосферной циркуляции. Так, положительная фаза NAO способствует усилению зональной со-
ставляющей переноса, а отрицательная, соответственно, ее ослаблению, что, в свою очередь, задает ори-
ентацию траекторий движения барических образований. Кроме того, проводится сравнение интенсивно-
сти Азорского и Сибирского максимумов [2, 5], позволяющее сделать выводы о тенденциях к континента-
лизации или деконтинентализации климата.
Состояние климатической эпохи во многом определяется активностью процессов антициклогенеза
[4], которые создают существенные изменения в системе зонального переноса и формируют комплекс по-
годных условий над большими территориями, одной из важнейших составляющих которого является ат-
мосферный влагооборот.
Поэтому целью статьи является численное моделирование особенностей распределения атмосферно-
го влагооборота в условиях устойчивого гребневого блокирования зонального переноса в Атлантико-
Европейском секторе.
Основные материалы исследования.
Теория образования гребневых структур в барическом поле опирается на волновую концепцию Гаур-
вица-Росби [1], согласно которой волна Росби может стационировать, если ее меридиональная амплитуда
достигает достаточно большой величины.
Применим, согласно [1], сравнительный анализ параметризации стационарной волны по формуле Га-
урвица-Блиновой:
( ) ( )
+
+
−−Ρ=Φ′
1
2expcos
nn
imtimC m
n
m
n
ωααϕθ . (1)
где ( )θCosP m
n - присоединенный полином Лежандра, определяющий меридиональный профиль вол-
ны; ϕθ , - дополнение широты и долготный угол; α - угловая скорость зонального переноса;ω - угло-
вая скорость вращения Земли; mn , - зональная и меридиональная проекции волнового вектора. То-
гда условие стационарности определено как: ( )1
2
+
+
=
nn
ωαα или ( )
α
ωα +
=+ 21nn .
Далее, получаем возможность сравнить параметризацию волны Гаурвица-Блиновой с параметризаци-
ей волны солитона Росби, которая представляется в форме:
∑ ∑ ∑
= = ≤≤
+
+=
1,0 1 1
;
2
exp
µ
µµπηµψ
N
j
N
ji
ijjiiin Ai (2)
где
( ) ;1;0
i
iiiii k
txk =+−= ωηωη ( )
( )
.2
21
2
21
kk
kke ijA
+
−
−=
iµ - весовые моды в решении (2), Аij – энергетические спектральные моды;
Сравнительный спектральный анализ формул (1) и (2) позволяет выявить географическую локализа-
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
13
цию энергетических вкладов необходимых для перестройки стационарной волны Гаурвица-Блиновой в
волновой процесс по типу солитона Росби. Стационароная волна Гаурвица-Блиновой, в отличии от соли-
тона Росби, неустойчива по её положению в географическом пространстве и может смещаться в зональ-
ном направлении как на запад, так и на восток. Солитон Росби обычно стационирует в географическом
пространстве и является блоком для процессов западного переноса барических образований в виде цикло-
нов, ложбин и разделяющих их гребней. Поэтому пространственный влагоборот, на основе блокирован-
ных влагонесущих барических образований, тоже стационирует в географическом пространстве и изменя-
ет структуру процесса осадкообразования над конкретной территорией.
Кумулятивное пространственное проникновение гребневых структур в фон текущего синоптического
процесса или в структурную схему волн Росби-Блиновой [15] возможно и на основе длительного накоп-
ления влаги на больших территориях. Такое явление характерно для типовой формы западной циркуля-
ции, обычной для современной климатической эпохи. При достижении порогового градиента в поле плот-
ности, происходит резкий прорыв компенсирующей массы воздуха в район с избыточным увлажнением,
устраняющий увеличенные градиенты в поле плотности. Проникновение гребневых структур при этом
происходит на коротких временных интервалах и может привести к стационированию текущей волны Га-
урвица-Росби и далее к существенной перестройке энергетического баланса, вызывающей погодные ано-
малии.
Стационировавшая волна Росби в фазе депрессии имеет вид почти круглой формы, а в фазе гребнево-
го отрога имеет размер подошвы почти равный его меридиональной амплитуде. Основным же показате-
лем именно волны Росби будет наличие блокированного циклона правильной геометрической формы.
Циклоны обычной циклонической серии смещаются к востоку, но размер гребня может и не создать про-
цесс блокирования циклонической траектории. При незначительном уменьшении длины волны Росби
размер соседнего гребня уже будет достаточно большим, и циклоны будут вынуждены обходить его. По-
лучается, что волна Росби фактически смещается к северу в своей циклонической фазе, тогда как ее оста-
точная гребневая фаза остается в прежнем широтном поясе. В смещенном поясе самой циклонической се-
рии возникают мелкие гребневые перемычки, поэтому наблюдается эффект образования новой волны
Росби, который требует передачи в ее сторону энергоемкости прежней волны, что, однако, возможно
только нелинейным процессом. Поэтому перестройка волнового процесса описанным образом возможна
только при включении нелинейных механизмов энергообмена.
Стационарная волна Росби может поддержать свое стационирование, превращаясь в уединенную вол-
ну так называемого солитона Росби. Причем этот процесс возможен, в основном, в стадии ее гребневой
фазы. В фазе циклона длительное стационирование волны Росби нарушается процессом фронтогенеза при
окклюдировании циклона. Сам фронтальный раздел тоже имеет вид уединенной волны, энергетика кото-
рой поддерживается скрытой энергией фазовых переходов влагосодержания фронтальной облачности.
Следовательно, структура солитонных образований вводится формулами фронта:
;111
2 1 000
+−
+
−−
+
−
==− ∑
∞
=k
yx klzzklzzzzi
Г
dz
dfivv
π (3)
или в виде вихревых барических образований:
( )∑
=
−−=
n
k
kk azГiw
1
.ln
2π
Здесь Г- циркуляция вокруг диполя; l- расстояние между конвективными облаками; αk – комплексная
координата точки завихренности; z – комплексное число;z0 – координата центра линии конвективных воз-
мущений;
Эти формулы задают аналитические решения в поле комплексного потенциала скорости. И, если они
могут описать солитон, должны также удовлетворять одному из уравнений волны типа солитон. Напри-
мер, уравнению Картвега де Фриза:
;6 3
3
o
zzt
=
∂
∂
+
∂
∂
−
∂
∂ ψψψψ
(4)
где ψ – функция тока;
Следовательно, для установления солитонной структуры фронтов, необходим режим отсутствия их
энергообмена с окружающим пространством. Однако, главная роль фронтов и состоит именно в привле-
чении энергозапаса из окружающего пространства для регенерации циклогенеза. Если же фронт поставля-
ет только влагозапас, то последующая активация в нем скрытой энергии и будет внутренней энергопод-
питкой фронтальной волны солитонного типа. Такая внутренняя энергоподпитка входит в энергетически
независимую структуру фронтального солитона, которая вместе с энергетической солитонной структурой
блокирующего гребня и составит энергоцикл блокирования. Значит, для того, чтобы отличить прогрес-
сивную волну Росби-Гаурвица-Блиновой от солитона Росби, необходим совместный анализ фронтального
раздела и гребневой структуры.
С целью проведения такого анализа, рассмотрим случай блокирования антициклоном зональной тра-
ектории движения циклона, наблюдавшийся 11.08.2002г. над территорией Западной Европы. Тогда ано-
Ивус Г.П., Грушевский О.Н.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УСТОЙЧИВОГО ГРЕБНЕВОГО БЛОКИРОВАНИЯ АТМОСФЕРНОГО
ВЛАГООБОРОТА НАД АТЛАНТИКО – ЕВРОПЕЙСКИМ СЕКТОРОМ В СОВРЕМЕННЫХ
ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ
14
мальные погодные условия, выражавшиеся в количестве осадков, значительно превышавших средние
нормы, привели к катастрофическим наводнениям на территориях Германии, Австрии и Чехии.
Для численного моделирования атмосферного влагооборота применим методы, описанные в [3]. На
рис.1 представлен вид функции тока для синоптической ситуации 11.08.2002г., с учетом коррекции вих-
ревого баланса ситуации.
10° з.д. 75° с.ш. 45° в.д.
40° c.ш.
Рис.1- Функция тока синоптической ситуации 11.08.2002г. после коррекции вихревого баланса.
На рис.2 представлена функция тока процессов, препятствующих образованию солитона. Видно, что
она расположена в районе фронтальных разделов, где присутствует волновой процесс, недостающий для
вхождения фронтальных разделов в солитон Росби.
Рис.2 - Функция тока отклонений от структуры солитона Росби для ситуации, приведенной на
рис.1 (ориентация и координатная сетка совпадают с рис.1).
Можно отметить и то, что этот недостающий волновой процесс должен обеспечить баланс перемеще-
ния воздушных масс вдоль фронтального раздела для устранения массообмена солитона с окружающим
пространством. Энергоподпитка солитона за счет влагопереноса и последующей реализации скрытой
энергии требует участия фронтов во влагопереносе, поэтому фронтальные разделы все же являются внеш-
ним источником энергии в солитоне, а волновой процесс на них носит эпизодический характер и только в
периоды своей активности входит в систему солитона.
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
15
Рис.3 - Функция распределения облачности для 11.08.2002г. (ориентация и координатная сетка совпа-
дают с рис.1).
Естественно, что функция распределения облачности по скоростям вовлечения (рис.3) позволяет по-
лучить информацию о локализации процессов конденсации с выделением скрытой теплоты, которые осу-
ществляют энергетическую поддержку солитона, как отдельной волновой структуры.
Стационирование этой структуры в географическом пространстве как раз и определяется местом реа-
лизации скрытой энергии.
Выводы
Результаты численных экспериментов показывают, что для образования волны солитонного типа не-
обходима парная волновая структура на базе волн Росби. Трансформация волны Росби в солитон Росби
происходит при наличии в процессе двух равноценных, но противоположных по вращению, вихревых об-
разований. При этом, одному вихревому образованию, например, антициклонического вращения, могут
противостоять несколько циклонических вихрей, но в своей сумме равных основному антициклоническо-
му вихрю. Диагноз таких процессов позволит существенно дополнить прогноз синоптических ситуаций
блокирования зонального переноса в плане локализации районов с аномальными поступлениями влаги.
Источники и литература
1. Блинова Е.Н. Гидродинамическая теория волн давления, температурных волн и центров действия ат-
мосферы. // Доклад АН СССР. – 1943. – Т.39. – №7. – С.284–287.
2. Гирс А.А. Многолетние колебания атмосферной циркуляции и долгосрочные гидрометеорологиче-
ские прогнозы. // Л.: Гидрометеоиздат. – 1971. – 280с.
3. Ефимов В.А., Ивус Г.П., Грушевский О.Н. Учет влагооборота в моделях климата Адема и Блиновой
Е.Н. // Культура народов Причерноморья. – 2004. – №51. – С.13-19.
4. Ефимов В.А., Ивус Г.П. О физике антициклогенеза современной климатической эпохи // Труды Укр-
НИГМИ. – 2002. – Вып.250. – С.78–91.
5. Мартазинова В.Ф., Свердлик Т.А. Изменения крупномасштабной атмосферной циркуляции воздуха
на протяжении ХХ века и ее влияние на погодные условия и региональную циркуляцию воздуха в Ук-
раине // Украинский географический журнал. – 2001. – №2. – С.28–34.
6. Bodri L., Cermak V. High frequency variability in recent climate and the North Atlantic Oscillation // Theo-
retical and applied climatology. – 2003. – V.74. – P. 33–40.
7. Hurrel J.W., Kushnir Y., Visbeck M., Ottersen G. An Overview of the North Atlantic Oscillation. The North
Atlantic Oscillation: Climate Significance and Environmental Impact // American Geophysical Union Mono-
graph. – 2003. – V.134. – P. 1–35.
Мамницький В.I., Черваньов I.Г.
УТОЧНЕННЯ АНАЛІЗУ ОПТИЧНОГО ОБРАЗУ ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНІ ЧЕРЕЗ
УРАХУВАННЯ НЕОРТОТРОПНОСТІ ВІДБИТТЯ
Вступ. Дистанцiйне оптичне зондування, яке тепер широко здiйснюється з аерокосмічних носiїв пере-
важно у цифровому вигляді, є одним з найважливiших засобів дослiдження земної поверхні. За його до-
помогою вирiшуються рiзноманiтнi завдання в iнтересах цiлого комплексу землезнавських дисциплiн:
географії, геології, гідрології, а також сільського, лiсового господарства й військової справи. Важливе
значення має його використання для монiторингу природних ресурсiв та охорони природи.
В Україні дослідження такого спрямування мають певну історію і суттєвий доробок. В роботi [1]
представлено огляд стану i перспектив космiчних дослiджень Землi в нашiй країнi. Окремою гілкою таких
досліджень є вивчення можливостей відтворення рельєфу за його оптичним образом, а також побудови
оптичного образу за цифровою моделлю рельєфу (зворотна задача щодо прямої – першої з названих).
Авторами цієї статті понад 20 років тому було запроваджене поняття оптичного образу рельєфу як ві-
|