Модель засухи

(инфляционная модель)

Опубликовано 02-06-2011

Ниже описанный механизм, по всей видимости, сыграл ключевую роль в развитии жесточайшей засухи летом 2010 года.

В создании модели были использованы данные полученные на метеорологических станциях НЦ Ка-Дар (Московская область) и АС ТАУ (Северный Кавказ).
Так же, использованы данные полученные на частных метеостанциях Московского региона.

В теплое время года протекают два кардинально важных процесса:

- выпадение атмосферных осадков
- испарение влаги с поверхности земли, водоемов, а также в процессе жизнедеятельности растений.

Таким образом, засуха - это значительное превышение испарения влаги над ее пополнением за счет атмосферных осадков.

Засуху можно представить как циклический процесс, в основе которого лежит уменьшение затрат солнечной энергии на испарение влаги, высвободившаяся таким образом, энергия идет на увеличение температуры воздуха.

Условия благоприятные для развития засухи довольно строгие:
Прежде всего, это заметное нарушение широтной циркуляции на уровне 500 гПа (показатель атмосферной циркуляции ниже нуля). Устойчивое положение антициклона. На изобарической поверхности 500 гПа располагается гребень или ложбина.

Рассмотрим ключевые моменты развития засухи:

Испарение, определятся, прежде всего, температурой воздуха в господствующей воздушной массы, ее влажностью, и в определенной степени скоростью ветра. Чем выше температура воздуха, ниже относительная его влажность, и выше скорость ветра тем больше скорость испарения.

Скорость испарения определена как:

Uмм/сут. =0,4053+0.0044t

Испарение влаги с поверхности земли, ведет к развитию кучевых и кучево-дождевых облаков. Однако облака и локальные осадки с ними связанные отмечаются только при благоприятной к тому синоптической ситуации.

Ключевые характеристики конвективных облаков: количество на небосклоне, ожидаемое количество осадков и суточный ход конвективных явлений определяется высотой нижней границы облаков (НГО).
НГО определяется величиной относительной влажности воздуха (максимальной за сутки)

Высота НГО зависит от приземной влажности воздуха (RH) как:

H_внго = -2157Ln(RH)+9894

Количество конвективной облачности, и ее способность порождать осадки определяется высотой нижней границы облаков (высота, на которой относительная влажность воздуха больше или равна 80%).

Количество облачности в зависимости от высоты НГО определяется выражением:

T_sky=1*10^-15 H_внго⁵ - 1*10^-9 H_внго4 + 1*10^-7 H_внго³ + 2*10^-4 H_внго² - 0,0569 H_внго

Nh = 11 - (Tsky/-5)

При высоте НГО более 1800 метров и относительной влажности менее 45%, происходит нарушение суточного хода облачности и конвективных явлений. Наблюдаются ночные, часто сухи грозы с мощными шквалами, днем же часто совершенно ясно.

Осадки, выпадающие из конвективных облаков, хотя и носят интенсивный характер, но крайне неравномерны по территории среднее их, количество в избранном районе, сравнимо со скоростью испарения.
Как показали наши оценки, в отношении атмосферных осадков (суточное количество), наибольшее их количество выпадает при высоте НГО менее 500 м.
При высоте НГО более 1500 м, количество осадков не превышает 1 - 2 мм в сутки, при НГО более 2000 м осадки вообще маловероятны.
Кроме того, высота НГО определенно влияет на количество осадков связанных с прохождением атмосферных фронтов.

Ожидаемое суточное количество осадков в зависимости от НГО определяется выражением:

RRR = -3.8529Ln(H_внго)+29.087

Температура воздуха, как величина, зависящая от: влажности воздуха, количества облачности, интенсивности атмосферных осадков, в механизме развития засухи занимает зависимое положение. Уменьшение затрат на испарение влаги, приводит к росту температуры воздуха.

Эмпирическая связь, между дефицитом точки росы и максимальной температурой воздуха описывается выражением:

t = -0,0004(t-td)³-0,0081(t-td)²+1,8232(t-td)+0,7618

Испарение истощает запасы влаги в почве, а температура воздуха увеличивает дефицит точки росы.

Изменение дефицита точки росы при изменении температуры воздуха определяется выражением:

d(t-td)=0.7988dt+0.08

Важные следствия модели:

1. При ВНГО более 2000 метров осадки практически не выпадают.

2. При относительной влажности менее 45%, осадки маловероятны.

3. Рост температуры воздуха ведет к росту испарения, увеличению НГО.

4. Температура воздуха растет за счет истощения запасов влаги.

5. Нарушение суточного хода облачности и конвективных явлений наступает при ВНГО более 1800 метров, и относительной влажности воздуха ниже 45%. Нарушение суточного хода облачности выражается в увеличении облачности и сухих грозах в ночные часы.

Назад в раздел