ФОРМИРОВАНИЕ АНОМАЛИЙ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ ВЕСЕННЕГО СЕЗОНА НАД ВОСТОЧНОЙ ЕВРОПОЙ

Краткое содержание

У вступі обґрунтовуються актуальність, наукова і практична значимість роботи, формулюються мета і задачі дослідження, викладаються основні положення і наукові результати, що виносяться на захист.

У першому розділі викладені основні положення сучасних уявлень про кліматичні особливості перехідних сезонів в Україні. Представлено типові синоптичні ситуації різних за характером погодних режимів весняних сезонів. Показано методику математичного моделювання інтенсивності посухи.

Проблемі блокування, тісно пов'язаній з формуванням аномалій погодних умов, приділялося багато уваги. Вченими Нікітіним А.Є., Єфімовим В.А., Капітановою Т.П., Ківгановим А.Ф. та інш.  проведений синоптичний аналіз таких атмосферних процесів; виконана спроба фізичного осмислення хвильової механіки атмосферних рухів. Усі ці процеси ведуть звичайно до тривалого перехідного сезону з частими поверненнями холодів.

Блокуючі процеси полягають у тому, що антициклони або гребені, перетворюючись у високі баричні утворення, стають малорухомими, а західний потік здобуває меридіональну складову. Цей процес розвивається в результаті виникнення інтенсивного східного потоку по південній периферії витягнутої в широтному напрямку смуги високого тиску. З південного-сходу і півдня континентальне полярне, а нерідко і тропічне повітря в системі гребенів виноситься на північ. При сильному східному потоці переміщення гребенів відбувається в західному напрямку і перешкоджає рухові повітряних мас і баричних утворень у зворотному напрямку. Гребеневі системи у меридіональному потоці на східній периферії створюють адвекцію холодних повітряних мас на територію України. Таку ж адвекцію обумовлюють тилові частини великих циклонів, блокованих зі сходу.

На матеріалах за весняні періоди з 1994 по 2004 рр. включно (приземні синоптичні карти погоди, карти баричної топографії: АТ - 850, АТ – 500, ВТ – 500 / 1000, карти розподілу опадів та явищ погоди, супутникова інформація) виконана типізація синоптичних ситуацій, характерних для різних видів перехідних весняних періодів. Проведено розрахунок функції току зазначених процесів у геострофічному наближенні. Виділено три основні типи синоптичних процесів у перехідних сезонах.

  Перший тип відповідає циклонічному вторгненню при слабкому блокуванні зі сходу гребеневим відрогом, який проходить через східну частину Північного Кавказу і Прикаспійську низовину. Полярний фронт при цьому має подвійну структуру і проходить північною гілкою через територію України, а південною - через Середземномор'я аж до блокуючої гребеневої структури. Зазначена структура відхиляє траєкторії циклонів до півночі у бік  Середнього Уралу і Західного Сибіру. Арктичний фронт розташовується по 60º півн.ш. Дана ситуація може існувати тривалий час, вносячи із собою комплекс нестійких погодних умов з можливими поверненнями холодів, що відбуваються при вторгненні в зону циклонічних траєкторій гребеневих відрогів від Арктичного і Сибірського антициклонів. Траєкторії циклонічної серії в цій ситуації майже зональні.

Другий типовий процес виникає при блокуванні циклонічної серії гребенем Сибірського антициклону. Ця ситуація часто повторюється ранньою весною, коли вторгнення холодних повітряних мас від Сибірського антициклону може надовго затримати встановлення теплого періоду. Для такого процесу необхідна попередня наявність тривалого існування циклонічної серії, що проходить через територію України. Звичайно циклонічна серія несе із собою вологі повітряні маси, які досить тривалий час знаходяться над зазначеною територією. Волога повітряна маса з малою густиною створює умови, що сприяють поширенню на територію України вихолодженого відносно більш густого сухого повітря, сформованого Сибірським антициклоном. Ці густі повітряні маси стаціонують досить тривалий час і сприяють установленню холодних періодів над усією територією півдня Східної Європи. Арктичний фронт у цій ситуації над Східною Європою зміщується на північ, а в Атлантико-Європейському секторі на південь. Полярний фронт північною гілкою також проходить через територію України, але його південна середземноморська гілка звичайно прориває південне блокування над акваторією Чорного моря, створюючи можливість циклонічним траєкторіям здобути південну складову. Циклонічні траєкторії в даному типовому процесі можуть мати як північний, так і південний напрям.

Третій тип відповідає гребеневому вторгненню від Арктичного антициклону, яке звичайно відбувається уздовж акваторії Норвезького моря, при збереженні відрогу Сибірського антициклону, і визначає вихід на територію України південних циклонів. Циклонічна серія активно поширюється до Уралу з виходом на Західний Сибір, а також прориває, або взагалі руйнує, відріг із субтропічного поясу, який йде через акваторію Каспійського моря. Гребеневе Атлантико-Скандинавське вторгнення обумовлюється наявністю вологого повітря, створеного циклонічними серіями, що проходять через південні території Західної Європи. Циклонічні траєкторії в цьому випадку звичайно пролягають через Біскайську затоку і переносять теплі сильно зволожені повітряні маси. Цей циркуляційний механізм зустрічається рідше перших двох і відповідає стійкому типові тривалої холодної весни.

Особливими різновидами всіх трьох перерахованих процесів є комбіновані ситуації з більш інтенсивним розвитком однієї з трьох гребеневих структур (табл.1). Наприклад, відріг Сибірського антициклону може мати велику просторову довжину і досягати територій Західної Європи, або відроги Арктичного антициклону можуть поєднуватися з відрогами Сибірського антициклону і виходити на райони Середземномор'я аж до Іранського нагір'я.

Таблиця 1

Повторюваність (%) типових процесів за весняні сезони 1994 - 2004 рр.

Тип	1 тип	2 тип	3 тип	комбіновані ситуації	всього
Р, %	42	25	19	14	100
Кількість випадків	24	14	11	8	57

Можливість виходу гребеневих відрогів на території, раніше від них вільні, визначається компенсаційними течіями, що вирівнюють градієнти в полі щільності. В холодних повітряних масах гребеневих відрогів Сибірського або Арктичного антициклонів густина сухого повітря істотно більше густини вологого повітря, що супроводжує циклони.

При встановленні раннього теплого весняного сезону на Україні  сніговий покрив швидко тане і переходить у гідрологічний стік. Тоді при сильному радіаційному прогріві, у випадку тривалого існування антициклонічного типу погоди над територією України,  запаси вологи в ґрунті швидко виснажуються, що призводить до посухи на ґрунті. У весняний період підстильна поверхня при відсутності трав'яного покриву інтенсивно випаровує вологу при радіаційному нагріванні. Тому посухи в літню пору при наявності добре сформованого вологого рослинного покриву навіть при більш сильному радіаційному впливі на підстильну поверхню менш інтенсивні, ніж у весняний період.

  Результати моделювання ситуацій при наявності суховійно-посушливих явищ у досліджуваний період дозволяють виділити типову картину розподілу стадій розвитку посухи на території України. На рис. 1 приведено поле функції току над територією України в межах району, позначеного координатами. Площа, охоплена розрахунком, близько        10000 км², випаровування із ґрунтового шару склало 10 мм/добу. Додатні значення функції току, позначені знаком " + ", знаходяться ліворуч від напрямку потоку, від’ємні значення функції току, позначені знаком " - ", знаходяться праворуч від напрямку потоку. У випадку посиленого випаровування у центрі області виділяється конвекція по Релею - Бенару у виді закритого осередку - рис.1 (а). Виникнення осередків Релея - Бенара над територією України, яке відмічається на супутникових фотознімках хмарності у весняний період в умовах різкого потепління, служить показником до можливого встановлення весняної посухи на ґрунті. Якщо процес конвекції по Релею - Бенару починає слабшати в гребеневих структурах, то це може означати, що підтримуючий його ґрунтовий вологозапас вичерпується. Природно, що проходження фронту через територію, яке супроводжується опадами, цілком усуває небезпеку весняної посухи на ґрунті, оскільки опади відновлюють ґрунтовий вологозапас. На рис.1 (б) - інтенсивність випаровування з ґрунтового шару зменшилась в 3 рази і складає 3 мм/добу. Як видно, це призводить до перекрученої картини конвекції по Релею - Бенару. Рис.1 (в) демонструє подальший розвиток посухи, коли випаровування із ґрунтового шару практично відсутнє, але  слабкі сліди конвекції по Релею - Бенару ще помітні в центрі позначеної області, випаровування з ґрунту складає                   0,1 мм/добу. Зберігається випаровування у нижньому шарі атмосфери. Його виникнення обумовлене запасами вологи, що присутні у шарі атмосфери від 100 м над поверхнею землі до рівня максимального залучення - 2,5 км. На рис.1 (г) представлене чисельне моделювання стадії посухи, коли випаровування відсутнє на всіх рівнях.