Град — от неизвестных фактов до прогнозирования
До последнего времени град представлял одну из важнейших проблем для населения и властей. Выпадение града в Бухаресте привело и не только к остановке уличного движения, но и к уничтожению посевов и наводнениям. Многим из нас, наверное, будет интересно узнать, как образуется это природное явление и какая техника прогнозирования, лежащая в основе метеорологического предупреждения града. На примере падения града от 4 мая 2014 года (фото 1) мы постараемся кратко объяснить его генезис.
Многие исследователи, изучая град с генетической точки зрения (Райнхарт, 2004; Mallafre, 2008; Betchart и др. в 2012), доказали что конвективные частицы- источник возникновения града - реагируют на повторяющиеся показатели радара и, как правило, за ними легко наблюдать, следуя за реализацией алгоритмов.
В зависимости от радиолокационного сигнала, излучаемого облачными частицами льда, было создано несколько классификаций града, самая полная и правильная приводится большинством авторов и объединяет следующие группы конвективных частиц: простые частицы, множественные частицы и супер-частицы.
Из этой классификации следует, что образование конвективных частиц зависит от жизненного цикла, типа осадков, барических и термических характеристик, Их трудно предсказать том смысле, что в некоторых ситуациях невозможно четко определить природное явление, характерного для каждой группы частиц.
Физический принцип, в соответствии с которым определяют количество града в конвективной частице, основан на оценке доступной потенциальной энергии (Lin, 2007, Paraschivescu, 2010). При определении термодинамических условий, благоприятных для развития кумулятивных форм, метеоролог ориентируется на объем потенциальной энергии, создающей конвективные частицы.
Изолированные конвективные частицы или кучево-дождевые облака (фото 2) представляют собой простейшие источники энергии, лежащие в основе "мезомасштабных" конвективных комплексов, которые играют основную роль в циркуляции атмосферы и обмене влаги и тепла между высокой тропосферой и низкой стратосферой. В то же время они создают так называемый радиационный атмосферный фон (Ciulache и др.,1995). Структура кучево-дождевых облаков, связанных с появлением града, показана на рисунке 2, на котором можно видеть вершину облака с различными воздушными потоками и типичную структуру градового облака с облачными местами, связанными с падением града.
Для этого типа конвективных частиц характерен очень слабый вертикальный сдвиг (<10 м / с в первые 4 км). Жизненный цикл этих облаков составляет всего 30 минут, во время которых частица проходит через три периода: развитие, зрелый период и рассеяние (Paraschivescu, 2010). Их простая структура может быть описана как один восходящий поток, достаточно высокий, который может достичь тропосферы, но очень редко отвечает за генезис простых кучево-дождевых облаков, порождающих град и обильные осадки (Ciulache и др., 1995).
Многоклеточная система (фото 3) показана на более продвинутой стадии движения конвективных частиц, слияния их в определенную систему, созданную интенсивным вертикальным сдвигом, но в более умеренной форме (10-20 мс в первые 4 км по вертикали)и с более длительным жизненным циклом по сравнению с простыми частицами, благодаря которому отдельные частицы не сливаются друг с другом (Lin, 2007). Хотя некоторые из частиц, которые образуют систему, могут распадаться, она сохраняется благодаря новым частицам, которые образуются вдоль длины потоков ветра.
Визуально эти многоклеточные системы распознаются метеорологами в форме купола, которую приобретает верхняя часть, куда устремляется холодный воздух, движущийся снизу вверх в форме возрастающих потоков, вызванных испаряющимися осадками. Другим фактором является движение отдельных частиц, ориентированных в одну сторону, в то время как большая часть частиц ориентируется в другую сторону. "Течение" холодного воздуха, который движется благодаря порывам ветра к внешней части облака, замедляет жизнь многоклеточной системы (Paraschivescu, 2010).
Из-за задержки, благодаря которой сохраняются вращательные движения и медленное развитие, супер-частицы могут сохраняться в течение нескольких часов и в большинстве случаев отвечают за формирование града и других неблагоприятных погодных явлений (ливневые дожди, отдельные грозы, даже торнадо). Их развитие может сопровождаться разделением бури на два вида частиц, которые движутся в противоположном ветру направлении, левая часть быстро разрушается, а правая приводит к вращению восходящих потоков воздуха (Mallafre, 2008). Таким образом, правая часть образовывает другие частицы, из чего можно сделать вывод, что супер-частицы перемещаются вправо. Сильный восходящий поток воздуха, генератор так называемых "грозовых супер-частиц" также известен в литературе под Модель радара супер-частицы можно легко принять за многоклеточную частицу, но благодаря ее типичной структуре, для которой характерны слабое эхо и сильные отражательные градиенты, система супер-частиц может быть точно обнаружена радиолокационными приборами (Betschart и др.. 2012).
Таким образом, для обнаружения града радар является основной системой наблюдения, единственным устройством, с помощью которого метеорологи могут создать полное представление о предстоящей грозе, прогнозировать и указывать местоположение выпадения града (с точностью до 1/2 km).
140