Подветренные бури при боре и фёне в различных регионах России тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.30, кандидат наук Шестакова Анна Андреевна

• Шестакова Анна Андреевна
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Шестакова Анна Андреевна

Введение

Глава 1. Современное состояние исследований подветренных бурь

1.1 Основные гипотезы возникновения и модели подветренных бурь

1.2 Методы изучения и прогноза подветренных бурь

1.3 Подветренные бури на территории России

Глава 2. Методология изучения подветренных бурь на основе данных наблюдений и реанализа

2.1 Данные наблюдений и реанализа

2.2 Изучение структуры натекающего потока и подветренных характеристик...22 Глава 3. Наветренные и подветренные характеристики подветренных бурь по данным наблюдений и реанализа

3.1 Новороссийская бора

3.1.1 Подветренные характеристики боры

3.1.2 Структура натекающего потока

3.1.3 Блокирование потока горами

3.1.4 Взаимосвязь характеристик натекающего потока и скорости ветра при боре

3.1.5 Мезомасштабный градиент давления

3.2 Новоземельская бора

3.2.1 Подветренные характеристики боры

3.2.2 Структура натекающего потока

3.2.3 Блокирование потока горами

3.2.4 Взаимосвязь характеристик натекающего потока и скорости ветра

при боре

3.2.5 Мезомасштабный градиент давления

3.3 Певекский южак

3.3.1 Подветренные характеристики южака

3.3.2 Структура натекающего потока

3.3.3 Блокирование потока горами

3.3.4 Взаимосвязь характеристик натекающего потока и скорости ветра при южаке

3.3.5 Мезомасштабный градиент давления

3.4 Общие и различные черты всех рассмотренных ветров

3.5 Оценка применимости гидравлической и волновой модели для изучаемых подветренных бурь на основе данных наблюдений и реанализа

3.6 Выводы к главе

Глава 4. Численное моделирование подветренных бурь с помощью модели WRF-ARW

4.1 Обзор моделирования подветренных бурь

4.2 Конфигурация модели WRF-ARW

4.3 Анализ численных экспериментов

4.3.1 Структура натекающего потока

4.3.2 Пространственная структура поля ветра

4.3.3 Структура потока над хребтами и на подветренной стороне

4.3.4 Волновое сопротивление

4.4 Выводы к главе

Заключение

Список литературы

Введение

Актуальность исследования

Подветренные бури, которые наблюдаются во многих горных районах мира, возникают при оптимальном сочетании синоптических и орографических условий на подветренных склонах горных хребтов. Такие явления сопровождаются усилением ветра и резкими изменениями температуры (повышением температуры при фёнах и понижением - при ветрах типа боры). Также подветренные бури характеризуются повышенной турбулизованностью, которая выражается в порывистости ветра. При наличии с подветренной стороны населенных пунктов и объектов инфраструктуры эти явления могут причинять значительный ущерб.

Большое количество работ посвящено задаче обтекания различных форм рельефа воздушным (или водным) потоком, в том числе крупномасштабным эффектам, связанным с этим процессом (подветренный циклогенез, фронтогенез, образование волн Россби). В данной работе рассматривается обтекание относительно невысоких (менее 1 км) и узких (менее 100 км) хребтов, при котором эффектами, связанными с силой Кориолиса, можно пренебречь. С другой стороны, микромасштабные процессы при изучении подветренных бурь также можно не учитывать. Изучаемое явление представляет собой мезомасштабную систему циркуляции с характерными горизонтальными размерами 10 - 100 км, включающую процессы, возникающие непосредственно над горами, а также в наветренной и подветренной областях обтекаемых хребтов.

На данный момент к числу наиболее изученных подветренных бурь относятся адриатическая бора, ветры Скалистых гор в США (в том числе чинук), фёны в Альпах, новороссийская бора. Также известны, но мало изучены подветренные бури на Новой Земле (новоземельская бора), на Байкале (сарма), на Урале (кизеловская бора), в Крыму (кацивельский фён), в Певеке (певекский южак).

Для обобщения подветренных бурь на территории России, более четкого понимания связи явления с крупномасштабной динамикой атмосферы, понимания вклада и роли различных физических процессов в формировании этих ветров необходимы дополнительные исследования. Кроме того, подветренные бури, сочетающие в себе проявления различных физических явлений, являются уникальным объектом для мезомасштабного численного моделирования, которое позволяет проводить проверку существующих гипотез их возникновения. Использование мезомасштабной модели в качестве исследовательского инструмента позволяет анализировать трехмерную структуру подветренных бурь, что способствует углублению понимания данного явления.

Для более детального анализа были выбраны новороссийская бора, новоземельская бора и певекский южак, как наиболее сильные и освещенные данными наблюдений подветренные бури. Все эти ветры возникают в различных климатических зонах и орографических условиях, однако могут иметь схожие механизмы формирования и физические характеристики. В то же время важно выявить и физически обосновать те различия, которые могут наблюдаться для этих ветров.

Цель и задачи исследования

Целью работы является изучение роли различных физических механизмов и географических факторов в формировании наиболее сильных подветренных бурь России, к которым относится новороссийская бора, новоземельская бора и певекский «южак».

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ трехмерной структуры подветренных бурь по данным наблюдений и результатам мезомасштабного моделирования

2. Выявление общих для всех изучаемых систем циркуляции особенностей, которые позволят классифицировать их как одно явление

3. Оценка применимости гидравлической и волновой теории для изучаемых ветров по данным наблюдений и реанализа

4. Оценка вклада волнового механизма в формирование рассматриваемых ветров типа боры на основе результатов мезомасштабного моделирования

Объекты исследования

Явление мезомасштабного орографического усиления скорости ветра на подветренных склонах хребтов в Новороссийске, Певеке и на Новой Земле

Предмет исследования

Мезомасштабные процессы в атмосфере, отвечающие за возникновение и интенсивность этих ветров в исследуемых районах

Научная новизна

• Впервые проведен полный анализ трехмерной структуры подветренных бурь в Новороссийске, на Новой Земле и в Певеке на основе как данных наблюдений, так и результатов численного моделирования. Выявлены значительные сходства этих систем циркуляции, подтверждающие предположения о единой природе изучаемых явлений. Было показано, что все изученные явления действительно относятся к классу подветренных бурь

• Впервые с использованием диаграмм режима потока показана возможность использования гидравлического подхода для описания изучаемых подветренных бурь

Впервые для данных подветренных бурь получены количественные оценки волнового сопротивления и вклада волновых процессов в орографическое сопротивление

Практическая значимость

Полученные результаты позволили оценить влияние крупномасштабной динамики атмосферы на возникающие мезомасштабные возмущения метеорологических полей во время новороссийской боры, новоземельской боры и певекского южака. Понимание механизмов этой взаимосвязи позволит в будущем оценить интенсивность изучаемых подветренных бурь в условиях меняющегося климата, а также создать регрессионную модель явлений для их

прогноза. Полученные результаты и выводы диссертации могут быть востребованы в организациях Росгидромета (Гидрометцентр России, Арктический и антарктический научно-исследовательский институт, а также метеобюро порта Новороссийск) и Российской Академии наук (Институт физики атмосферы имени А.М. Обухова, Институт вычислительной математики), для составления диагноза и прогноза подветренных бурь с помощью глобальных моделей атмосферы в настоящем и будущем климате.

Личный вклад автора

Все анализируемые результаты работы получены автором лично или в соавторстве с кандидатом географических наук Тороповым П.А. и кандидатом физико-математических наук Моисеенко К.Б. Личный вклад автора состоит в самостоятельной обработке и анализе всех имеющихся данных наблюдений, проведении численных экспериментов по моделированию подветренных бурь и их интерпретации. В том числе автор активно участвовал в экспедиционных исследованиях новороссийской боры и сборе натурных данных. Автор принимал непосредственное участие в написании научных статей по теме диссертации и в представлении научных докладов, в том числе в качестве докладчика.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Новороссийская бора, новоземельская бора и певекский южак относятся к одному типу явлений - подветренным бурям, имеющим схожую трехмерную структуру и характеристики натекающего потока

2. Анализ натекающего потока и особенностей рельефа показал потенциальную возможность использования как гидравлического, так и волнового подхода для описания данных систем циркуляции. В то же время фронтальная модель для рассмотренных подветренных бурь неприменима.

3. Механизм формирования подветренных бурь смешанный, что выражается в одновременном наличии обрушения внутренних гравитационных волн и гидравлического скачка, а также в значительной изменчивости вклада волновых процессов в динамику подветренных бурь

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Подветренные бури при боре и фёне в различных регионах России»

Апробация работы

Результаты работы докладывались автором на отечественной конференции «Состав атмосферы. Атмосферное электричество. Климатические эффекты (САТЭП)» (Шепси, 2015), а также на Генеральной ассамблее Европейского геофизического общества EGU-2017 (Вена, Австрия, 2017) и соавторами на EGU-2012 (Вена, Австрия, 2012).

По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных изданиях, определенных п.2.3 Положения о присуждении ученых степеней в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 139 наименований работ отечественных и зарубежных авторов, и содержит 144 страницы текста, включая 48 рисунков и 12 таблиц.

Глава 1. Современное состояние исследований подветренных бурь

Подветренные бури - метеорологическое явление, связанное с увеличением скорости ветра на подветренных склонах гор до ураганной силы. Термин «подветренные бури» (или ветры подветренных склонов) - дословный перевод с английского «downslope windstorms» [Durran, 1986].

Такие ветры возникают при оптимальном сочетании синоптических и орографических условий, когда крупномасштабный поток обтекает препятствие в виде горных хребтов и испытывает мезомасштабное усиление на подветренной стороне препятствия. Согласно определению из метеорологического словаря Американского метеорологического общества

(http://glossary.ametsoc.org/wiki/Downslope_windstorm), ветер при подветренной буре обычно достигает максимальной скорости у подножия подветренного склона и с удалением от него достаточно быстро затухает. Стоит разделять подветренные бури и другие орографические ветры - ветры щелей/перевалов/каньонов ("gap flow"), которые имеют иную природу (ускорение потока в узком канале) и обычно более слабые. Природа

подветренных бурь изучена достаточно подробно, однако однозначного ответа о главенстве того или иного механизма при формировании подветренной бури пока не получено. При этом механизм формирования является главным признаком, по которому проводится разделение орографических ветров на типы. Для подветренных бурь такими механизмами принято считать гидравлический и волновой, см. подробнее параграф 1.1.

Скорость ветра при подветренных бурях в порывах может достигать 60-80 м/с, а температура и влажность воздуха обычно испытывают резкое изменение. При наличии с подветренной стороны населенных пунктов такие ветры могут вызывать значительные разрушения [Barri, 2008, Прох, 1983]. Важной особенностью подветренных бурь является порывистость ветра, связанная с сильной турбулизованностью потока на подветренной стороне препятствия. Изучение ветров подветренных склонов получило большое распространение в мире. На данный момент к числу наиболее изученных подветренных бурь относятся адриатическая бора [Yoshino, 1976, Grisogono and Belusic, 2009], ветры Скалистых гор в США, к которым относится и чинук [Brinkmann, 1974а,б], фёны в Альпах [Jiang et al., 2005]. Краткий обзор этих и некоторых других подветренных бурь см. в работах [Barri, 2008, Вельтищев и Степаненко, 2007, Бурман, 1969].

1.1 Основные гипотезы возникновения и модели подветренных бурь

Существует несколько гипотез возникновения подветренных бурь. Первоначально, это явление было отнесено к типу катабатических ветров [Гусев, 1959, Yoshino, 1976], однако усиление ветра при катабатическом процессе слишком мало и не соответствует наблюдаемому [Grisogono and Belusic, 2009]. В настоящее время для описания явления широко используются теоретические подходы, основанные на упрощенных моделях динамического взаимодействия натекающего ветрового потока с неровностями рельефа.

Волновой подход к описанию механизма возникновения подветренных бурь основан на использовании двумерных моделей стратифицированной жидкости (см. подробные обзоры [Queney et al., 1960, Smith, 1979, Кожевников, 1999]), в

которых усиление ветра вблизи от подветренного склона обусловлено интенсификацией внутренних гравитационных волн (ВГВ) над горами (или орографических ВГВ) [Klemp and Lilly, 1975], а в нелинейных моделях - с эффектами обрушения ВГВ [Lin and Wang 1996, Peltier and Clark, 1983] и особенностями формы обтекаемого рельефа (в т.ч. асимметрией наветренного и подветренного склонов) [Кожевников, 1999]. Основным отличием линейной модели является использование предположения о малости волновых возмущений по сравнению со средними значениями фонового потока. Если колебания возмущений давления и скорости ветра, связанные с волнами, находятся в фазе, то происходит усиление скорости ветра на подветренной стороне препятствия. Отклик приземного ветра зависит от амплитуды линейных волн, которая, в свою очередь, может увеличиваться за счет резонансного отражения волновой энергии от слоев с разрывами плотности. Сравнение результатов моделирования с наблюдениями подветренной бури в Боулдере показало, что такая теория предсказывает сам факт возникновения бури, хотя абсолютные значения скорости могут значительно отличаться от наблюдаемых [Lilly and Klemp, 1975]. Возникновение нелинейных волновых эффектов (т.е. когда использование предположения о малости возмущений неправомерно) происходит при значениях внутреннего числа Фруда (в данной задаче -отношение скорости потока к мере скорости внутренних волн [Гилл, 1982]) меньше единицы [Markowski and Richardson, 2010]. Главным нелинейным эффектом, способствующим усилению ветра на подветренном склоне, является обрушение ВГВ, т.е. возникновение локальной конвективной неустойчивости на некоторой высоте над горами. Обрушение волн может происходить как по «естественным» причинам - за счет уменьшения плотности воздуха с высотой -так и на критических уровнях. Критический уровень для орографических волн соответствует высоте, на которой компонента скорости потока, перпендикулярная хребту, равна нулю (в том числе и за счет обращения ветра с высотой) [Markowski and Richardson, 2010, Гилл, 1986]. Различают фоновые и самоиндуцированные критические уровни, возникающие в натекающем потоке

за счет крупномасштабных факторов или собственно обрушения волн, соответственно. В зоне обрушения формируется перемешанный сильно турбулизованный слой, где средняя скорость ветра близка к нулю, что удовлетворяет определению критического уровня. Нелинейный режим обтекания хребта характеризуется также наличием частичного блокирования потока. В случае небольшой протяженности хребта в направлении поперек потока возникает боковое обтекание препятствия в нижних слоях, для протяженных хребтов наблюдается стагнация нижней части потока [Markowski and Richardson, 2010, Smith, 1979].

Волновые возмущения могут вызывать значительные флуктуации вертикальной и горизонтальной скорости, температуры и давления. В процессе обтекания хребта за счет волновых процессов происходит рост давления на наветренном склоне и его падение на подветренном склоне. В результате возникает сила, направленная по нормали к хребту, - волновое сопротивление. Волновое сопротивление является частью орографического сопротивления (т.е. силы сопротивления давления, направленной по нормали к хребту), которое формируется также процессами блокирования потока горами и отрыва пограничного слоя. Вместе с поверхностным трением орографическое сопротивление формирует так называемое общее сопротивление («total drag» в англоязычной литературе).

Многие исследования [Scinocca and Peltier, 1993, Klemp and Durran, 1987, Clark and Peltier, 1984, Wang and Lin, 1999б, Durran, 1986] демонстрируют связь между подветренными бурями и величиной волнового сопротивления, в какой-то мере характеризующего интенсивность волновых процессов над горами. При этом переход из режима с низким (линейным) волновым сопротивлением к режиму с высоким (нелинейным) сопротивлением происходит обычно резко, что связано с возникновением зоны обрушения ВГВ, когда режим обтекания меняется скачком [Peltier and Clark, 1979]. Наибольшее усиление ветра и сопротивления предсказывается нелинейной волновой моделью [Clark and Peltier, 1984]. Сопротивление непосредственным образом связано с перепадом давления между

наветренной и подветренной стороной хребта и поэтому в отсутствие прямых измерений сопротивления может быть вычислено на основе регрессионной связи с перепадом давления [Ivancan-Picek and Tutis, 1995, Benech et al., 1998]. В рамках гидравлического подхода, решение задачи обтекания строится на основе уравнений теории мелкой воды, при этом увеличение скорости ветра за препятствием связывается с переходом натекающего потока из субкритического (медленный и глубокий поток) к сверхкритическому (быстрый и мелкий поток) состоянию с возникновением аналога гидравлического скачка в атмосфере за подветренным склоном [Long ,1954]. Гидравлический скачок представляет собой резкое (турбулентное) изменение высоты свободной поверхности (или толщины слоя жидкости). В самом простом случае переход от одного режима обтекания к другому контролируется соотношением скорости и толщины натекающего потока (т.е. гидравлическим числом Фруда). По сравнению с моделями ВГВ, наиболее сильным допущением при использовании гидравлического подхода является несжимаемость потока, при этом динамический эффект температурной стратификации атмосферы учитывается с помощью введения искусственного скачка плотности на свободной поверхности раздела, отделяющей нижний (возмущенный) слой от вышележащей неограниченной по высоте области невозмущенного течения. Использование данного упрощения, по-видимому, наиболее оправдано в случае развитого слоя приподнятой инверсии, ограничивающего безразлично стратифицированный слой вблизи поверхности земли, на что указывает схожесть картин течений, рассчитанных по обоим типам моделей, для нижнего подынверсионного слоя [Klemp and Lilly, 1975]. Корректность использования моделей гидравлического скачка применительно к реальным атмосферным ситуациям, в т.ч. для объяснения условий возникновения подветренных бурь и при анализе структуры ветрового потока за подветренным склоном, подтверждена результатами многочисленных исследований (см., например, [Durran, 1986, Klemp and Durran, 1987, Vucetic, 1993]). Дополнительные исследования [Smith, 1991, Smith, 1985] показали, что гидравлический механизм успешно реализуется и в случае отсутствия

расслоения натекающего потока по плотности (т.е. наличие приподнятой инверсии не является обязательным). Локальная гидравлическая теория [Smith, 1991] основана на том, что в результате обрушения волн в нижней тропосфере над горами формируется перемешанный слой и зона стагнации потока ("dead region"), о чем уже упоминалось выше. Именно наличие этого слоя, отделяющего нижний узкий поток от верхней невозмущенной атмосферы, и позволяет использовать гидравлическую модель, даже в отсутствие скачка плотности в фоновом потоке.

В связи с этим следует отметить, что динамические структуры типа гидравлического скачка действительно могут иметь место в эпизодах сильных подветренных бурь [Grubisic et al., 2008, Klemp and Durran, 1987]. Наблюдаемая при этом картина течения может быть объяснена в рамках волновой модели, учитывающей эффект низкоуровневого обрушения внутренних волн в зоне динамической неустойчивости потока, что позволяет провести известную аналогию между эффектами гидравлического скачка в несжимаемой жидкости и стагнации потока в зоне развитого роторного течения/обрушения ВГВ вниз по потоку за препятствием [Gohm et al., 2008, Klemp and Durran, 1987, Smith, 1985]. Согласно [Wang, Lin 1999а, б, Clark and Peltier, 1984], в нижнем слое, ограниченном сверху критическим уровнем, возможен волновой резонанс и «захват» энергии, что приводит к усилению волн и приземного ветра на подветренной стороне. Эволюция низкоуровневого обрушения ВГВ, формирующего перемешанный слой над подветренным склоном, и его влияние на скорость ветра в нижнем слое подробно рассмотрены в работах [Scinocca and Peltier, 1993, Lin and Wang, 1996, Wang and Lin, 1999б] на основе двумерного численного моделирования.

1.2 Методы изучения и прогноза подветренных бурь

На основании связей подветренных возмущений с крупномасштабной структурой метеорологических полей составляются статистические модели явления, учитывающие местные особенности моделируемых ветров [Lindsey et al., 2011, Mercer et al., 2008, Зимич, 1991]). Среди параметров, контролирующих

скорость ветра при подветренной буре, обычно выделяют скорость и направление ветра в средней или нижней тропосфере, вертикальный градиент температуры, сдвиг ветра с высотой, перестройки поля давления и некоторые другие. Такие модели представляют несомненный практический интерес для прогноза явления. Существует также фронтальная модель явления, которая основана на аналогии между верхней границей слоя боры и фронтальным разделом (разработана для адриатической боры [Petkovsek, 1990, Petkovsek, 1991]). Многочисленные эксперименты по чувствительности скорости ветра при боре, рассчитанной по этой модели, к различным характеристикам натекающего потока показали, что наибольшие значения подветренной скорости наблюдаются при больших значениях разности температуры воздушных масс с наветренной и подветренной стороны хребта.

В последнее время в рамках крупных проектов по исследованию боры в Югославии и фёнов в Альпах (MAP [Grubisic, 2004, Smith et al., 2007], ALPEX [Gohm and Mayor, 2005, Davies and Pichler, 1990]), а также подветренных бурь в Скалистых горах (T-REX [Grubisic et al., 2008, Armi and Mayr, 2011]) проводятся комплексные синхронные наблюдения отдельных эпизодов подветренных бурь. Кроме наземных измерений проводятся самолетные наблюдения, содарное и лидарное зондирование. При изучении подветренных бурь широко привлекаются и данные спутникового зондирования [Jiang et al., 2005, Гавриков и Иванов, 2015, Alpers et al., 2009, Alpers et al., 2011].

Для исследования и прогноза подветренных бурь широко используется численное мезомасштабное моделирование. Мезомасштабные модели атмосферы обычно позволяют получать результаты с учетом негидростатичности, сжимаемости атмосферы и других факторов. В таких моделях учитывается и трение о земную поверхность, которое может оказывать влияние на результат моделирования [Gohm and Mayor, 2005]. Пространственное разрешение модели выбирается не большим 3 км, используются различные методы и параметризации, самой важной из которых является параметризация турбулентности, которые признаются недостаточно разработанными.

Большинство моделей надежно предсказывают основную структуру подветренных бурь, но часто упускает детали.

Подробные наблюдения и численное моделирование позволяют изучать трехмерную структуру подветренных бурь, связанную с неоднородностями рельефа - струи и области ветровой тени [Jiang and Doyle, 2005], сдвиговые линии, образование вихрей с вертикальной осью [Grubisic, 2004] и др. Активно изучается и такой важный аспект подветренных бурь, как порывистость. Для адриатической боры и подветренной бури в Боулдере характерны пульсации скорости с периодом от 3 до 15 мин [Klemp and Lilly, 1975, Belusic and Klaic, 2004, Belusic et al., 2004]. Основной причиной возникновения таких пульсаций считается неустойчивость Кельвина-Гельмгольца [Klaassen and Peltier, 1985, Belusic et al., 2007, Peltier and Scinocca, 1989], связанная со сдвигом скорости на границе между нижним слоем высоких скоростей (слоем боры) и верхним перемешанным слоем стагнации потока, образованным за счет обрушения ВГВ. Численное моделирование с высоким пространственным разрешением [Scinocca and Peltier, 1989] также воспроизводит порывистость подветренных бурь. В работе [Smith, 1991] показано, что пульсации скорости могут быть воспроизведены и гидравлической моделью.

Значительный научный интерес представляют теоретические аспекты и количественные оценки явлений, связанных с подветренными бурями. К числу таких задач относится энергетический обмен атмосферы с морской поверхностью во время подветренных бурь [Moore, 2013, Чечин и Пичугин, 2015, Pullen et al., 2007]. Практический интерес представляет прогноз морского волнения [Торопов и др. 2013, Toropov et al., 2012] и обледенения судов при боре [Суханов и Дружевский, 2005, Михайлов и др., 2015]. 1.3 Подветренные бури на территории России

На территории России наибольший интерес традиционно вызывала новороссийская бора - в силу значительной силы и разрушительных последствий, а также населенности этого района. Первый подробный анализ синоптических условий возникновения боры, а также классификация типов

данного явления даётся в обширной монографии под ред. А.М.Гусева [Новороссийская бора..., 1959]. Большое внимание уделяется вопросам синоптического анализа [Семенов и др., 2013] и прогноза боры [Мастерских и др., 1973]. Наряду со статистическим и синоптическим анализом новороссийской боры предлагались и аналитические модели, описывающие это явление [Гутман и Франкль, 1960], а также методы прогноза, основанные на физико-эмпирических связях подветренного усиления скорости с крупномасштабным состоянием атмосферы [Бухаров и др., 2010]. Результаты анализа данных приземных наблюдений и результатов численного моделирования с использованием современным мезомасштабных атмосферных моделей приведены в недавних работах [Блинов и др., 2013, Ефимов и Барабанов, 2013а, в, Гавриков и Иванов, 2015, Шокуров, 2012]. В работе [Кожевников, 1999] излагаются общие теоретические вопросы возникновения подветренных бурь, которые иллюстрируются на примерах кацивельского фёна (Крым) и ветров подветренных склонов Урала. Изучению ветрового режима Баренцева моря и, в частности, новоземельской боры по данным реанализа Arctic System Reanalysis (ASR) посвящена работа [Moore, 2013], также новоземельская бора упоминается в статье [Kislov and Matveeva, 2015]. Синоптическим аспектам прогноза боры на Новой Земле посвящена работа [Мастерских, 1978]. Сильный юго-восточный ветер в Певеке, называемый «южаком», дующий на подветренной стороне певекского хребта, изучен значительно лучше, чем новоземельская бора. Певекскому «южаку» посвящена монография П.И. Зимича «Певекский южак», которая основана на материалах исследования П.И. Зимича в рамках подготовки диссертации на ту же тему. В монографии исчерпывающе изложены благоприятные для развития «южака» условия, в том числе синоптические; по результатам исследования была разработана методика прогноза ураганного «южака». Кроме стандартных метеорологических наблюдений на станции Певек, в монографии приведен анализ данных шаропилотного зондирования, анемометрической съемки в окрестностях певекского хребта, аэрологических наблюдений на острове Айон.

Существуют и более ранние работы, посвященные южаку. В работе [Шалаев, 1951] изложены режимные характеристики южака по данным наблюдений за 8 лет, делается предположение о том, что первопричина южака - волновые движения на верхней границе приподнятой инверсии.

Глава 2. Методология изучения подветренных бурь на основе данных

наблюдений и реанализа

2.1. Данные наблюдений и реанализ

Для проведения анализа структуры натекающего потока и подветренных характеристик каждого изучаемого ветра использовались данные натурных наблюдений и реанализ MERRA.

В отличие от других рассматриваемых ветров, новороссийская бора хорошо освещена данными натурных измерений с помощью различных измерительных систем. Подробная сеть метеорологический наблюдений в исследуемом районе состоит из станций сети Росгидромета, автоматической анемометрической сети в новороссийском порту и автоматических метеостанций, установленных в ходе экспедиций научного студенческого общества (НСО) кафедры метеорологии и климатологии в район исследований. Эти экспедиции проводились ежегодно в 2005-2014 гг., в период с конца января по начало февраля на базе южного отделения ИО РАН в Геленджике (научный руководитель экспедиций - доцент кафедры метеорологии и климатологии МГУ Торопов П.А.). Наиболее широкая сеть наблюдений была развернута в 2012, 2013 и 2014 гг. с участием автора данной работы. Наблюдения в большинстве случаев носили эпизодический и непродолжительный характер, что связано с непродолжительностью самих экспедиций. Однако проводились и более долгие измерения - например, февраль 2013 г. и ноябрь 2013 г. - апрель 2014 г.

На метеорологических станциях сети Росгидромет Крымск, Геленджик и Новороссийск (см. Рис.1, 2) проводятся стандартные станционные наблюдения с дискретностью 3 часа, измерения ветра проводятся на высоте 10 м над землёй, измерения остальных величин - на 2 м. В порту г. Новороссийск вдоль

побережья Цемесской бухты начальником метеослужбы порта А.И. Пономаревым установлены ветровые датчики, измерения на которых проводятся на высоте 10 м над землёй с дискретностью 2 мин. В ходе экспедиций НСО устанавливались также автоматические метеостанции Davis Vantage Pro (Рис.2б). Метеорологические величины - скорость и направление ветра, давление, количество осадков, температура воздуха - измерялись на высоте 2 м (в 2012 г. с дискретностью 5 мин, в феврале 2013 г. - 15 мин, ноябрь 2013 г. - апрель 2014 г. - 60 мин). Также в рамках экспедиций 2012-2014 гг. проводилось вертикальное акустическое зондирование пограничного слоя атмосферы с помощью содара Scintec (Рис.2в), установленного вместе с АМС 5 в Голубой бухте (западный район Геленджика, см. Рис.2). Полученные натурные данные позволяют проводить детальный анализ пространственной структуры скорости ветра и других приземных метеорологических полей при боре, а также оценивать качество численного моделирования явления с помощью мезомасштабных моделей (см. Главу 4).

Сеть метеорологических наблюдений во время новоземельской боры представлена лишь станцией Малые Кармакулы, которая располагается на западном побережье Южного острова Новоземельского архипелага (Рис.1 б). На станции проводятся не только наземные, но и аэрологические измерения. Однако при высоких скоростях ветра аэрологические измерения на этой станции не проводились. Поэтому детально изучить трехмерную структуру боры на подветренной стороне хребта не представляется возможным. Сеть метеорологических наблюдений во время певекского южака также представлена лишь одной станцией Певек (северное побережье Чукотки, см. Рис.1в). На станции проводятся стандартные наземные измерения основных метеорологических величин. В районе исследования находятся также метеостанции Айон (на о. Айон, 95 км к северо-западу от Певека) и Чаун (поселок Рыткучи на юге Чаунской губы, в 90 км к югу от Певека), на которых южак не наблюдается, но данные этих станций могут быть полезны для оценки изменения метеорологических величин при южаке по сравнению с фоновыми

значениями.

а> б)

251ап 50 кт 75кт ЮОкт 128кт

В)

170° в.д. 170.9° в.д.

Рис.1 Карты-схемы районов исследования (а) новороссийской боры, (б) новоземельской боры, (в) певекского южака и профили высоты рельефа, построенные вдоль линий, изображенных на картах. Крестом отмечены точки, в которых рассматривались данные реанализа MERRA при анализе натекающего потока, стрелкой показано преобладающее направление натекающего потока,

красным треугольником - расположение подветренных станций Новороссийск,

Малые Кармакулы и Певек

„\ Крымск б)

Рис.2. а) Карта-схема расположения метеорологических станций в районе исследования новороссийской боры (желтые пунсоны - станции сети Росгидромета, синие пунсоны - станции автоматической анемометрической

сети новороссийского порта (АМС 9-АМС 13), красные пунсоны -автоматические метеостанции экспедиций кафедры метеорологии МГУ (АМС 1-АМС 8)); б) АМС Davis Vantage Pro; в) содар Scintec

Для исследования натекающего потока в рамках данной работы использовались профили ветра и температуры с наветренной стороны хребтов из реанализа MERRA [http://gmao.gsfc.nasa.gov/research/merra/] с пространственным разрешением 2/3° по долготе и 1/2° по широте. Необходимость использования реанализа вызвана разреженностью сети аэрологических наблюдений -

ближайшая наветренная станция зондирования для Новороссийска расположена на удалении 300 км (Ростов-на-Дону), для Новой Земли - в 800 км (Диксон), для певекского южака наветренное зондирование отсутствует вовсе. Для выбора узла реанализа, в котором будет анализироваться состояние натекающего потока для каждого региона, использовался критерий радиуса деформации Россби Lr = N /i;,; // (N - частота Брента-Вяйсяля, hm - характерная высота хребта, f-

параметр Кориолиса), характеризующего расстояние, на котором может прослеживаться эффект блокирования потока перед горами [Belusic et al., 2004, Markowski and Richardson, 2010]. При подстановке типичных для данных систем циркуляции значений hm=400^600 м, f=1^1.4*10-4 и стратификации в нижнем слое N=0.005-Ю.01 с"1, имеем LR = 30 -ь 50км. Таким образом, были выбраны точки, удаленные от хребта на расстояние, больше чем LR, чтобы натекающий поток не был возмущен горами, но одновременно репрезентативные, то есть не слишком удаленные от хребтов. Расположение точек показано на Рис.1 крестами.

Предварительно реанализ MERRA был верифицирован по данным ближайших станций радиозондирования (Ростов-на-Дону и Диксон). Для сравнения с данными наблюдений использовались данные реанализа в ближайшем к станциям радиозондирования узле сетки, сравнение проводилось для периодов январь-февраль 2012 г. для новороссийской боры и февраль 2010 г. для новоземельской боры, в течение которых наблюдалось несколько эпизодов сильной боры. Средняя ошибка скорости ветра составляет 2 м/с, температуры около 1.5°С, давления 0.3 гПа, коэффициент корреляции составляет 0.85-0.99. Реанализ верно воспроизводит основные особенности вертикальной структуры натекающего потока (струйные течения, стратификацию тропосферы), что позволяет использовать его в данной задаче.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шестакова Анна Андреевна, 2017 год

Список литературы

1. Беданоков М.К., Коблева Р.Б. Модель обтекания гор произвольного профиля и климат/ Материалы конференции «Международная научно-практическая конференция прикладные аспекты геологии, геофизики и геоэкологии с использованием современных информационных технологий», Майкоп, 13 мая 2009

2. Блинов Д. В., Перов В.Л., Песков Б.Е., Ривин Г.С. Экстремальная бора 7-8 февраля 2012 г. в районе г. Новороссийск и ее прогноз по модели СОБЫй-Яи // Вестник Московского университета. Сер. 5, География, 2013, № 4, С. 36-43

3. Бурман Э.А. Местные ветры/ Л.: Гидрометеоиздат, 1969, 341 с.

4. Бухаров М.В., Лосев В.М., Песков Б.Е. Автоматизированная оценка локального усиления ветра в районе Новороссийска // Метеорология и гидрология, 2010, №2, с.35-43

5. Вельтищев Н.Ф., Степаненко В.М. Мезометеорологические процессы /М., Географический факультет МГУ, 2007, 126 с.

6. Гавриков А.В., Иванов А.Ю. Аномально сильная бора на Черном море: наблюдение из космоса и численное моделирование // Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2015, том 51, № 5, с.615-626

7. Гилл А. Динамика атмосферы и океана: В 2-х томах. Т. 2. Пер. с англ. / М.: Мир, 1986, 415 с.

8. Гутман Л.Н., Франкль Ф.И. Гидродинамическая модель боры // ДАН СССР, 1960, Т. 30, № 5.

9. Ефимов В. В., Барабанов В. С. Моделирование новороссийской боры// Метеорология и Гидрология, 2013, Т. 38, № 3, с. 171-176

10. Ефимов В. В., Барабанов В. С. Моделирование черноморской боры //Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 2013, Т.49, №. 6, С. 688-698

11. Ефимов В. В., Барабанов В. С. Порывистость новороссийской боры //Метеорология и гидрология, 2013, №. 12, С. 68-75.

12. Ефимов В.В., Комаровская О.И. Пространственно-временная структура ялтинской боры// Морской гидрофизический журнал, 2015, № 3, с.3-14

13. Зимич П. И. Певекский южак / под ред. А.А.Дмитриева, Л.: Гидрометеоиздат, 1991, 120 с.

14. Кожевников В.Н., Возмущения атмосферы при обтекании гор /М.: Научный мир, 1999

15. Кожевников В.Н., Моисеенко К.Б. Моделирование обтекания гор потоком с переменными свойствами// Изв. РАН, ФАО, 2004, том 40, № 2, стр. 166-178

16. Мастерских М.А. К прогнозу фронтальной боры на Новой Земле //Труды Гидрометцентра СССР, 1978, Вып.199, с.73-77

17. Мастерских М.А., Бельская Н.Н., Минеева М.Н. Прогноз фронтальной боры в Новороссийске и других сходных физико-географических районах (методические указания)/ М.Гидрометиздат, 1973, 20 с.

18. Михайлов В. И., Зорин В. Ю., Капочкина М. Б. Об уязвимости флота РФ и высоких рисков для грузопотоков через порты Анапа, Новороссийск, Туапсе //ScienceRise, 2015, Т. 4, №. 1, с.31-34

19. Моисеенко К.Б. Об учете смещений тропопаузы в задаче обтекания гор // Изв. РАН, ФАО, 2007, Т.43, №2, С.182-192.

2 0. Наставление по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения/ Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), Обнинск, ИГ-СОЦИН, 2009, 62 с.

21. Новороссийская бора. Под ред. А. М. Гусева / Труды МГИ АН ССС, 1959, Т. 14, 355 с.

22. Прох Л. З. Словарь ветров / Л.: Гидрометеоиздат, 1983, 314 с.

2 3. Семенов Е.К., Соколихина Н.Н., Соколихина Е.В. Синоптические условия формирования и развития новороссийской боры// Метеорология и гидрология, 2013, № 10, с. 16-28

24. Суханов С. И., Дружевский С. А. Анализ синоптических условий новороссийской боры, которые привели к аварийным происшествиям с судами гс «Арктика» и бгк-775 в декабре 2002 г // Навигация и гидрография, 2005, №. 20-21, с. 87-97.

25. Торопов П. А., Мысленков С. А., Самсонов Т. Е. Численное моделирование новороссийской боры и связанного с ней ветрового волнения //Вестник Московского университета. Серия 5 «География», 2013, Т. 5, с. 38-46.

26. Чечин Д.Г., Пичугин М.К. Холодные вторжения над океаном в высоких широтах и связанные с ними мезомасштабные циркуляции в атмосфере: проблемы численного моделирования // Исследование Земли из космоса, 2015, № 3, с.71

27. Шапаев В.М. Юго-восточный штормовой ветер («южак») в Певеке // Проблемы Арктики, 1951, № 2, с.13-18

2 8. Шокуров М. В. Численное моделирование катастрофических погодных явлений в Черноморском регионе //Еколопчна безпека прибережно! та шельфово! зон та комплексне використання ресуршв шельфу, 2012, с.301-320

29. Alpers W., Ivanov A., Horstmann J. Observations of bora events over the Adriatic Sea and Black Sea by spaceborne synthetic aperture radar //Monthly Weather Review, 2009, Vol. 137, №. 3, pp. 1150-1161.

30. Alpers W., Ivanov A. Y., Dagestad K. F. Encounter of foehn wind with an atmospheric eddy over the Black Sea as observed by the synthetic aperture radar onboard Envisat //Monthly Weather Review, 2011, Vol. 139, №. 12, pp. 3992-4000.

31. Andreas E. L., Claffey K. J. and Makshtas A. P. Low-level atmospheric jets and inversions over the western Weddell sea// Boundary-Layer Meteorology, 2000, Vol. 97, pp. 459-486.

32. Armi L., Mayr G. J. The descending stratified flow and internal hydraulic jump in the lee of the Sierras //Journal of Applied Meteorology and Climatology, 2011, Vol. 50, №. 10, pp. 1995-2011.

33. Babic N., Vecenaj Z., Kozmar H. et al. On turbulent fluxes during strong winter bora wind events //Boundary-layer meteorology, 2016, Vol. 158, №. 2, pp. 331350.

34. Bacmeister J.T., Pierrehumbert R.T. On high-drag states of nonlinear stratified flow over an obstacle // J.Atmos.Sci., 1988, Vol.45, No 1, pp.63-80

35. Bannon P. R. Flow acceleration and mountain drag //J. Atmos. Sci., 1985, Vol. 42, №. 23, pp. 2445-2453.

36. Barry R.G. Mountain Weather and Climate / Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2008, 506 p.

37. Belusic D., Klaic Z. B. Estimation of bora wind gusts using a limited area model //Tellus A, 2004, Vol. 56, №. 4, pp. 296-307.

38. Belusic D., Pasaric M. and Orlic M. Quasi-periodic bora gusts related to the structure of the troposphere// Q. J. R. Meteorol. Soc., 2004, Vol.130, pp. 1103-1121

3 9. Belusic D., Zagar M., Grisogono B. Numerical simulation of pulsations in the bora wind //Q. J. R. Meteorol. Soc., 2007, Vol. 133, №. 627, pp. 1371-1388.

4 0. Bénech B. et al. Dynamic characteristics of regional flows around the Pyrénées in view of the PYREX experiment. Part I: Analysis of the pressure and wind fields and experimental assessment of the applicability of the linear theory //Journal of Applied Meteorology, 1998, Vol. 37, №. 1, pp. 32-52.

41. Bougeault P, Benech B, Bessemoulin P, Carissimo B, Clar AJ, Pelon J, et al. PYREX: a summary of findings// Bull. Am. Meteor. Soc., 1997, Vol. 78, pp. 637-650

4 2. Breeding R. J. A non-linear investigation of critical levels for internal atmospheric gravity waves //Journal of Fluid Mechanics, 1971, Vol. 50, №. 3, pp. 545563.

43. Bretherton F. P. Momentum transport by gravity waves //Q. J. R. Meteorol. Soc., 1969, Vol. 95, №. 404, pp. 213-243.

4 4. Brinkmann W. A. R. Strong downslope winds at Boulder, Colorado //Mon. Wea. Rev., 1974, Vol. 102, No. 8, pp. 592-602.

4 5. Brinkmann W. A. R. Temperature characteristics of severe downslope winds in Boulder, Colorado //Zbornik Met.Hidrol.Radova, 1974, Vol. 5, pp. 143-147.

46. Clark T.L., Peltier W.R. Critical level reflection and the resonant growth of nonlinear mountain waves// J.Atmos.Sci., 1984, Vol.41, No 21, pp.3122-3134

47. Corby G.A. The airflow over mountains// Q.J.R.Meteorol.Soc., 1954, Vol.80, No 346

48. Cressman G. P. An operational objective analysis system //Mon. Wea. Rev., 1959, Vol. 87, №. 10, pp. 367-374.

4 9. Davies H.C., Pichler H. Mountain meteorology and ALPEX// Meteor. Atmos. Phys., 1990, Vol. 43, pp. 3-4

50. Doyle J. D. et al. Observations and numerical simulations of subrotor vortices during T-REX //J. Atmos. Sci., 2009, Vol. 66, №. 5, pp. 1229-1249.

51. Doyle J. D., Reynolds C. A. Implications of regime transitions for mountain-wave-breaking predictability //Mon. Wea. Rev., 2008, Vol. 136, №. 12, pp. 52115223.

52. Doyle J. D., Shapiro M. A. A multi-scale simulation of an extreme downslope windstorm over complex topography //Meteorology and Atmospheric Physics, 2000, Vol. 74, №. 1-4, pp. 83-101.

53. Durran D. R. Another look at downslope windstorms. Part I: The development of analogs to supercritical flow in an infinitely deep, continuously stratified fluid// J. Atmos. Sci., 1986, Vol. 43, No. 21, pp. 2527-2543

54. Eckermann S. D., Lindeman J., Broutman D., Jun Ma, Boybeyi Z. Momentum fluxes of gravity waves generated by variable Froude number flow over three-dimensional obstacles //J. Atmos. Sci., 2010, Vol. 67, №. 7, pp. 2260-2278.

55. Eliassen A., Palm E. On the transfer of energy in stationary mountain waves //Geofysiske Publikasjoner, 1961, Vol. 22, pp. 1-23.

5 6. Gohm A. and Mayor G. J. Numerical and observational case-study of a deep Adriatic bora// Q. J. R. Meteorol. Soc., 2005, Vol. 131, pp. 1363-1392

57. Grisogono B. and Belusic D. A review of recent advances in understanding the meso- and microscale properties of the severe Bora winds// Tellus, 2009, Vol. 61A, No. 1, pp. 1-16.

58. Grubisic V. Bora-driven potential vorticity banners over the Adriatic// Q. J. R. Meteorol. Soc., 2004, Vol. 130, pp. 2571-2603.

59. Grubisic V., Doyle J.D., Kuettner J. et al. The terrain-induced rotor experiment: a field campaign overview including observational highlights// Bull. Am. Meteor. Soc., 2008, Vol. 89, pp. 1513-1533

60. Hafner T.A., Smith R.B. Pressure drag on the European Alps in relation to synoptic events// J. Atmos. Sci., 1985, Vol. 42, pp. 562-575.

61. Hines, K. M., Bromwich, D. H., Bai, L., Bitz, C. M., Powers, J. G., Manning, K. W. Sea ice enhancements to Polar WRF //Mon. Wea. Rev., 2015, Vol. 143, №. 6, pp. 2363-2385.

62. Hoinka K. P. Observations of a mountain-wave event over the Pyrenees //Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography, 1984, Vol. 36, №. 4, pp. 369383.

63. Hoinka K. P. Observation of the airflow over the Alps during a foehn event //Q. J. R. Meteor. Soc., 1985, Vol. 111, №. 467, pp. 199-224.

64. Houghton D.D. and Kasahara A. Nonlinear shallow fluid flow over an isolated ridge //Communications on Pure and Applied Mathematics, 1968, Vol. 21, Issue 1, pp.1-23

65. Iacono M. J. et al. Radiative forcing by long-lived greenhouse gases: Calculations with the AER radiative transfer models //Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2008, Vol. 113, №. D13.

66. Ivancan-Picek B., Tutis V. Mesoscale bora flow and mountain pressure drag //Meteorologische Zeitschrift, 1995, Vol. 4, №. 3, pp. 119-128.

67. Jakobson L. et al. Low-level jet characteristics over the Arctic Ocean in spring and summer //Atmos. Chem. Phys., 2013, Vol. 13, pp. 11089-11099

68. Jang W., Chun H. Y. A numerical study on severe downslope windstorms occurred on 5 April 2005 at Gangneung and Yangyang, Korea //Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences, 2010, Vol. 46, №. 2, pp. 155-172.

69. Jiang Q., Doyle J. D. Wave breaking induced surface wakes and jets observed during a bora event// Geophysical Research Letters, 2005, Vol.32, Issue 17, pp.1-5

70. Jiang Q., Doyle J.D., and Smith R.B. Blocking, descent and gravity waves: Observations and modelling of a MAP northerly föhn event // Q.J.R.Meteorol.Soc., 2005, Vol.131, pp. 675-701

71. Kain J. S. The Kain-Fritsch convective parameterization: an update //Journal of Applied Meteorology, 2004, Vol. 43, №. 1, pp. 170-181.

7 2. Kislov A. and Matveeva T. An extreme value analysis of wind speed over the european and siberian parts of arctic region // Atmospheric and Climate Sciences, 2016, Vol. 6, pp. 205-223

73. Klaassen G. P., Peltier W. R. The onset of turbulence in finite-amplitude Kelvin-Helmholtz billows //Journal of Fluid Mechanics, 1985, Vol. 155, pp. 1-35.

7 4. Klemp J. B. and Lilly D. K. The dynamics of wave-induced downslope winds// J. Atmos. Sci., 1975, Vol. 32, pp. 320-339

7 5. Klemp J. B. and Lilly D. K. Numerical simulation of hydrostatic mountain waves //J. Atmos. Sci., 1978, Vol. 35, pp. 78-107

7 6. Klemp J.B. and Durran D.R. Numerical modeling of bora winds //Meteorol.Atmos.Phys., 1987, Vol.36, pp.215-227

7 7. Lazic L., Tosic I. A real data simulation of the adriatic bora and the impact of mountain height on trajectories//Meteorol.Atmos.Phys., 1998, Vol.66. pp.143-155

7 8. Lilly D. K. A severe downslope windstorm and aircraft turbulence event induced by a mountain wave //J. Atmos. Sci., 1978, Vol. 35, №. 1, pp. 59-77.

7 9. Lin Y. L. and Wang T. A. Flow regimes and transient dynamics of two-dimensional stratified flow over an isolated mountain ridge //J. Atmos. Sci., 1996, Vol. 53, №. 1, pp. 139-158

8 0. Lindsey D. T. A High Wind Statistical Prediction Model for the Northern Front Range of Colorado //National Weather Association, Electronic Journal of Operational Meteorology, 2011.

81. Long R.R. Some aspects of the flow of stratified fluids: II. Experiments with a two-fluid system // Tellus, 1954, Vol. 6, pp. 97-115.

82. Long R. R. Some aspects of the flow of stratified fluids: III. Continuous density gradients //Tellus, 1955, Vol. 7, №. 3, pp. 341-357.

8 3. Markowski, P., Y. Richardson, Mesoscale Meteorology in Midlatitudes / Royal Meteorological Society, 2010, 327 p.

84. Mayr, G.J. and McKee, T.B. Observations of the evolution of orogenic blocking // Mon. Wea.Rev., 1995, Vol.123, pp.1447-1464

85. Mercer A. E. et al. Statistical modeling of downslope windstorms in Boulder, Colorado //Weather and Forecasting, 2008, Vol. 23, №. 6, pp. 1176-1194.

86. Miller P.R., Durran D.R. On the sensitivity of downslope windstorms to the asymmetry of the mountain profile// J. Atmos. Sci., 1991, Vol.48, No 12, pp. 14571473

8 7. Miranda P.M.A. and James I.N. Non-linear three-dimensional effects on gravity-wave drag: Splitting flow and breaking waves// Q.J.R.Meteorol.Soc., 1992, Vol.118, pp.1057-1081

88. Mobbs S. D., Vosper S.B., Sheridan P.F. et al. Observations of downslope winds and rotors in the Falkland Islands //Q. J. R. Meteorol. Soc, 2005, Vol. 131, №. 605, pp. 329-351.

8 9. Moore, G. W. K. The Novaya Zemlya Bora and its impact on Barents Sea air-sea interaction// Geophys. Res. Lett.,2013, Vol. 40, pp. 3462-3467

90. Nakanishi M., Niino H. An improved Mellor-Yamada level-3 model: Its numerical stability and application to a regional prediction of advection fog //Boundary-Layer Meteorology, 2006, Vol. 119, №. 2, pp. 397-407.

91. Nance L. B., Colman B. R. Evaluating the use of a nonlinear two-dimensional model in downslope windstorm forecasts //Weather and forecasting, 2000, Vol. 15, № 6, pp. 715-729.

92. Nappo C. J., Chimonas G. Wave exchange between the ground surface and a boundary-layer critical level //J.Atmos.Sci., 1992, Vol. 49, №. 13, pp. 1075-1091.

93. Papineau J.M. WRF simulations of north flow across the Alaska Peninsula: General characteristics of wakes, jets and mountain waves / 14th Conference on Mountain Meteorology, 31 August 2010

94. Peltier W.R., Clark T.L. Nonlinear mountain waves in two and three spatial dimensions // Q.J.R.Meteorol.Soc., 1983, Vol.109, pp. 527-548

95. Peltier W. R., Clark T. L. The evolution and stability of finite-amplitude mountain waves. Part II: Surface wave drag and severe downslope windstorms //J. Atmos. Sci., 1979, Vol. 36, №. 8, pp. 1498-1529.

9 6. Petkovsek Z. Bases and algorithm for nowcasting of the bora // Meteorol.Atmos.Phys., 1991, Vol. 46, pp. 169-174

97. Petkovsek Z. Upper boundary of the bora as a stationary frontal surface //Meteorol.Atmos.Phys., 1990, Vol.43, pp. 197-202

98. Pettre P. Contribution to the hydraulic theory of bora wind using ALPEX data //Beitr.Phys .Atmos., 1984, Vol. 57, №. 4, pp. 536-545.

9 9. Pullen J. et al. Bora event variability and the role of air-sea feedback //Journal of Geophysical Research: Oceans, 2007, Vol. 112, №. C3.

100. Queney P., Corby G.A., Gerbier N., Koschmieder H. and Zierep J.The airflow over mountains/ M.A. Alaka, Ed., Geneva,1960, W.M.O., 135 p.

101. Reed R.J. A case-study of a bora-like windstorm in western Washington// Mon.Wea.Rev., 1981, №109, pp.2383-2393

102.Reinecke P. A., Durran D. R. Initial-condition sensitivities and the predictability of downslope winds //J. Atmos. Sci, 2009, Vol. 66, №. 11, pp. 34013418.

103. Richard E., Mascart P., Nickerson E. C. The role of surface friction in downslope windstorms //Journal of Applied Meteorology, 1989, Vol. 28, №. 4, pp. 241-251.

104. Rognvaldsson O., Bao J. W., Agustsson H., and Olafsson H. Downslope windstorm in Iceland - WRF/MM5 model comparison// Atmos. Chem. Phys., 2011, Vol. 11, pp. 103-120.

105. Rothman W., Smith R.B. A laboratory model of severe downslope winds// Tellus, 1989, Vol. 41A, pp. 401- 415

10 6. Rotunno R., Houze R.A. Lessons on orographic precipitation from the mesoscale alpine programme// Q. J. R. Meteor. Soc., 2007, Vol. 133, №. 625, pp. 811830

107. Saito K., Ikawa M. A Numerical Study of the Local Downslope Wind "Yamaji-kaze" in Japan //Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II, 1991, Vol. 69, №. 1, pp. 31-56.

108. Sasaki K. et al. The temporal evolution and spatial structure of the local easterly wind "kiyokawa-dashi" in Japan PART II: Numerical simulations //Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II, 2010, Vol. 88, №. 2, pp. 161-181.

10 9. Scinocca J. F., McFarlane N. A. The parametrization of drag induced by stratified flow over anisotropic orography //Q. J. R. Meteorol. Soc., 2000, Vol. 126, №. 568, pp. 2353-2393.

110. Scinocca J. F., Peltier W. R. Pulsating downslope windstorms //J. Atmos. Sci., 1989, Vol. 46, №. 18, pp. 2885-2914.

111. Scinocca J. F., Peltier W. R. The instability of Long's stationary solution and the evolution toward severe downslope windstorm flow. Part I: Nested grid numerical simulations //J. Atmos. Sci., 1993, Vol. 50, №. 14, pp. 2245-2263.

112. Shin H. H. and Hong S.-Y. Intercomparison of Planetary Boundary-Layer Parametrizations in the WRF Model for a Single Day from CASES-99// Boundary-Layer Meteorol., 2011, Vol. 139, pp. 261-281.

113. Skamarock W. C., Klemp J. B., Dudhia J., et al. A Description of the Advanced Research WRF Version 3 NCAR / Mesoscale and Microscale Meteorology Division, National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colorado, USA, 2008, 113 p.

114. Smith C. M. and Skyllingstad E. D. Investigation of upstream boundary layer influence on mountain wave breaking and lee wave rotors using a large eddy simulation// J. Atmos. Sci., 2009, Vol. 66, pp. 3147-3164.

115. Smith C. M., Skyllingstad E. D. Effects of inversion height and surface heat flux on downslope windstorms //Mon. Wea. Rev., 2011, Vol. 139, №. 12, pp. 37503764.

116. Smith R.B. A measurement of mountain drag// J. Atmos. Sci., 1978, Vol.35, pp. 1644-1654

117. Smith R.B. Aerial observations of Yugoslavian bora// J. Atmos. Sci., 1987, Vol.44, Issue 2, pp. 269-297

118. Smith R. B. Kelvin-Helmholtz instability in severe downslope wind flow // J. Atmos. Sci., 1991, Vol. 48, №. 10, pp. 1319-1324.

119. Smith R.B. On severe downslope winds //J.Atmos.Sci., 1985, Vol.42, No 23, pp.2597-2603

12 0. Smith R. B. The influence of mountains on the atmosphere //Advances in geophysics, 1979, Vol. 21, pp. 87-230.

121. Smith R.B., Doyle J.D., Jiang Q.F., Smith S.A. Alpine gravity waves: lessons from MAP regarding mountain wave generation and breaking// Q.J.R.Meteorol.Soc., 2007, Vol. 133, pp. 917-36

122. Stein J. Investigation of the regime diagram of hydrostatic flow over a mountain with a primitive equation model. Part I: Two-dimensional flows //Mon. Wea. Rev., 1992, Vol. 120, №. 12, pp. 2962-2976.

12 3. Steinhoff D. F., Bromwich D. H., Monaghan A. Dynamics of the foehn mechanism in the McMurdo Dry Valleys of Antarctica from Polar WRF //Q.J.R. Meteorol. Soc., 2013, Vol. 139, №. 675, pp. 1615-1631.

12 4. Stiperski I., Ivancan-Picek B., Grubisic V., Bajic A. Complex properties of the bora wind / HyMeX, 8-10 June 2010, Bologna

12 5. Stull R.B. An introduction to boundary layer meteorology/ Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1988

12 6. Sun W. Y. Numerical study of severe downslope windstorm //Weather and Climate Extremes, 2013, Vol. 2, pp. 22-30.

12 7. Teixeira M. A. C. The physics of orographic gravity wave drag //Frontiers in Physics, 2014, Vol. 2, p. 43. https://doi.org/10.3389/fphy.2014.00043

12 8. Tewari M. et al. Implementation and verification of the unified NOAH land surface model in the WRF model //20th conference on weather analysis and forecasting/16th conference on numerical weather prediction, 2004, Vol. 1115.

12 9. Thompson G., Rasmussen R. M., Manning K. Explicit forecasts of winter precipitation using an improved bulk microphysics scheme. Part I: Description and sensitivity analysis //Mon. Wea. Rev., 2004, Vol. 132, №. 2, pp. 519-542.

13 0. Toropov P. A., Myslenkov S. A., and Shestakova A. A. Numerical simulation of Novorossiysk bora and related wind waves using the WRF-ARW and SWAN models// Russ. J. Earth Sci., 2012, Vol.12, ES6001

131. Van Gorsel E., Vogt R., Christen A., Rotach M.W. Low frequency temperature and velocity oscillations in katabatic winds //Ext. Abstr., Vol A, Int. Conf. Alpine Meteor. and MAP Meeting, 2003, pp. 251-254.

132. Vecenaj Z., Belusic D., Grubisic V., and B. Grisogono Comparison of the bora turbulence derived from airborne in-situ measurements with the WRF-ARW simulations/ 14th Conference on Mountain Meteorology, 31 August 2010

133. Vihma T., Kilpelainen T., Manninen M., et al. Characteristics of Temperature and Humidity Inversions and Low-Level Jets over Svalbard Fjords in Spring// Advances in Meteorology, Vol. 2011, Article ID 486807, 14 pages, 2011. doi: 10.1155/2011/486807

134. Vosper S.B. Inversion effects on mountain lee waves //Q.J.R.Meteorol.Soc., 2004, Vol.130, pp.1723-1748

135. Vucetic V. Severe bora on the mid-Adriatic //Hrvatski Meteoroloski casopis, 1993, Vol.28, pp.19-36

13 6. Wang T. A., Lin Y. L. Wave ducting in a stratified shear flow over a two-dimensional mountain. Part I: General linear criteria // J. Atmos. Sci., 1999, Vol. 56, №. 3, pp. 412-436.

137. Wang T. A., Lin Y. L. Wave ducting in a stratified shear flow over a two-dimensional mountain. Part II: Implications for the development of high-drag states for severe downslope windstorms // J. Atmos. Sci., 1999, Vol. 56, №. 3, pp. 437-452.

13 8. Yoshino M. Local wind bora/ University of Tokyo press, 1976, 289 P.

13 9. Zangl G. Deep and shallow south foehn in the region of Innsbruck: Typical features and semi-idealized numerical simulations //Meteorology and Atmospheric Physics, 2003, Vol. 83, №. 3-4, pp. 237-261.