Методика диагноза и прогноза тропических ливней по минимальному комплекту данных: На примере Республики Чад тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 11.00.09, кандидат физико-математических наук Галмай Орози

  • Галмай Орози
  • кандидат физико-математических науккандидат физико-математических наук
  • 2000, Санкт-ПетербургСанкт-Петербург
  • Специальность ВАК РФ11.00.09
  • Количество страниц 122
Галмай Орози. Методика диагноза и прогноза тропических ливней по минимальному комплекту данных: На примере Республики Чад: дис. кандидат физико-математических наук: 11.00.09 - Метеорология, климатология, агрометеорология. Санкт-Петербург. 2000. 122 с.

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Галмай Орози

Введение

1 Географическое положение и характеристика климата республика Чад (р. Чад)

1.1 Географическое положение

1.2 Общая характеристика климат и основные климатообразующие факторы

1.2.1 Циркуляционные факторы климата

1.2.2 Общая характеристика климата

1.2.3 Характеристика климата по районам

1.2.4 Суточный ход метеорологических характеристик и особые явления погоды

2 Параметризация конвекции и методы расчета осадков

2.1 Обзор методов параметризации конвекции

2.2 Метод облачных ансамблей

2.3 Влажно-конвективное приспособление

2.4 Метод Кую и его модификации

2.5 Струйная модель облака

3 Характеристики стратификации атмосферы над Судано-Сахельской зоной ^

3.1 Особенности информационного обеспечения исследований

3.2 Параметризация профилей температуры и влажности

3.3 Изменчивость параметров профилей температуры и влажности

4 Моделирование тропических ливней на базе универсальных средств программного обеспечения компьютеров

4.1 Характеристика развития автоматизации технологии синоптического прогноза

4.2 Назначение и краткое описание комплекса для моделирования конвективных явлений как приложения MS Office

4.2.1 Входная информация и методы ее получения и хранения

4.2.2 Структура комплекса

4.2.3 Перечень важнейших обозначений величин из входного потока данных

4.3 Краткое описание алгоритма и использованных формул

4.3.1 Вычисление характеристик стратификации атмосферы

4.3.2 Вычисление параметров состояния частицы конвективных потоков

5 Результаты использования комплекса для теоретических и прикладных исследований

5.1 Оценка условий выпадения осадков в Судано-Сахельской зоне

5.2 Метод оценки распределения осадков по территории на основе приземных данных

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Метеорология, климатология, агрометеорология», 11.00.09 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика диагноза и прогноза тропических ливней по минимальному комплекту данных: На примере Республики Чад»

Изучение проблемы осадков целенаправленно для хозяйственной деятельности стран Африки и в частности республики Чад представляется актуальной сегодня и важнейшей задачей. Выпадение осадков на границе тропической зоны и зоны Сахели, где располагается республика Чад, отличается значительной неустойчивостью из года в год. До настоящего времени это явление рассматривалось в мировой научной литературе в масштабе всей зоны Сахеля и в долгосрочном плане. При этом сравнивались суммы осадков в разные годы с изменчивостью различных метеорологических и геофизических характеристик.

Таким образом, оставался в стороне вопрос о причинах отсутствия и выпадения дождей для каждого конкретного дня. Без изучения этих причин невозможно понять природу засух. Каждый год перед началом выпадения первого дождя создаются условия такие же как во время засухи, но в один год эти условия прерываются ливнями, а в другой год вообще не наблюдается дождей. Это значит, что требуется изучить физические условия выпадения тропических дождей. Наличие хорошо организованной метеорологической службы и географическое положение республики Чад позволяют произвести такое исследование.

Работа была ориентирована на то, чтобы путем анализа закономерностей развития конвективных облаков получить условия выпадения из них тропических ливней, а затем на этой основе создать метод, который позволит рассчитывать в прогностических подразделениях метеорологического департамента республики Чад картину благоприятных для выпадения осадков условий по территории, используя общедоступные программно-аппаратные средства и минимальный комплект данных (приземную метеорологическую информацию).

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи: 5

1) Создать базу общегеографических и метеорологических данных по территории республики Чад и на основе полученных материалов характер, частоту и особенности территориального распределения опасных конвективных явлений и в том числе тропических ливней.

2) Изучить современные методы прогноза и параметризации конвективных осадков и выбрать наиболее подходящий в качестве основы с учетом специфики района и информационной освещенности.

3) Провести анализ аэрологических данных и выявить минимальный набор параметров для описания стратификации атмосферы при прогнозе над исследуемым районом.

4) Разработать комплект программных средств, позволяющих решать задачи прогноза параметров конвекции и ливней, с использованием только общедоступных пользовательских систем компьютерного сбора, обработки и наглядного представления данных.

5) Изучить условия выпадения осадков на рассматриваемой территории и разработать методику их диагноза и прогноза, а также получить способы оценки количества осадков по наземным данным.

Диссертация состоит из пяти глав. В главе 1 дана характеристика физико-географических условий республики Чад. В главе 2 рассмотрен методов расчета характеристик конвекции и ливневых осадков, которые признаны наиболее физически обоснованными в настоящее время. В главе 3 проведено исследование степени соблюдения условий применимости струйного метода в реальных условиях конвективных явлений республики Чад. В главе 4 описаны специфические особенности принятого в работе метода численной реализации модулей расчета характеристик конвекции и параметров тропических ливней. В главе 5 приведены результаты исследований условий выпадения тропических ливней и разработки метода их расчета по минимальному комплекту исходных данных. 6

Похожие диссертационные работы по специальности «Метеорология, климатология, агрометеорология», 11.00.09 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Метеорология, климатология, агрометеорология», Галмай Орози

Заключение

В заключение диссертации отметим, что развитие конвективных облаков в сезон дождей в центральном и южном Чаде так же благоприятно, как и в самых влажных частях тропической зоны Африки. Однако данные по Чаду полнее и лучше по качеству, чем в других странах зоны Сахеля. Территория Чада располагается почти на уровне моря и является слабо холмистой местностью. Это позволяет, используя данные республики Чад, провести полноценный физико-математический анализ условий образования кучево-дождевых облаков и осадков. По этим данным были создана база, обеспечивающая научно-исследовательские работы по изучению тропических ливней в Судано-Сахелской зоне. Проведен физико-статистический анализ аэрологических данных исследуемого района, показывает, что изменчивость основных четырех параметров на 85 % описывается двумя главными факторами, которые практически полностью определяются: первый - приземной температурой, а второй - массовой долей водяного пара. Это значит также, что выпадение осадков и их количество в экваториальной Африке определяется в первую очередь условиями вблизи земной поверхности. В экваториальной Африке описание профилей температуры и влажности по ежедневным аэрологическим данным следует проводить с помощью двухпараметрических моделей.

Для моделирования в целях прогноза процессов тропического облака и осадкообразования при полученных условиях, наиболее приемлемой является струйная модель. Она подробно исследована как раз при таких упрощенных предположениях, которые характерны для погоды в исследуемом районе.

Разработана компьютерная технология расчета характеристик конвекции и конвективного облака по струйной модели, в которой в качестве

107 оболочки используется пакет Ехсе1-97, а все необходимые модули выполнены в виде приложений к нему. Это создает возможность использовать универсальные программные средства среды Windows в качестве автоматизированного рабочего места синоптика.

Изучены условия выпадения тропических ливней. При использовании двухпараметрического представления изменения температуры и влажности с высотой получены аппроксимационные формулы для расчета характеристик конвекции по приземным данным. Использование этих формул позволило сформулировать необходимые условия выпадения тропических ливней в форме критериев, вычисляемых только по хорошо обеспеченным наблюдениями величинам.

Распределения суточных сумм осадков для всех станций Чада можно считать логарифмически нормальным. Это позволяет использовать метод полиномиальной регрессии и получить зависимость среднего количества осадков за сутки в день с дождем от значений температуры и массовой доли водяного пара в этот день.

Получен метод оценки вероятности регистрации осадков в пункте при благоприятных для выпадения осадков сочетаниях приземных условий по температуре и влажности.

108

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Галмай Орози, 2000 год

1. Абдалла Хияр Абдалла. Синоптико-статическое исследование условий возникновения гроз и пыльных бур в аэропорту Хартум и возможности краткосрочного прогноза этих опасных для авиации явлений. Автореферат дисс. канд. геогр. наук. -СПб.: 1994. -16 с.

2. Алибегова Ж. Д. Элизбарашвили э. ш. Статиитическая структура атмосферных осадков в горных районах. -Л.: Гидрометеоиздат, 1980.-136 с.

3. Аптон г. Анализ таблиц сопряженности. -М.: Финансы и статистика, 1982. -143 с.

4. Афифи А., Эйзен С. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ. -М.: Мир, 1982. -488 с.

5. Бекряев В.И., Довгалюк Ю. А., Зинченко A.B. Определение некоторых свойств ансамбля конвективных облаков по данным аэрологического зондирования // Тр. ГГО. 1979. Вып. 405. -С. 3-9.

6. Бекряев В.И. Практикум по физическим основам воздействия на атмосферные процессы.-Л.: Гидрометеоиздат, 1991.-144 с.

7. Белов П.Н., Борисенков Е.П., Панин Б.Д. Численные методы прогноза погоды. -Л.: Гидрометоиздат, 1989. -376 с.

8. Бирман Б.А., Балашова Е.В. Муссоны гвинейского залива // Тр. ВНИИГМИМЦД, 1983. -Вып. 99. -С. 3-13.

9. Воробьев Б.М. Некоторые результаты численного моделирования сильно нагретых конвективных струй в стратифицированной атмосфере // Тезисы докладов итоговой сессии ученого совета РГГМУ, СПб.: Изд. РГГМУ, 1997. -С. 28-29.

10. Воробьев В.И. Синоптическая метеорология.-Л. .Гидрометоиздат, 1991. -616 с.

11. Боровиков В. П., Боровиков И. П. Statistica статистический анализ и обработка данных в среде Windows. -М.: Информационно-издательский дом1091. Филин", 1998. -608 с.

12. Бюллетень ВМО. 1998. -Т. 47. -NO 1. -С. 91-92.

13. Гетц К., Джильберг М. Программирование в Microsoft Office для пользователя. -К.: Издательская Группа BHV, 2000. -384 с.

14. Дмитриев А. А. Ортогональные экспоненциальные функции в гидрометеорологии. -Д.: Гидрометеоиздат, 1973. -119 с.

15. Динамика атмосферы, облачность и теплообмен в тропиках / Под ред. Белова П.Н. Т. 7. ПИТАЛ . Л.: Гидрометоиздат, 1983. -264 с.

16. Динамика погоды / Под ред. Манаве С. -Л.: Гидрометоиздат, 1988. -416 с. (Пер. с англ.)

17. Зверев А.С. Синоптическая метеорология и основы предвычисления погоды. -Л.: Гидрометоиздат, 1968. -771 с.

18. Зинченко А.В. Алгоритм приближенного расчета облачной конвекции на основе струйной модели // Труды ГГО. -1994. -Вып. 482. -С. 61-65.

19. Гринзоу Л. Философия программирования для Windows 95/NT. -СПб.: Символ-Плюс, 1997. -640 с.

20. Калинин Н.И. Засуха грозная стихийная сила // Человек и стихия'86. -Л.: Гидрометоиздат, 1985. -С. 78-79.

21. Климаты Африки / Под ред. Лебедева А.И., Сорочан О.Г. -Л.: Гидрометоиздат, 1974. -568 с.

22. Колин С. Рамадж. Эль-Нино // В Мире Науки (Scientific American). M.: Изд. Мир, 1996. -№.8. -С. 38-47. (Пер. с англ.)

23. Лебедев А.Н. Климат Республики Судан // Тр. ГГО. 1962. -Вып. 030. -С. 170-239.

24. Майкл Х.Глаяц. Засуха в Африке // В мире Науки (Scientific American). -M.: Мир, 1986, №.8. -С. 4-11. (Пер. с англ.)

25. Матвеев Л.Т. Динамика облаков. Л.: Гидрометоиздат, 1981. -310 с.110

26. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. -Л.: Гидро-метоиздат, 1984. -751 с.

27. Матвеев Л.Т. Теория общей циркуляции атмосферы и климата земли. -Л.: Гидрометоиздат, 1991. -295 с.

28. Матвеев Ю. Л. О функциях распределения водности облаков // Тр. ВНИИГМИМИД, 1981. -Вып. 65. -С. 73-78.

29. Матвеев Ю. Л. Пространственная структура глобального поля облачности //Тр. ГГО, 1981. -Вып. 460. -С. 38-43.

30. Матвеев Ю. Л. Параметризация глобального поля облачности в моделях общей циркуляции атмосферы // Тр. Казанского НИИ Госкомгидромета СССР, 1983. -Вып. 87. -С. 54-52.

31. Матвеев Ю. Л. Физико-статистическое исследование глобального поля облачности.-Л.: 1983. -175 с.

32. Мещерская А. В. и др. Естественные составляющие метеорологических полей. Л.: Гидрометоиздат, 1970. -199 с.

33. Облака и облачная атмосфера: Справочник.-Л.: Гидрометеоиздат, 1989.647 с.

34. Обмен Метеорологическими данными. ВМО, 1996. - №. 837. -25 с.

35. Орлова Е.М. Краткосрочный прогноз атмосферных осадков. -Л.: Гидрометоиздат, 1979. -168 с.

36. Пол Санна и др. Visual Basic для приложений (версия 5). -СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 1997. -704 с. (Пер. с англ.)

37. Радиация в облачной атмосфере / Под ред. Фейгельсон Е. М. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. -260 с.

38. Риль Г. Тропическая метеорология. -М.: Изд-во. Иностр. Лит-ры, 1963. -364 с.

39. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. Ч. 1. -Л.: Гидрометоиздат, 1964. -519 с.1.l

40. Русин И.Н. Гидродинамические методы долгосрочных прогнозов погоды. -Л.: Изд. ЛПИ, 1984.-150 с.

41. Русин И. Н. Современные методы метеорологических прогноз погоды. -Л.: изд. ЛПИ, 1987. 96 с.

42. Русин И.Н. Прогноз погоды: искусство, наука или производство? // Человек и стихия'92. СПб.: Гидрометоиздат, 1991. -С. 65-69.

43. Русин И. Н. Влияние гор на формирование ливневых осадков. -С-пб.: РГГМИ. 1996. 50 с.

44. Русин И. Н. Синоптическая интерпретация данных при расчете ливневых осадков в горах. -СПб.: РГГМУ. 2000. -200 с.

45. Русин И.Н. и др. Автоматизированный расчет количества осадков в теплый период года по методу Е. М. Орловой // Сборник работ ЛГМЦ, 1986. -№.4.-С. 5-21.

46. Русин И.Н., Тараканов Г.Г. Сверхкраткасрочные прогнозы погоды. -СПб.: РГГМИ, 1996. -128 с.

47. Русин И. Н. и др. Условия образования ливней в тропиках и субтропиках // Тезисы докладов итоговой сессии ученого совета РГГМУ, СПб.: Изд. РГГМУ, 2000. -С. 12-13.

48. Сагоян Л.Т. Республика Чад. Справочник.- М.: Восточная Литература, 1993. -151 с.

49. Тверская Н. П., Соколова Г. П. Статистические характеристики вертикальных профилей температуры и влажности в атмосфере в дни с конвективной облачностью // Тр. ГГО, 1975. -Вып. 356. -С. 46-53.

50. Успенский Б.Д., Веселова Г.К. Новая аэрологическая диаграмма и ее применение при диагнозе и прогнозе погоды. -Л.: Гидрометеоиздат, 1969, 28 с.

51. Уэллс Э., Хешбаргер C.Microsoft excel 97: разработка приложений. -СПб.: Киев, БХВ Санкт Петербург, 1998. -624 с. (Пер. с англ.)112

52. Фалькович А. И. Динамика и энергетика внутритропической конвергенции. -JL: Гидрометоиздат, 1979. -247 с.

53. Хаин А.П. О применении гипотезы условной неустойчивости второго рода при параметризации атмосферной конвекции // Метеорология и гидрология, 1977. -№ 2. -С. 103-108.

54. Хандожко Л.А. Оценка экономического эффекта прогнозов погоды. -Л.: ЛПИ, 1987.-49 с.

55. Шметер С.М. Термодинамики и физика конвективных облаков. -Л.: Гидрометоиздат, 1987. -287 с.

56. Allan Н. Murphy. The Early History of Probability Forecasting: Somme Extensions and Clarifications // Wea. Forecasting. -1998. -Vol.13. -№. 1. -P. 5-15.

57. Arakawa A., Shubert W. Interaction of cumulus cloud ensemble with the large-scale environment. P. 1.// J. Atmos. Sci. -1974. -Vol. 31. -№ 3. -P. 674-701.

58. Betts A.K. A new convective adjustment schemes. I: Observational and theoretical basics //Quart. J. Roy. Meteor. Soc. -1986. 112. -P. 677-691.

59. Bhalme H.N. El Nino-Soutern Oscillation (ENSO) // ETR-9. -WMO/TD. -1991. №. 496. -Vol. II. -P. 84-92.

60. Bluestein H.B. Synoptic-Dynamic Meteorology in Midlatitudes. -Vol. II: Observations and Theory of Weather Systems. -Oxford University Press, 1993. -594 p.

61. Bolton D. The computation of equivalent potential temperature // Mon. Wea. Rev., 1980. -Vol. 108. P. -1046-1053.

62. Chang C.P. and Krisnamurti T. N. Monsoon meteorology. New York: Clarendon Press, 1987. -544 p.

63. Charley J. G. Dynamics of desrts and drought in the sahel // Quart J. Roy. Met. Soc. -15(75. -Vol. 101. -NO 428. -P. 193-202.

64. Climat, secheresse et desertification. OMM, 1997. -№. 869. -13 p.

65. Cotton W.R., Anthes R.A. Storm and cloud dynamics. -Academic Press, 1989.113-872 p .

66. Das P.K. Monsoons (fifty IMO lecture). WMO, 1986. -№. 613. -155 p.

67. Dhonneur G. The cloud clusters- the main component of the Sahelian Meteorology: int. Conf. on Early Results of FGGE and Large-scale aspects of its Monsoon Experiments, Tallahassee, USA. -WMO, 1981. -Session 8. -P. 11-15.

68. Emmanuel K.A. Atmospheric convection. Oxford University Press, 1994. 580 p.

69. Johns R.H. Meteorological conditions associated with bow echo development in convective storms // Wea. Forecasting, 1993. № 8. -P. 294-299.

70. Hildebrandsson H.H. Quelques récherches sur les centres d'action de l'atmosphère. K. Svenska Vetens-Acad.Handl, 1987. -22. 33 p.

71. Kenneth Have and Ogallo L.A.J. Climate variations, drought and desértifica-tion.-WMO, Geneva, 1993. -№ 653. -45 p.

72. Kuo H.L. Further studies of the parameterization of the influence of cumulus convection on large-scale flow// J. Atmos. Sci. 1974. 31. -P. 1231-1240.

73. Mandai G.S. Intertropical Convergence Zone. ETR-9, WMO/TD, 1991. -Vol. I. -№. 496. -P. 197-212.

74. Michaud L.M. Heat to work convection during upward heat convection. Part II: Internally generated entropy method. // Atmos. Research, 1996. Vol.41. -№.2. -P. 93-108.

75. Ryan B.F. On the global variation of precipitating layer clouds // Bull. Amer. Meteor. Soc., 1996. -Vol. 77. -№. 1. -P. 53-70.

76. Sandra C.B. Barreira. The effects of the parameterization of physical process in the Argentine Naval Meteorological Service five-level model // Atm. Research, 1996. -Vol. 43. -№. 1. -P. 47-75.

77. Schneider E.K. and Lindzen R.S. A discussion of the parameterization of momentum exchanges by cumulus convection // J. Geophysical Research, 1976. -81. 3158-3160 p.114

78. Silvana R.B. and Henri Sauvageot. The estimation of rainfall in the Sahelian squall line by the areathreshold method // Atmos. Research, 1997. -Vol.43. -№. 3. -P. 207-216.

79. Vaidya S.S. Parameterization of cumulus convection and fluxes through PBL. ETR-9. WMO/TD , 1991. -Vol. II. -№. 496. -P.43-58.

80. Vaidya S.S. and Singh S.S. Thermodynamic Adjustment Parameters in the Betts-Miller Scheme of Convection // Wea. Forecasting, 1997. -Vol. 12. -№. 4. -P. 819-825.115

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.