Прогноз адвективного туману

Прогноз адвективного туману значно складніший, ніж радіаційного, тому що він залежить від більшої кількості факторів; дуже важливим при цьому є визначення переносу.

При побудові траєкторії часток робиться припущення, що баричне поле квазістаціонарне для інтервалу часу, на який будується траєкторія (протягом 6 год). В прогнозі з завчасністю більше 6 год необхідно враховувати зміну баричного поля, тобто використовувати прогностичні карти погоди. При прогнозі переміщення зон туману необхідно брати до уваги еволюцію цих зон.

Необхідною умовою для тривалого туману є стійка стратифікація і наявність піднесеної інверсії. Окрім того, адвекція створює сприятливі умови для адвективного турбулентного тепло- і вологообміну нижніх шарів повітря з підстильною поверхнею, в результаті чого відбуваються неадвективні зміни температури і вологості. Однак, необхідно, щоб турбулентне перемішування, яке не залежить від швидкості вітру і стратифікації повітря, не встигало переносити вверх продукти конденсації, які виникли в приземному шарі повітря. В протилежному випадку формується не туман, а низька хмарність.

Прогноз утворення адвективного туману потребує врахування як локальних змін температури і вологості повітря, так і індивідуальних, які визначаються адвекцією і радіацією.

Якщо при радіаційному тумані індивідуальні зміни, як правило, збігаються з локальними, то при адвективному тумані ці зміни частіше мають протилежні знаки. Індивідуальні зміни температури і вологості мають однакові знаки при вологій підстильній поверхні і малому дефіциті точки роси на початку траєкторії. Якщо при адвекції тепла повітря порівняно сухе, то індивідуальні зміни температури будуть мінусовими, а вологості - плюсовими.

По суті, адвективний туман і, в більшості випадків, шаруваті хмари є продуктами трансформації повітряної маси в нижньому шарі атмосфери в холодний період року. В нижньому шарі атмосфери при хмарній погоді трансформаційні зміни температури залежать, в основному, від величини адвекції температури в цьому шарі (Т_п), яка визначається швидкістю потоку (и) і горизонтальним градієнтом температури вздовж потоку DТ/DS.

При одній і тій же величині адвекції тепла, вертикальна стратифікація може бути різною, а також умови утворення адвективного туману будуть різними. При значній швидкості вітру і малих горизонтальних градієнтах температури вздовж потоку вертикальний градієнт буде великим, тому умови для адвективного туману несприятливі. І навпаки: при слабкому вітрі і великих горизонтальних градієнтах температури вертикальний градієнт буде малим, а умови для адвективного туману сприятливі.

За методом М.В.Петренка та С.В. Некрасова

1. Основні прогностичні параметри: різниці між значеннями температури повітря та її точки роси біля поверхні землі на початку дев’ятигодинної траєкторії частки і фактичними їх значеннями в пункті прогнозу, відповідно (Т_а – Т_ф) і (Тd_а – Тd_ф), а також дефіцит точки роси на початку траєкторії (Т – Тd)_а .

2. Успішність прогнозу адвективного туману в значній мірі залежить від точності побудови прогностичної траєкторії. Методика її побудови полягає в наступному. В районі пункту, для якого складають прогноз, розраховують поле тиску з завчасністю 9 год. За даними зондування над пунктом прогнозу на висоті 150 м визначають швидкість вітру u₁₅. Від пункту прогнозу в напрямку, протилежному потоку, проводять криву таким чином, щоб вона мала кривизну прогностичних ізобар, розміщувалась приблизно під кутом 15° до цих ізобар та відхилялась в сторону високого тиску. На цій кривій відкладають відрізок L, що дорівнює половині довжини 9-годинної прогностичної траєкторії частки повітря.

Довжину відрізка L (в км) розраховують за формулою

L = 3,6 u₁₅ t = 16,2×u , (5.17)

де u₁₅ – швидкість вітру (м×с^-1) на висоті 150 м; п₁ – відстань (см) між суміжними ізобарами над пунктом прогнозу за вихідний строк; - відстань (см) між тими ж ізобарами через 9 год; Δt = 4,5 год.

Від проміжної точки також проти потоку проводять криву, яка повинна мати кривизну вихідних ізобар та відхилятися від них в сторону високого тиску на кут 15°. Довжина нового відрізку дорівнює другій половині 9-годинної траєкторії і розраховується за допомогою співвідношення

L = 16,2 u₁₅ (5.18)

де - відстань (в см) між суміжними вихідними ізобарами. Знайдена точка є початковою точкою переносу.

3. За значеннями температури і точки роси на початку траєкторії та в пункті прогнозу визначають градієнти температури ΔТ/ΔS = (Т_п – Т_ф)/ΔSі точки роси ΔТd/ΔS = (Тd_п – Тd_ф)/ΔS вздовж траєкторії довжиною ΔS, в сотнях км (рис. 14.5). Чим більші додатні значення градієнтів, тим більша імовірність туману.

4. На полі графіку (рис. 5.9) знаходять точку перетину значень градієнта температури ΔТ/ΔS і дефициту точки роси (Т – Тd)_п. Якщо ця точка попаде в область туману, то від неї по вертикалі слід опуститися до значення швидкості вітру u, що очікується через 9 год в пункті прогнозу. Якщо нове положення точки знову опиниться в зоні туману, тобто точка буде знаходитись між нижньою суцільною кривою і горизонталлю 0, слід очікувати туман. Пунктирна крива на графіку відповідає метеорологічним умовам України (за даними І В. Кошеленка), де адвективний туман може виникати при більших швидкостях вітру, ніж в районі Москви.

Рис. 5.9 – Комплексний графік для прогнозу адвективного туману.

5. Якщо за графіком (рис. 5.9) очікується туман, то додатково використовують графік, приведений на рис. 5.10. На ньому знаходять точку перетину значень ΔТd/ΔS і дефициту точки роси (Т – Тd)_п у початковій точці переносу. Якщо точка попадає в область туману, тобто опиниться нижче суцільної кривої, то висока імовірність виникнення туману. Якщо точка опиниться поза областю туману, то туман все-таки прогнозують, хоча імовірність утворення туману буде нижчою. Нижня частина графіку використовується при прогнозі видимості в тумані.

Рис. 5.10. - Комплексний графік для прогнозу адвективного туману та видимості в ньому.

6. Якщо ΔТd/ΔS > 1 °С/100 км, (Т – Тd)_п < 2 °С, а очікувана швидкість вітру u < 4 м×с^-1, то туман може виникнути на 2…3 год раніше, тобто через 6…7 год після строку спостережень, за якими побудована вихідна карта.

Розсіюється адвективний туман внаслідок посилення вітру на 1…2 м×с^-1 або при зміні адвекції теплого повітря на адвекцію сухого холодного повітря. В теплу пору року розсіювання адвективного туману можливе внаслідок денного прогріву повітря.

За методом І.В Кошеленка

Прогноз туману і низької хмарності з завчасністю 8-10 год робиться за допомогою номограми (рис. 5.11). На вертикальній вісі відкладається прогностичне значення швидкості вітру, на горизонтальній вісі - горизонтальний градієнт температури. Цей метод дозволяє визначити тільки необхідні умови утворення туману. Адвективний туман можна спрогнозувати тоді, коли адвективна температура буде нижчою або дорівнюватиме точці роси в пункті прогнозу. Величина такого зниження температури визначається за різницею між точкою роси на початку траєкторії Td_п та фактичною температурою повітря Т_ф. Таким чином, якщо Td_п – Т_ф ³0, прогнозуємо туман.

Рис. 5.11 - Графік для прогнозу адвективного туману.

V – очікувана швидкість вітру в пункті прогнозу;

ΔΤ/ΔS – горизонтальний градієнт температури вздовж шляху переміщення частки повітря.

За методом І.В. Кошеленка передбачають переміщення зон туманів, які спостерігаються, і можливість збереження туману.

1. За приземною картою для даного пункту (району) визначають траєкторію, за якою в цей пункт перемістяться частки повітря.

2. На початку траєкторії визначають точку роси Td_п.

3. Прогнозують температуру повітря Т в заданому пункті з урахуванням адвективних і трансформаційних змін температури. Якщо
Т < Td_п, туман можливий.

4. Якщо відоме значення вертикального градієнту температури (γ) в граничному шарі повітряної маси, що переміщується, то імовірність туману визначають за графіком (рис. 5.11).

5. Час виникнення адвективного туману передбачають за швидкістю переміщення в напрямку заданого пункту зон туманів або за часом, коли очікується охолодження частки повітря, що переміщується, до значення Td_п.

6. При прогнозі враховується можливість зниження хмар до поверхні землі. При низькій хмарності необхідно визначити тенденцію зміни висоти нижньої межі хмар.

7. Прогноз зникнення адвективного туману в заданому пункті дається з урахуванням припинення дії факторів, що спричинили туман (зміна повітряної маси у зв’язку з проходженням фронту, послаблення адвекції тепла, збільшення γ і т.п.).