Термодинамические параметры атмосферы и их прогноз

Турбулентность атмосферы влияет на образование и развитие облаков различных форм. Информацию об атмосферной турбулентности на высотах получают самолетными измерениями в условных градациях, что недостаточно для прогнозирования. Радиолокационные измерения дают только вероятностные характеристики, поэтому важно использовать комплексный метод. Для решения прогностических задач необходима разработка эмпирической модели атмосферной турбулентности для облаков различных форм особенно при их возникновении. Облака деформируют поля метеорологических величин, площадь турбулентности обычно превышает облачную зону, поэтому в работе анализировалась не только облачность, но и окружающая атмосфера. В исследовании использовались спутниковые, радиолокационные, аэрологические данные, частично станционные за 1996-2015 гг. Данные объединялись в группы по типам облачности (генетическая классификация) над, под облаками и при отсутствии облачности. Критериями спокойных и турбулентных зон брались среднеквадратические пульсации горизонтальной и вертикальной компонент скорости ветра и температуры, что эффективно для исследования пространственной структуры турбулентности.
Анализ данных о пульсациях скорости ветра в облаках показал, что внутри турбулентных зон распределение пульсаций компонент скорости ветра хорошо описывается законом нормального распределения. Пульсации для турбулентных слоев нормировались на среднеквадратические величины, рассчитывались относительные пульсации. Анализировались значения эмпирических функций распределения относительных пульсаций скорости ветра по высоте для облачности, относительная протяженность турбулентных зон для различных групп. Над и под облаками относительная протяженность турбулентных зон чуть ниже, чем в среднем в облаках. Относительная протяженность турбулентных зон минимальна в безоблачном пространстве, около 25%. Исследовалось отношение суммарной протяженности спокойных и возмущенных зон, как характеристика неоднородности турбулентности.
Протяженность турбулентных и спокойных зон рассчитывалась по средним значениям и эмпирическим функциям распределения. В волнистообразных облаках протяженность таких зон меньше 16 км (50% случаев). Протяженности турбулентных зон в облаках других форм подобна, но в Cu турбулентные зоны короче, а в Cb — длиннее. Турбулентные зоны в облаках более протяженные, чем в безоблачном пространстве. Средние значения дисперсий пульсаций и размеров турбулентных зон характеризуют структуру турбулентности в облачной атмосфере. Значение дисперсий турбулентной зоны определяется шириной турбулентного участка, средняя интенсивность пульсаций компонент скорости ветра и температуры в активных облачных зонах описывается средней дисперсией. Анализировались средние стандартные отклонения пульсаций скорости ветра и температуры в облаках. Характеристиками турбулентности являются и спектральные плотности пульсаций скорости ветра. Исследовались пульсации в слоях более 10 км (в меньших не получить статистически точные характеристики). В работе приведены кривые средних спектральных плотностей пульсаций для различных облаков, выявлены отклонения причиной которых явилась конвекция (термическая и ячейковая). Выявлена большая изменчивость турбулентности во фронтальных и внутримассовых слоистообразных, волнистообразных облаках и вне облачного слоя. Статистические и спектральные характеристики применены в эмпирической модели. Работа подготовлена при финансовой поддержке гранта РФФИ Р-УРАЛ № 14-05-96002