Условия возникновения сильных шквалов и смерчей, вызывающих крупные
ветровалы в лесной зоне Европейской территории России и Урала

Сильные шквалы (с максимальной скоростью ветра ≥ 25 м/с) и смерчи являются наиболее опасными явлениями погоды конвективного характера на большей части территории России. Они часто становятся причинами чрезвычайных ситуаций и гибели людей (Бедрицкий и др., 2001; Chernokulsky et al., 2020). При этом особый интерес представляют наиболее интенсивные и/или охватывающие значительную территорию случаи, поскольку именно с ними связан наибольший ущерб (Дмитриева, Песков, 2013; 2016). Однако сформировать выборку таких случаев может быть проблематично, поскольку значительная часть случаев шквалов и подавляющее большинство смерчей не фиксируются метеостанциями.
Для лесной зоны критерием, позволяющим объективно (т.е. независимо от плотности населения) оценить интенсивность шквалов или смерчей, а также размер территории, подвергшейся их воздействию, может выступать площадь вызванных ими ветровалов (Shikhov et al., 2020). Основным недостатком этого критерия является его зависимость от доли лесопокрытой территории. Однако поскольку значительная часть территории России характеризуется лесистостью свыше 50––60%, данные о ветровалах могут успешно использоваться для формирования выборки выдающихся случаев шквалов и смерчей и последующего анализа условий их возникновения.
Целью настоящего исследования является анализ условий возникновения особо сильных шквалов и смерчей на Европейской территории России (ЕТР) и Урале на основе выборки из 53 случаев, сформированной по данным о крупных ветровалах в лесных массивах региона за период 1989––2019 гг. Синоптические и метеорологические условия возникновения перечисленных случаев, в том числе индексы неустойчивости, были проанализированы на основе данных реанализов CFS/CFSv2 и ERA5. Дополнительно привлекались данные аэрологического зондирования.
Установлено, что важными факторами для возникновения сильных шквалов и смерчей являются значительный контраст температуры на фронте (в среднем 9,6°С/500 км), а также наличие струйного течения в нижней или средней тропосфере, ориентированного вдоль фронтальной зоны. В большинстве случаев для возникновения шквалов и смерчей необходимо сочетание высокого влагосодержания воздушной массы (в среднем около 40 мм), умеренной или сильной конвективной неустойчивости (CAPE > 1000 Дж/кг) и сильного сдвига ветра по скорости. При этом для формирования шквалов большее значение имеет влагосодержание и конвективная неустойчивость атмосферы, а для формирования смерчей ключевым является сдвиг ветра в нижнем слое.
Несколько случаев смерчей выделяется на фоне общей картины их формирования, так как они возникли в более холодных воздушных массах с относительно низким влагосодержанием, но при более сильном сдвиге ветра. Смерчи в таких условиях отмечались в первой половине мая или в сентябре, когда повторяемость конвективных явлений над лесной зоной ЕТР значительно ниже, чем летом.
По данным обоих реанализов (CFSR и ERA5) выявлены статистически значимые различия условий возникновения шквалов и смерчей. Для возникновения шквалов большее значение имеет влагосодержание и конвективная неустойчивость атмосферы (значения параметров CAPE, K Index и PRECWAT для шквалов выше, чем для смерчей). В свою очередь, для возникновения смерчей ключевым является сдвиг ветра в нижнем слое (LLS) и в меньшей степени завихренность (0––3 km SRH).

Сбор исходной информации выполнен при поддержке РФФИ (проекты № 19-05-00046-а, 20-35-70044), анализ данных – при поддержке РНФ (проект № 18-77-10076).