Типизация условий возникновения смерчей над морями и внутренними водами России

В работе проанализированы условия возникновения 48 водяных смерчей, сформировавшихся над морями и внутренними водами России за последние 10 лет. Рассматривались смерчи над Черным морем – это наиболее активная зона смерчегенеза в нашей стране. Кроме того смерчи над Азовским, Балтийским, Каспийским, Японским, Охотским и Белым морями, над Финским заливом, а также над озерами, реками и водохранилищами – области, где водяные смерчи достаточно редки. Использовались данные окончательного анализа центра NCEP с разрешением 0.25 и 1° (FNL), синоптические карты, архив аэрологических данных (15 случаев) и результаты численного моделирования по WRF-ARW v.4.5 на 45 вертикальных уровнях в пределах области с центром в точках регистрации смерчей. Проводилось прямое моделирование конвекции с использованием вложенных сеток (9 км, 3 км, 1 км). Период моделирования составлял около 24 ч до момента регистрации смерча.

По результатам анализа выделены характерные шаблоны атмосферной циркуляции у поверхности и на различных изобарических уровнях (850, 500 и 200 гПа), способствовавшие возникновению смерчей из отобранного перечня. Установлено, что в объеме рассматриваемой выборки в большинстве случаев смерчи возникали в условиях высотных циклонов (тип CLOSED), при прохождении над местом регистрации смерча струйных течений верхнего и/или нижнего уровня, как правило с идентификацией циклона в нижнем слое. В меньшей степени смерчи формировались в условиях длинных (тип LW) и коротких (тип SWT) ложбин на 500 гПа, также при прохождении струйных течений и выявлении приземных циклонов.

Анализ результатов моделирования по WRF-ARW v.4.5 показал, что в большинстве случаев в моменты регистрации смерчей в нижнем слое атмосферы отмечалась высокая влажность (более 90%). В отдельных компактных зонах фиксировались достаточно большие горизонтальные градиенты температуры и скорости ветра. Как известно, подобные контрасты могут способствовать росту малых возмущений, принимающих вид волн или вихрей [1]. Они обеспечивают перемешивание воздуха, в результате чего возникшие контрасты постепенно сглаживаются. В данном случае в зонах контрастов модель воспроизводила области завихренности и упорядоченных вертикальных движений воздуха c большими значениями спиральности восходящего потока (updraft helicity, UH) [2]. Значения UH рассчитывались в нижнем слое до 3 км на сетке с разрешением 1 км. Для основной массы случаев эти значения не превышали 30 м2/с2. На сетке с разрешением 9 км проводились расчеты конвективной доступной потенциальной энергии (CAPE). Установлено, что, как правило, смерчи возникали в условиях слабой конвективной неустойчивости (CAPE < 1500 Дж/кг). Очевидно, что ведущую роль в их образовании мог сыграть динамический фактор (сдвиг ветра, обусловленный прохождением струйных течений).

В области вложенной сетки с разрешением 1 км (100х100 км), как правило, идентифицировались сразу несколько конвективных ячеек, которые по своим характеристикам могли быть связаны со смерчами. Для тех из них, которые располагались ближе к месту регистрации смерча, проводился анализ распределения основных метеорологических параметров вдоль вертикального сечения, проходящего через центр конвективной ячейки. Установлено, что во многих случаях рассматриваемые ячейки возникали в условиях чередования слоев различной влажности. Стремительные восходящие потоки в этих ячейках воспроизводились моделью в пределах достаточно узких зон. Они пробивали более сухие слои и выносили влажный воздух вверх, кроме того в местах их расположения отмечались вертикальные возмущения температуры воздуха.

Анализ аэрологических данных для неполной выборки рассматриваемых случаев подтвердил известные особенности, присущие окружению, в котором обычно возникают малоинтенсивные водяные смерчи: отмечались резкие изменения направления ветра с высотой, а скорость ветра с высотой изменялась незначительно. Как и по результатам моделирования, преобладала структура, характеризующаяся чередованием слоев различной влажности.

Работа выполнена в рамках проекта Российского научного фонда (№ 22-27-00039).