ВЛИЯНИЕ ПОДОБЛАЧНОЙ КОНВЕКЦИИ НА РАЗВИТИЕ ОБЛАЧНОЙ КОНВЕКЦИИ

Введение: Облачная конвекция является причиной опасных явлений погоды [23]. Так сильные дожди и последующие наводнения являются прямым следствием конвективных штормов. Я вленияшторма часто сильно локализованы, поэтому прогнозирование того, почему, где и когда шторм развивается, является одной из самых сложных проблем в прогнозе погоды [10]. На сегодняшний день оперативные численные модели часто не могут предсказать местоположение и время начала облачной конвекции при инициировании ее процессами в подоблачном слое, поскольку эти процессы недостаточно хорошо представлены в моделях. Однако влияние этих процессов на инициирование облачной конвекции часто отмечается в исследованиях [25, 39], так что для прогнозирования начала облачной конвекции требуется знание термодинамики и динамикиподоблачного слоя. Материалы и методы: Для прогноза параметров облачной конвекции используется данные радиозондирования, которые наносятся на аэрологическую диаграмму. Как правило, при этом делается допущение, что скорость восходящих потоков и перегрев на уровне конденсации равны нулю. Но это не всегда так. Поэтому представляется важным определить, как параметры приземного слоя влияют на значения параметров облачной конвекции на уровне конденсации. Результаты исследования: в статье разработана математическая модель конвекции влажного подоблачного слоя атмосферы. Математическая модель представляет собой систему уравнений движений, теплопроводности и неразрывности, записанные в двумерной вертикальной плоскости. Получено аналитическое решение указанной системы. Установлены выражения для уровня конвекции, уровня максимальной скорости, для профиля вертикальной и горизонтальной составляющей скорости, вертикальное распределение температуры. Из указанных выражений выведен критерий развития подоблачной конвекции. Полученные выражения позволяют в свою очередь вывести выражения для параметров конвекции на уровне конденсации. А это в свою очередь позволяет вывести критерий развития облачной конвекции. Установлено, что развитие облачной конвекции зависит, как от абсолютных значений дефицита точки росы в приземном слое, так и в большей степени от вертикального градиента массовой доли водяного пара. В частности при критическом значении вертикального градиента массовой доли водяного пара наблюдается «взрывной рост» конвекции. Обсуждение и заключение: Получены аналитические выражения для дефицитов точки росы в приземном слое, определяющие значения функции перегрева и скорости восходящих потоков на уровне конденсации. Показано, что на развитие подоблачной конвекции существенное влияние оказывает значение массовой доли водяного пара. Установлено, что при значениях градиента массовой доли водяного пара, приближающихся к критическому значению, наблюдается «взрывной» рост конвективных ячеек в подоблачном слое. Также показано, что существует критическое значение градиента массовой доли водяного, способствующее развитию облачной конвекции/

приземный слой атмосферы, подоблачная конвекция, уровень конденсации, облачная конвекция, двумерная модель конвекции, аналитическое решение, surface layer of atmosphere, under-cloudy convection, a condensation level, a cloudy convection, two-dimensional model of convection, the analytical solution

1. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Изд-во МГУ. 6-е издание. 1999. 799 с.

2. Alekseev V.V., Gusev A.M. Free convection in geophysical processes. Sov. Phys. Uspekhi 1983, 26, 906-922.

3. Arakawa A. The cumulus parameterization problem: Past, present, and future, J. Climate, 17, 2493-2525, 2004.

4. Bellon G., and Stevens B., 2005: On bulk models of shallow cumulusconvection. J. Atmos. Sci., 62, 3286-3302.

5. Bennett L.J., Browing K.A., Blyth A.M., Parker D.J., and Clark P.A., 2006: A reviewof the initiation of precipitating convection in the United Kingdom. Q.J.R. Meteorol. Soc., 132, 1001-1020.

6. Betts A.K., Ball J.H., Beljaars A. C.M., Miller M.J., and Viterbo P.A.: The land surface-atmosphere interaction: A review based on observational and global modeling perspectives, J. Geophys. Res.-Atmos., 101, 7209-7225, 1996.

7. Bluestein H.B. Severe Convective Storms and Tornadoes. -Chichester, UK: Springer, 2013. 481 p.

8. Bony S., and Dufresne J.L., 2005: Marine boundary layer clouds at the heart of tropical cloud feedback uncertainties in climate models. Geophys. Res. Let., 32, L20806.

9. Bretherton C.S., and Park S., 2008: A new bulk shallow-cumulusmodel and implications for penetrative entrainment feedbackon updraft buoyancy. J. Atmos. Sci., 65, 2174-2193.

10. Brooks H.E., Doswell C.A., and Wicker L.J., 1993: STORM-TIPE: A forecastingexperiment using a three-dimensional cloud model. Wea. Forecasting, 8, 352-362.

11. Browning K., Blyth A., Clark P., Corsmeier U., Morcrette C, Agner J., Bamber D., Barthlott C., Bennett L., Beswick K., Bitter M., Bozier K.,. Brooks B,. Collier C, Cook C., Davies F., Deny B., Engelhardt M., Feuerle T., Forbes R., Gaffard C., Gray M., Hanken R., Hewison T., Huckle R., Kalthoff N., Khodayar S., Kholer M., Kraut S., Kunz M., Ladd D., Lenfant J., Marsham J., Mc Gregor J., Nicol J., Norton E., Parker D., Perry F., Ramatschi M., Roberts H., Russel A., Schulz H., Slack E., Vauhan G., Waight J., Watson R., Webb A., Wieser A., and Zinz K., 2007: The Convective Storm Initiation Project. Bull. Am. Meteorol. Soc., 1-17.

12. Crook N. A. Sensitivity of Moist Convection Forced by Boundary Layer Processes to Low-Level Thermodynamic Fields. Monthly Weather Review. Volume 124, 1996, p. 1767-1785.

13. Deardorff J.W., 1979: Prediction of convective mixed-layer entrainment forrealistic capping inversion structure. J. Atmos. Sci., 36, 424-436.