Град

Содержание

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Град – одно из самых опасных гидрометеорологических явлений, наносящий существенный, а порой непоправимый ущерб народному хозяйству.
По мнению Н. А. Калло от града страдают главным образом сельскохозяйственные растения и сады, особенно в период цветения. В тех районах, где большое значение имеет отгонное животноводство, выпадение града может привести к гибели мелкого скота. По этому исследование градовых явлений представляет большой интерес /1/.
По мнению Г. К. Сулаквелидзе большой интерес, для понимания процессов градообразования, представляет изучение аэросиноптических условий, при которых выпадает град, распределение градобитии на поверхности земли и параметров градобитии.
Под параметрами градобитий понимаются районы выпадения града, площадь, поврежденная градобитием, скорость перемещения фронта градовых осадков по поверхности земли, толщина слоя выпавшего града, размеры, форме, плотность, структура града и спектр, продолжительность выпадения града, частота повторяемости градобитий в зависимости от сезонов и времени суток для различных районов и так далее (т.д.).
В основном эти данные получены по наблюдениям метеостанций (М.С.), который нельзя считать вполне репрезентативными, а так же по результатам полевых исследований районов градобития, по радиолокационным наблюдениям, по результатам объезда и обследования мест градобитий.
Аэросиноптические условия, при которых возникают градовые ситуации, в какой то степени зависят от географического положения и орографических особенностей района /2/.
По мнению П. А. Боковой, А. Д. Джураевой, Т. В. Севостьяновой и В.Г. Сорока существенное влияние на число дней с градом оказывает высота места над уровнем моря. Увеличение высоты на 200 метров приводит к возрастанию числа дней с градом в два раза. Повышение места от 500 – 700 до 2000 – 2500 метров возрастает увеличение числа дней с градом в 2 – 3 раза. При дальнейшем увеличении высоты, число дней с градом не меняется. А начиная с высоты 3000 метров, число дней с градом убывает. Однако в горных районах одна лишь высота над уровнем моря не может служить критерием градоопсности / /.
По мнению Л. И. Коротковой наибольшее число градобитий (44,2%) наблюдается при прохождении холодного фронта, а так же при волновых возмущениях (24,3%).
На станциях, расположенных около больших водоёмов, число дней с градом примерно в два раза меньше, чем на станциях, несколько удалённых от берегов/ /.
Уменьшение числа дней с градом в районе крупных водоемов, по мнению Г. К. Сулаквелидзе объясняется более низкими температурами подстилающей поверхности, то есть уменьшением энергии неустойчивости. Это уменьшение числа случаев градобитий связано так же со значительной водностью и наличием большого числа гигантских ядер кристаллизации в прибрежных районах.
Наиболее интенсивные градобития наблюдаются в районах, где создаются условия для образования неустойчивости во влажных тёплых воздушных массах, содержащих не слишком большое число гигантских ядер конденсации.
Градобития могут наблюдаться и в районах с резко выраженным континентальным климатом. Совокупность этих факторов определяет градоопасность района.
Выпавший град образует на поверхности земли градовую дорожку / /.
При возникновении градовых облаков, по мнению Н.А. Клочко во время фронтового процесса образуется несколько градовых полос, длина которых может достигать нескольких сотен километров, а ширина до тридцати километров. Иногда полоса расширяется в соответствии с увеличением интенсивности выпадения града. Наиболее интенсивное выпадение града наблюдается в центральной части градовой дорожки, внутри градовой дорожки могут встречаться малые области без града. Наиболее часто встречающиеся ширина градовой дорожки составляет около четырёх – семи километров.
Места, где пересекаются градовые дорожки называются градовыми узлами.
Редко встречается градобитие на площади более ста километров квадратных (10000 га) считающиеся катастрофическими. Следует отметить, что при значительной толщине слоя выпавшего града (20 – 30 сантиметров) даже в летнее время град может лежать на поверхности почвы 2 – 3 суток при средней суточной температуре воздуха 15 – 20˚С. Особенно долго град сохраняется в местах его скопления в результате переноса водными потоками и ветром.
Однако с выпадением осадков в облаке образуется зоны аккумуляции чаще всего в направлении его перемещения, расположенные выше уровня максимальных скоростей. Под этими зонами выпадения осадков не наблюдается. В зоне аккумуляции происходит накопление осадков и роста града до размера выпадающего. Таким образом, в тыловой части перемещающегося облака выпадают градовые или ливневые осадки, а во фронтальной части идёт накопление влаги в зоне аккумуляции и рост градовых частиц / /.
По мнению Г. К. Сулаквелидзе если скорость горизонтального смещения облака велика, более 50 километров в час, то аккумуляции осадков и рост града не поспевают за его выпадением и град оставляет на поверхности земли отдельные пятна под перемещающимся облаком. Если же скорость перемещения облака такова, что вновь образовавшийся успевает вырасти до размера выпадающего, по времени осаждения зоны выпадения, то на поверхности земли остаются непрерывные градовые дорожки.
Максимальная скорость перемещения градового облака составляет сто тридцать километров в час при фронтальных процессах. Минимальная скорость была равна нулю при внутримассовых процессах. Средняя скорость перемещения градовой дорожки составляет 15 – 30 километров в час при фронтальных и 10 – 15 километров в час при внутри массовых процессах.
Когда градобития сопровождаются сильным ветром, на землю выпадают сперва жидкие осадки, мелкий град, а затем крупные градины. Если ветер не значительный, то на землю чаще всего сперва выпадают крупные градины. Выпадение градин происходит из тыловой части зоны аккумуляции перемещающегося облака.
Градобития в ряде случаев сопровождаются интенсивными ливнями и шквалами.
Для выяснения процесса образования града большое значение имеет исследование размеров выпавших градин. Диаметр градин колеблется в широких пределах от 5 миллиметра до 150 миллиметра.
Число случаев выпадения града с диаметром более 30 миллиметра не превышает 5 – 3 процента от общего числа градобитий. Анализ всех имеющихся материалов по размерам выпавшего на землю града позволяет высказывать предложение, что в большинстве случаев в результате градовых процессов в облаке образуются градины диаметром не более двадцати пяти миллиметра и выпадение градин диаметром 50 миллиметра и более – явление очень редкое.
Градины диаметром более двадцати - двадцати пяти миллиметра почти не уменьшаются в размерах при падения ниже изотермы 0˚С. Величина же восходящего потока в летние месяцы больше, чем в весенние и осенние, по этому мелкие градины в жаркое время года не достигают поверхности земли.
Преобладающими факторами градин средних размеров являются коническая, сферическая и эллипсоидальная формы. Крупные градины диаметром 50 миллиметров и более часто выпадают в виде бесформенных кусков льда. Выпадение конических градин наблюдается чаще всего весной и при тёплых ливнях, а выпадение градин неправильной формы более вероятно в летние месяцы. Максимальное число случаев выпадения градин конической формы отмечается в апреле. В весенне-летнее время (май – август) преобладает выпадение градин эллипсоидальной и сферической формы.
Градины неправильной формы встречаются довольно редко и преимущественно в период с мая по сентябрь. Чаще всего градины неправильной формы выпадают в августе.
Исходя из условий термодинамического роста градины диаметром до 15 миллиметра должны иметь преимущественно коническую форму, крупные градины (более 15 миллиметра) – сферическую и эллипсоидальную.
Большой интерес представляет изучение слоистости градин, так как слои града позволяют судить о термодинамических условиях роста и о водности в зоне роста. Зародыш града диаметром два – пять миллиметра встречается почти одинаковое число раз в виде мутного и прозрачного льда. Слой мутного льда обычно в два – три раз тоньше слоев прозрачного льда.
Нередко в прозрачных слоях градины наблюдаются радиально расположенные пузырьки мутных слоев воды, а иногда и воздуха. Обычно эти « лучи » наблюдаются у крупных градин. Мутные и прозрачные слои могут образоваться на градине при постоянной водности переохлажденной фракции за счет термодинамических условий роста града. Для возникновения слоистого града не требуется его последовательное падение через слой с дискретной водностью. Изменение водности в зоне роста града приводит к различному характеру роста града. Во время роста града в естественных условиях образование мутных и прозрачных слоев льда в градине связано с обеими факторами – изменением водности и термодинамическими условиями в зоне роста града.
В отдельных случаях наблюдаются выпадение отдельных крупных градин, составляющих из рыхлой снежной крупы. Размеры отдельных градин достигают шестьдесят – восемьдесят миллиметров.
Плотность града меняется в широких пределах, от 0.3 до 0.9 грамм на сантиметр кубический. Измерение плотности градин проводилось путем их взвешивания в жидкостях. Плотность собранных при одном градобитии 169 градин массой от 0.1 до 17.3грамм составляла 0.875 – 0.913 грамм на сантиметр кубический с точностью до 0.300 грамм на сантиметр кубический.
В настоящее время принято считать плотность сухого ( мутного ) града равной 0.6 грамм на сантиметр кубический, а плотность мокрого града – 0.9 грамм на сантиметр кубический.
За продолжительность выпадения града принимается время от начала до конца градобития в фиксированном месте. В то же время было бы правильнее считать продолжительностью градобития время выпадения града из облака. В случаи, когда градовое облако не перемещается в пространстве, эти времена совпадают. При перемещении градового облака время выпадения града из облака равна времени выпадения града вдоль всей градовой дорожки от ее начала до конча. Это время назовем продолжительностью градобития, в отличие от продолжительности выпадения града.
По данным метеостанций число дней с градом в году занижено в 4 – 10 раз и не может быть использовано для оценки градоопасности того или иного района.
Аэросиноптические условия образования града более ограничены, чем условия образования гроз, по этому число гроз должно быть больше числа случаев града. Грозы хорошо наблюдаются на расстоянии двадцати–ста километров от метеостанции, по этому пропустить грозу довольно трудно, град же часто не отмечается метеостанциями, если не выпадает не посредственно на ее территории. При увеличении числа станций наблюдений отношение повторяемости града к повторяемости гроз увеличивается с 1:4 до 9:10.
Температура выпавшего на землю града близка к 0˚С, но в некоторых случаях может достигать минус 5.0˚С и минус 6.0˚С.
По мнению Г. Д. Решетова град и градовые облака отмечаются в теплое время года днем в зоне фронтов, особенно холодных, малоподвижных с волнами и фронтов окклюзии, а так же под областями холода в тропосфере. В зонах теплых фронтов, антициклонов и барических гребней у земной поверхности и на высотах град в облаках и на земле не отмечается / /.
Летом над сушей в дневное время в теплом секторе циклона отмечаются высокие температуры у земной поверхности порядка 25 –30˚С и выше. Значения влажности также велики. Велика и энергия неустойчивости теплой воздушной массы. Однако, несмотря на это, в теплом секторе циклона летом в дневное время преобладает ясная, малооблачная, сухая и жаркая погода. И только приближение и прохождение холодного фронта или фронта окклюзии через пункт прогноза приводит к реализации энергии неустойчивости теплой воздушной массы, к бурному развитию конвекции, к ливням, грозам, шквалам и градобитиям. Таким образом, холодный фронт, фронт окклюзии и малоподвижный фронт с волнами возмущениями являются там спусковым механизмом, который приводит к реализации энергии неустойчивости теплой воздушной массы, к развитию мощных конвективных облаков и связанных с ними ливней, гроз, шквалов и града.
В руководстве по краткосрочным прогнозам погоды представлен порядок составления прогноза града:
1. Выделяются градоопасные области на поверхностях 500, 400, 300гПа. При этом проводятся изогипсы через 2 дам, изотермы через 1˚С.
2. Определяется общая часть проекций градоопасных областей на поверхности 500гПа, которая является локальным районом выпадения интен-сивного града.
3. Рассчитываются параметре конвекции.
4. Определяется интенсивность града по графику.
В прогнозе указывается град, если большая часть параметров конвекции по значению близка к критическому значению и по графику рассчитанная точка попадает в область града.
По мнению авторов О. Г. Богаткина, В. Ф. Говердовского и В. Д. Екеевой для прогноза града используется метод Г. Д. Решетова, где он предложил определять максимальную скорость восходящего потока в облаке (Wmax) по значениям суммы отклонений кривой состояния от кривая стратификации (∑ΔТ) на уровнях 850, 700, 500 и 400гПа по формуле:

Wmax = 0.9∑∆T (1.1)

На основании рассчитанного значения Wmax с помощью левой части номограммы представленной на рис.1. оценивается высота верхней границы града различных размеров.
Из рис.1. видно что, тем больше ∑∆T, чем больше Wmax, тем выше расположена верхняя граница облаков и тем больше диаметр градин.
Выпадение града происходит при определенных аэросиноптических условиях. В Средней Азии град чаще выпадает при фронтальных процессах (90%), значительно реже – при внутримассовых (10%). Град образуется в результате развития термической и орографической конвекции и носит исключительно локальный характер. Чаще всего выпадение града наблюдается в районах, где орография способствует усилению конвекции (сужение долин и ущелий, наветренная сторона хребтов).
Наиболее благоприятные условия для развития градовых процессов возникают на холодных фронтах западных и северо-западных вторжений (65%), реже (25%) – на фронтах северных вторжений. Высотные термобарические поля, при которых развиваются градовые процессы на фронтах, представляют из себя переднюю часть углубляющихся высотных ложбин (87%). Вероятность развития интенсивного градового процесса, сопровождающегося выпадением крупного града, возрастает при образовании в ложбине высотного циклона на поверхностях 500, 400, 300гПа над Средней Азией. Если в высотной ложбине на относительной топографии (ОТ500/1000) прослеживается изолированный очаг холода, то на расстоянии 200–700 километров к юго-востоку от него располагается район с большой вероятностью выпадения града.
Фронты, на которых развиваются градовые процессы, ориентированы в основном меридионально и являются тропосферными (прослеживаются до 300гПа). Вероятность выпадения града очень велика за холодным фронтом, завершающим серию холодных фронтов, прохождение которых обусловило в течении одного – двух дней выпадения дождей грозового характера. Если на холодном фронте, располагающемся в слабо возмущенной фронтальной зоне, развивается волновая деятельность, то градовый процесс завершается выпадением мелкого града, не приносящего ущерба народному хозяйству.
В условиях Средней Азии во вторую половину весны и летом холодные фронты вследствии сильной трансформации воздушных масс нередко в нижних слоях тропосферы сильно размыты. При таких ситуациях особенно опасные верхние фронты, обнаруживаются по контрасту температур и суточным изменениям температуры на поверхностях 500, 400, 300гПа.
Структура барического поля не всегда играет решающую роль в определении интенсивности градовых процессов и районов их возникновения или усиления. Для определения локальных районов развития градовых процессов различной интенсивности необходимо проводить детальный анализ барических и термических полей на поверхностях 500, 400, 300гПа. На этих поверхностях выделяются области адвекции холода, которые являются градоопасными. Для развития интенсивных градовых процессов необходимо совпадение градоопасных областей одновременно на трех поверхностях, реже–на двух нижних.
Для выпадения крупного града на юге Казахстана характерны следующие значения параметров конвекции:
1. Средняя массовая доля водяного пара в слое земля – 500гПа должна быть в апреле и мае не больше 3‰ при суммарном дефиците точки росы в слое 850–500гПа менее 30˚С, в июне и июле более 4,5‰ при суммарном дефиците точки росы в слое 850–500гПа менее 40˚С.
2. Максимальная скорость восходящих потоков более 5 м/с.
3. Температура на верхней границе от 0 до минус 33˚С.
4. Толщина конвективного облака больше 4 км при температуре на верхней границе минус 20…25˚С.
5. Максимальный дневной прогрев от 13 до 33˚С.
6. Направление воздушных потоков в слое 500–300гПа от 150˚ до 330˚ при сдвиге ветра не более 80–100˚.
7. Высота нулевой изотермы от 2 до 4,5 км.
8. Отклонение кривой состояния от кривой стратификации на уровне конденсации влево не более 1-2˚С.
9. Холодная часть облака превышает теплую часть в 2-8 раза......