Отчет о выполнении 3 этапа Государственного контракта № icon

Отчет о выполнении 3 этапа Государственного контракта №



Смотрите также:
1   2   3   4   5   6   7   8

Введение



Одними из самых разрушительных природных явлений, для территории России, являются сели и паводки. Ущерб от прохождения селей и паводков в целом по стране весьма значителен. Этот ущерб может быть снижен, и вредное воздействие селей и паводков сведено к минимуму при правильной научно обоснованной организации борьбы с ними: оценке селеопасности и паводкоопасности осваиваемых горных территорий, создании служб предупреждения о селевой и паводковой опасности проведении эффективных комплексов противоселевых мероприятий, в первую очередь профилактических, предупредительных.

К сожалению, в настоящее время, несмотря на проводимые различными научными организациями исследования по изучению паводков и селей, и совершенствованию мер борьбы с ними и защиты от них, эффективность противоселевых работ еще недостаточна. Нередки случаи неправильного размещения и проектирования отдельных народнохозяйственных и культурно-оздоровительных объектов (железных и автомобильных дорог, горно-рудничных предприятий, альпинистских лагерей, турбаз и санаториев) в селеопасных районах, что значительно усугубляет вред, наносимый селевыми явлениями [1].

Одним из наиболее селеопасных регионов страны является Северный Кавказ (особенно территория Кабардино-Балкарии, Северной Осетии-Алании, Дагестана и др.).

Создание эффективной системы оповещения населенных пунктов, хозяйственных и спортивно-оздоровительных объектов о селях и паводках ливневого происхождения (а также гляциального и смешенного происхождения) имеет большую значимость для обеспечения безопасности жизнедеятельности в горах и предгорных районах. Налаженная система прогноза и заблаговременного оповещение (хотя бы за 1 час) обеспечить возможность передислокации людей и движимого имущества.

В связи с этим мониторинг и защита от стихийных явлений погоды, по нашему мнению, должна являться одной из неотъемлемых составных частей программы устойчивого развития экономики Северного Кавказа.

Целью настоящей работы является создание крупномасштабной радиолокационной системы оповещения о паводках и селях ливневого происхождения с повышенной заблаговременностью и обслуживанием системой оповещения множества селеопасных бассейнов, которая может быть реализована на базе создаваемой Северо-Кавказской радиолокационной метеорологической сети.

Для достижения этой цели в работе решены следующие задачи:

  • изучено состояние вопроса прогноза и оповещения о паводках и селях;

  • разработан принцип радиолокационного оповещения о паводках и селях ливневого происхождения;

  • разработан радиолокационный метод измерения интенсивности и количества жидких и смешанных (град с дождем) осадков применительно к горным районам;

  • разработан радиолокационный метод оповещения о паводках и селях ливневого генезиса;

  • создан действующий образец автоматизированной радиолокационной системы оповещения о паводках и селях;

  • проведена апробация метода и системы оповещения на примере ливневых паводков Северного Кавказа.



^

Глава 1 Аннотированная справка по научным результатам НИР, полученным на I этапе


Комплексные исследования опасных метеоявлений в атмосфере.

Основными факторами, влияющими на пространственное распределение опасных метеоявлений, в научной литературе называются географическое положение, орография исследуемой территории, термогигрометрические характеристики атмосферы, структурно-геологическая неоднородность земной коры [2].

В России наиболее опасным регионом, с точки зрения возникновения чрезвычайных ситуаций природного характера, является Северный Кавказ. Его территория характеризуется активным развитием опасных природных процессов, которые могут стать источниками природных катастроф.

Широкое разнообразие орографических, геологических, климатических, физико-географических условий территории Северного Кавказа предопределяет активное развитие на его территории целого ряда опасных природных процессов различного генезиса: эндогенных, экзогенных, гидрологических и метеорологических.

К числу наиболее существенных для территории Северного Кавказа относятся более 20 основных природных (атмосферных) процессов и явлений различного генезиса (засухи, опустынивание, пыльные бури, гололедно-изморозевые явления, степные и лесные пожары, изменения экстремальных температур воздуха, грозы и молнии, туманы, градобития, снегопады и метели, сильные дожди и ветры, сгонно-нагонные явления, изменения уровня Каспийского моря) и, связанные с ними 18 экзогенных и гидросферных процессов (лавины, сели, оползни, карст, просадки, овражная, водная и ветровая эрозия, абразия берегов морей и водохранилищ, переувлажнение и подтопление территорий, засоление почв, наводнения, паводки, заторы и зажоры на реках, маловодье, изменение речных русел и пойм). Проведение наблюдений за гидрометеорологическими процессами с использованием активно-пассивных радиотехнических средств [3].

Наблюдения за гидрометеорологическими процессами в атмосфере были выполнены с использованием грозорегистратора LS 8000 и метеорадиолокатора МРЛ-5. Объектами исследования являлись грозовые процессы в конвективных облаках. Основным методом исследования был сравнительный анализ характеристик параметров конвективных облаков, регистрируемых грозорегистратором LS 8000 и метеорадиолокатором МРЛ-5. В связи с ограниченностью сроков выполнения второго этапа НИР, нами использованы для сравнения некоторые данные предыдущих лет.

Исследования с использованием активно-пассивного комплекса на базе LS 8000 и МРЛ-5 позволяет получать новые знания в области мониторинга развития опасных атмосферных процессов.

Работы по сопряжению данных грозорегистратора LS 8000 и метеорадиолокатора МРЛ-5 заключались в основном в наложении координат разрядов молнии на изображения радиоэхо от МРЛ-5 с последующим визуальным анализом.

Динамика развития облачных процессов и грозовой активности.

На основе совмещенных данных приведем пример взаимосвязи грозовой активности с динамикой развития градового процесса 15 августа 2008 года. Карта-схема интенсивных осадков за день представлена на рисунке 1 Зафиксированный максимальный размер выпавшего редкого града составил 1,5 см. Данный пример интересен тем, что он охватывает сразу два процесса: градовый и ливневой. Их фрагменты показаны на рисунках 2 – 4. Процесс их развития представлен в виде динамики количества совмещенных разрядов и динамики изменений размеров областей, соответствующих различным уровням радиолокационной отражаемости, показанных на рисунке 5 отдельно для средних и больших уровней [4].

Отмеченные процессы были состыкованы с момента 10:36 (UTC) и не захватывают начальных стадий развития градового очага ввиду отсутствия радиолокационных обзоров до этого момента. Первые грозовые разряды в этом месте зарегистрированы 50 минутами ранее - в 9:46 (UTC). Градовый процесс сопровождался грозовой активностью на протяжении более часа и сопровождался ростом количества зарегистрированных разрядов всех типов. По рисункам вертикального сечения начальный момент стыковки соответствует стадиям формирования и зарождения града.

Первый максимум количества разрядов приходится на 10:56 (UTC), что можно отнести к процессу выпадения града. После небольшого перерыва, с 11:04 (UTC), начинается рост очередной конвективной ячейки, которая после некоторого развития переходит в стадию диссипации. Этот процесс сопровождается очередным ростом количества грозовых разрядов, максимум которых совпадает с увеличением радиолокационной отражаемости в верхних частях облака (11:07-11:13 UTC).

Диссипация конвективной ячейки сопровождается снижением количества грозовых разрядов. К моменту 11:30 (UTC) в районе облака наблюдается наличие только межоблачных разрядов. Области повышенного радиоэха при этом смещаются вниз и в дальнейшем выше уровня нулевой изотермы не поднимаются. Разрядов вблизи облака больше не наблюдается.

Одновременно с этим процессом происходило развитие ливня в районе г. Тырныауза. Первые грозовые разряды в этом районе отмечены в 11:13 (UTC).




Рисунок 1 – Карта-схема интенсивных осадков за 15 августа 2008 года.



Рисунок 2 – Фрагменты градового процесса 15 августа 2008 года. Эллипсами отмечена точность локализации низкочастотных разрядов с уровнем доверия 50%.



Рисунок 3 – Вертикальные разрезы фрагментов градового процесса 15 августа 2008 года.



Рисунок 4 – Фрагменты ливневого процесса 15 августа 2008 года, проходящего вместе с градовым.









Рисунок 5 – Динамика изменений размеров областей, соответствующих различ­ным уровням радиолокационной отражаемости для средних (вверху) и больших уровней (в середине) в сечении на уровне нулевой изотермы (4,0 км) + 2,5 км, и количества совмещенных разрядов (внизу) 15 августа 2008 г.

В дальнейшем стадии этого процесса фрагментарно изображены на рисунке 4. Большой рост межоблачных и отрицательных разрядов в данном случае не связан с данным процессом, а вызван грозовой активностью на границе обзора со стороны Карачаево-Черкесской Республики. Более верным в данном случае следует считать уровень положительных разрядов. Ливневый процесс при этом сопровождается достаточно ровной, хотя и с пульсациями, интенсивностью разрядов.

Из приведенной на рисунке 5 динамики изменений размеров областей повышенной отражаемости по сечению на высоте 6,5 км наибольшая взаимосвязь наблюдается с более высокими уровнями отражаемости.

На рисунке 6 приведен еще один пример взаимосвязи динамики изменений размеров областей повышенной отражаемости и количества грозовых разрядов, зарегистрированных во время прохождения фронта 13 августа 2008 года. Карта схема интенсивных осадков за день представлена на рисунке 7.

Из рисунка видно, что наиболее интенсивная часть градового процесса сопровождалась ростом количества разрядов всех типов.

По мере снижения электрической грозовой активности происходит спад градообразования. Рост и спад происходят неравномерно – пульсациями. Количество разрядов молний в спокойной (дождевой) стадии сравнительно невелико.

К сожалению, однозначно указать уровень интенсивности разрядов для того, чтобы определить степень градоопасности, мы пока не можем – мешает неустойчивая работа системы.

На рисунке 8 приведена гистограмма максимальной интенсивности (разряды в минуту) по всем дням, данные за которые подвергались стыковке, и интенсивность, усредненная за 8 мин) составила более 1 разр/мин.

Дни, за которые имелись факты выпадения града, отмечены кружком. Наименьшее значение максимальной интенсивности при наличии факта выпадения града на этом графике составила 1,5 разр/мин.









Рисунок 6– Динамика изменений размеров областей, соответствующих различ­ным уровням радиолокационной отражаемости для слоя выше 1 км (вверху), в сечении на уровне нулевой изотермы (4,1 км) + 2,5 км (в середине), и количества совмещенных разрядов (внизу) во время прохождения фронта 13 августа 2008 года.



Рисунок 7 – Карта-схема интенсивных осадков за 13 августа 2008 года.




Рисунок 8 – Максимальная интенсивность низкочастотных разрядов (усредненная за 8 минут) по состыкованным данным LS 8000 и МРЛ-5 за день.

Кружками отмечены дни, в которых имелись факты выпадения града.

Пример использования данных грозорегистратора LS 8000 для штормового оповещения.

Анализ развития опасного атмосферного явления, имевшее место в районе г. Туапсе 15-16 октября 2010 г. В ночь на 16 октября 2010 г. на реках участка от Макопсе Лазаревского района города Сочи до п. Джубга Туапсинского района прошли катастрофические паводки, вызвавшие подтопления населенных пунктов, разрушение мостов, автодорог, коммуникаций и приведшие к человеческим жертвам.

Как сообщила ЮГА. ру, 15-16 октября в результате паводка, вызванного сильными дождями, на территории Туапсинского, Апшеронского районов Кубани и Лазаревского района г. Сочи произошло подтопление 30 населенных пунктов с населением около 140 тыс. человек. В результате паводка пострадали 1802 дома, 32 социально значимых объекта. Из 1802 домов требуют ремонта 1498, не подлежат восстановлению 304 дома, в которых проживало 218 семей. Была нарушена работа систем жизнеобеспечения населения, повреждены участки железной и автодорог, а также социально значимые объекты, мосты. В результате наводнений пострадало 5131 человек, погибло 16 человек, 7 человек пропали без вести.

В ночь с 15 на 16 октября 2010 г. на реках участка от Макопсе Лазаревского района города Сочи до п. Джубга Туапсинского района прошли катастрофические паводки, вызвавшие подтопления населенных пунктов, разрушение мостов, автодорог, коммуникаций и приведшие к человеческим жертвам. В результате предварительного обследования специалистами СЦГМС ЧАМ было выявлено, что в связи с сильными ливнями из-за мощных площадных склоновых стоков и резких подъемов уровня воды в реках произошли следующие разрушения:

  • на реке Макопсе смыт участок дороги к п. Наджиго;

  • подтоплен п. Макопсе;

  • подмыты опоры автомобильного моста федеральной трассы Сочи-Туапсе;

  • на реке Шепси подмыты опоры моста федеральной трассы Сочи – Туапсе;

  • на реке Туапсе в п. Пригородный разрушен автомобильный мост, основной причиной разрушения моста является затор от карчехода перед мостом;

  • в районе гидрологического поста Туапсе повреждена рейка поэтому наблюдения ведутся по временной свае.

15.10.2010 г. в прогнозе СЦГМС ЧАМ на период от 19 ч 15.10.2010 г. до 19 ч 16.10.2010 г. по территории Сочи ожидался временами дождь, ночью и утром местами сильный. По прогнозу Туапсинского ГМБ по Туапсинскому району ожидался ночью и утром временами дождь, местами сильный.

Таким образом, по территории ответственности ожидались местами сильные осадки категории НЯ. Такие дожди (30-80 мм) - явление обычное на Черноморском побережье. Данные по резким подъемам уровня воды в зависимости от стокообразующих осадков отслежены по реке Сочи за период 1964-1999годы с учетов увлажнения почвы предшествующих 10дней. Как правило, осадки категории НЯ дают подъемы от 30 см до 1,5 м в зависимости от интенсивности. Если осадки идут равномерно в течение суток или в течение 12 часов, каких - либо значительных подъемов уровня воды в реках не наблюдается, величина подъемов составляет 20-50 см. Если же осадки идут интенсивными зарядами, то величина подъема уровня увеличивается до 50-150 см.

При сильных ливнях 50-100 мм и более за 1-2часа интенсивность подъема уровня воды увеличивается в разы. В настоящее время методики прогноза интенсивности осадков и сильных ливней на Черноморском побережье Кавказа нет. В оперативной работе используется метод Глушковой, позволяющий рассчитать только количество осадков за 12-часовой период и имеющий невысокую оправдываемость.

В течение суток 15.10.2010г в Туапсе выпало 10,4 мм осадков. Уровень воды в реке Туапсе в срок 08 ч составил 147 см, а в 20ч – 170 см, т.е. высота подъема за 12 часов составила 23 см. Критерии опасности по р.Туапсе: НЯ=400 см, ОЯ=420 см. Для достижения отметки НЯ уровень должен подняться еще на 230 см. Так как по прогнозу ГМБ Туапсе в ночь на 16.10.2010 г ожидались осадки категории НЯ, подъем уровня воды в реке Туапсе не должен был превысить 50-70см (по аналогии с изученной рекой Сочи). Таким образом, оснований ожидать превышения неблагоприятных, а тем более опасных отметок, не было.

В ночь на 16.10.2010 г. синоптическая ситуация складывалась следующим образом: С юго-западных районов Черного моря к Черноморскому побережью Кавказа быстро смещался циклон. За счет двухсторонней адвекции контраст температуры в зоне холодного фронта, связанного с циклоном, значительно увеличился, конвективные процессы усилились. Усилению конвекции также способствовали вынужденные восходящие движения воздуха перед горными хребтами. За короткий промежуток времени с 20 ч. мск до 00 ч мск сформировалась мощная облачность с высотой верхней границы до 13км. По данным радиозондирования Туапсе влагосодержание воздушной массы был значительным: в 16ч мск 15.10.2010 г на 850гПа поверхности оно составляло 8,5 г/кг,700 гПа – 4,8 г/кг, 500 гПа – 1,6 г/кг. В 04ч мск 16.10.2010 г на 850 гПа поверхности – 7,2г/кг, 700 гПа – 4,6г/кг, 500 гПа – 1,9 г/кг.

Сложившиеся аэросиноптические условия привели к выпадению осадков категории ОЯ в зоне прохождения центра циклона. В Туапсе выпало 93,3 мм осадков. Произошли резкие подъемы уровня воды в реках рассматриваемого района до отметок ОЯ. По данным гидрологического поста р.Туапсе - г.Туапсе резкий подъем уровня воды начался в 22ч и достиг максимальной отметки 500см (ОЯ=420см) около 01-02ч 16.10.2010 г., т.е. за 3-4 часа высота подъема уровня воды составила 330см. Выше отметки ОЯ уровень продержался 30мин, затем начал падать, в 08час 16.10.2010 г уровень составил 300 см, а в 08ч 17.10.2010 г – 245 см.

Из-за сильных и интенсивных осадков по всей обследованной территории наблюдался мощный площадной склоновый сток, который способствовал подтоплениям населенных пунктов, значительным разрушениям и выносу в русла рек большого количества деревьев и карчей.

Густой карчеход способствовал резкому повышению уровня воды в реках и создавал подпорные явления перед мостами. Мосты не выдерживали напора и сносились потоком воды. Из-за заторных явлений резкие подъемы уровня воды носили волновой характер.

Проведенный анализ специалистов СЦГМС ЧАМ имеет ряд недостатков.

Вышеприведенные данные не позволяют определить ни начало процесса интенсивного выпадения осадков, ни окончание процесса. Данные свидетельствуют о результатах подъема уровня воды в реках из-за интенсивных осадков в верховьях рек и из-за карчевых подпруд в некоторых местах.

В данных отсутствуют примерные границы развития зоны интенсивных осадков. Указанные проблемы обусловлены отсутствием в данном районе средств дистанционного зондирования зоны выпадения осадков и территории формирования облачных процессов – метеорологических радиолокаторов.

Анализ информации грозорегистратора LS 8000

Грозовые явления в данном районе в октябре имеют место. Однако, грозовые процессы, как правило, слабые и их продолжительность не превышает 5..10 мин, а количество разрядов на землю для территории равной 100..200 кв. км не превышает 2..3.

15 октября 2010 г., грозовые облака, судя по данным грозорегистратора, развились над Черноморским побережьем Кавказа, в радиусе около 100 км от г. Туапсе, на расстоянии в среднем 315 км от датчиков грозорегистратора. Для таких расстояний данных об облачных разрядах, согласно выходных данных грозорегистратора, не репрезентативны. В этой связи, для анализы использованы только данные о разрядах на землю. Первый наземный разряд был зафиксирован 15.10.2010 г. в 17 ч 37 мин в горной части. Разряд был отрицательной полярностью, силой в 80 кА. Грозовой процесс в данном районе длился с 17 ч 37 мин до 19 ч 32 мин, т.е. около двух часов. Всего зарегистрировано 22 разряда на землю (таблица 1), из них 15 отрицательной полярности, 7 – положительной полярности.

Площадь, охваченная грозовыми разрядами, составила 377,6 кв.км. Интенсивность грозы составила – 22/120 мин ≈ 1 разряд в течение 6 мин. Следует отметить, что рассматриваемый процесс для этого периода времени года достаточно мощный, как по охваченной территории, так и по имеющей место мощности разрядов молний (токи достигали до 169  кА положительной и до -112 кА отрицательной полярностей). Учитывая для данных широт соотношение между наземными и облачными разрядами ≈ 1/10, то можно предположить, что за рассматриваемый период имело место около 220-250 облачных разрядов. На рисунках 9 – 13 приведены местоположения разрядов молнии на землю в различные моменты времени.


Таблица 1 - Наземные разряды над Туапсе 15.10.2010 г.




Дата, время

сила тока в кА, полярность



2010-10-15 17:37:21,049

-80



2010-10-15 17:48:19,476

43



2010-10-15 17:50:51,356

-81



2010-10-15 17:53:39,444

-44



2010-10-15 17:56:24,927

-35



2010-10-15 17:59:00,004

33



2010-10-15 18:06:23,239

-64



2010-10-15 18:19:39,901

-51



2010-10-15 18:28:58,173

124



2010-10-15 18:31:02,511

-84



2010-10-15 18:46:37,278

-73



2010-10-15 18:48:59,960

-52



2010-10-15 18:57:23,897

169



2010-10-15 19:01:22,129

45



2010-10-15 19:01:23,145

-55



2010-10-15 19:02:01,882

-112



2010-10-15 19:03:46,002

-27



2010-10-15 19:07:23,050

-59



2010-10-15 19:08:53,219

-69



2010-10-15 19:11:19,550

25



2010-10-15 19:19:59,392

-25



2010-10-15 19:32:27,131

18



Рисунок 9 - Разряды молний, зарегистрированные в Туапсинском районе Краснодарского края за период времени с 17.37 по 18.00




Рисунок 10 - Разряды молний, зарегистрированные в Туапсинском районе Краснодарского края за период времени с 18.00 по 18.30.



Рисунок 11 - Разряды молний, зарегистрированные в Туапсинском районе Краснодарского края за период времени с 18.30 по 19.00.




Рисунок 12 - Разряды молний, зарегистрированные в Туапсинском районе Краснодарского края за период времени с 19.00 по 19.32.



Рисунок 13 - График распределения токов молний положительной полярности к отрицательной.


Как видно из рисунка 13 и из таблицы 1, основное количество разрядов имело отрицательную полярность, что свидетельствует о том, что развивавшиеся на рассматриваемой территории грозовые облака имели достаточно мощную переохлажденную составляющую. Как правило, отрицательные разряды развиваются из переохлажденной части конвективного облака [5,6].

Вышеприведенные данные позволяют сделать следующие основные выводы:

  1. Имело место развитие мощных конвективных процессов, приведших к развитию грозовых облаков. Развитие грозовых процессов (конвективных облаков) происходило в горной части Туапсинского района Краснодарского края. Эти процессы развивались, в начале, в верховьях рек Туапсе, Агой.

  2. Продолжительность грозовых процессов составила около 2 часов, с 17 ч 37 мин до 19 ч 32 мин 15 октября 2010 г. По видимому, этому периоду соответствует время выпадения основного количества осадков.

  3. Судя по местоположению основных разрядов молнии, можно оценить площадь, охваченную грозовыми процессами и территорию выпадения основного количества осадков. По нашей оценке она составила около 380 кв.км.

  4. Грозовые процессы вначале развивались в горной части Туапсинского района (с 17 ч 37 мин до 19 ч 00 мин 15.10.2010 г.), перемещаясь медленно на юг, на Черное море, со скоростью примерно 0,3 км/мин.

  5. Ливневые процессы, развивавшиеся в горной части Туапсинского района, не связаны с развитием смерчеподобного образования над Черным морем, что утверждалось в некоторых средствах массовой информации.

Таким образом, проведены наблюдения за грозо-градовыми облаками активно-пассивными радиотехническими средствами. Показано, что одним из главных индикаторов стадии и тенденции развития микрофизических процессов в облаке является тип разряда молнии (положительный, отрицательный, межоблачный и наземный) и его характеристики.

Совместное использование МРЛ и LS 8000 позволяет определять:

  •  стадию и тенденцию градообразования в конвективном облаке;

  •  физическую эффективность АВ по результатам измерения характеристик разрядов молнии.

По результатам сравнительного анализа получен вывод о высокой степени эффективности совместного использования грозорегистратора LS 8000 и метеорадиолокатора МРЛ-5 для целей штормооповещения.





страница2/8
Дата конвертации21.11.2013
Размер0,99 Mb.
ТипОтчет
1   2   3   4   5   6   7   8
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы