Ущерб от прохождения паводков в целом по стране весьма значителен. В среднем ежегодный ущерб от паводков на территории России оценивается в 40 млрд. рублей. Этот ущерб может быть значительно снижен, и вредное воздействие паводков сведено к минимуму при правильной научно обоснованной организации борьбы с ними. Предлагаемый метод и система оповещения обеспечивают максимально-возможную заблаговременность и оперативность оповещения Суммарное время заблаговременности оповещения предлагаемым способом составляет от 3 до 5 – 6 часов, которого достаточно для эвакуации населения и движимого имущества. Преимуществами предлагаемого способа и устройства оповещения о селях и паводках ливневого происхождения являются:
Радиолокационная сеть оповещения о селях и паводках ливневого происхождения может обеспечить значительный экономический эффект. Ожидаемый экономический эффект от внедрения одной системы оповещения (на примере условий Северного Кавказа) исчисляется десятками миллионов рублей в год при сроке его службы 20 лет. Стоимость одного радиолокационного устройства оповещения о ливневых паводках и селях оценивается в 18 млн. руб. (в том числе стоимость радиолокатора МРЛ-5 - 17 млн. руб.). Организацию сети оповещения о ливневых паводках и селях предполагается реализовать в рамках создаваемой Северо-Кавказской автоматизированной радиолокационной системы оповещения об опасных явлениях погоды с использованием имеющихся на местах радиолокаторов МРЛ-5 (рисунок 14), что значительно снизит затраты на организацию сети оповещения. ^ 5.1 Заключение экспертной комиссии по открытому опубликованию![]() ^ УДК 551.577.61 Сопоставление радиолокационных и наземных измерений осадков по результатам 2010 года в горных районах Кабардино-Балкарии. Лиев К.Б., Малкаров А.С. Количество выпадающих осадков измеряют различными дождемерами. В одном из таких приборов используется открытый металлический дождемерный сосуд диаметром 20-25 см. Сосуд градуируется с помощью находящегося в нем стержня. Выпадающие осадки улавливаются сосудом, а высоту выпавшего слоя их легко определить по делениям измерительного стержня. Для различных специальных целей применяют дождемеры слегка измененной конструкции. Весовые дождемеры снабжены взвешивающим устройством, улавливающим выпадающие осадки и позволяющим получить сумму осадков для заданного района. Другой вариант дождемера имеет два поочередно действующих сосуда диаметром по 0,25 м каждый. Когда один сосуд наполняется, он наклоняется и собранные им осадки выливаются. Автоматически начинает действовать второй сосуд. Число сливов каждого сосуда прибор автоматически записывает. Запись количества выпавших осадков производится с помощью плювиографа. В некоторых плювиографах используется лишь один опрокидывающийся сосуд. Количество выпавшего снега измеряется аналогичным способом, с той лишь разницей, что выпавшему снегу сначала дают растаять. В качестве обычного эмпирического правила можно считать, что 250 мм снега соответствует 25 мм дождя. Мы же предлагаем радиолокационный метод измерения осадков, имеющий преимущество над вышеописанными, это охват большой территории в радиусе 128 км. Разработанный нами радиолокационный метод измерения интенсивности и количества жидких и смешанных (град с дождем) осадков адаптированный к измерениям в горных районах, где высота местности значительно превышает уровень размещения радара, описан в следующих работах [1,2,3,4,5]. Целью настоящих исследований являлось:
Радиолокационные наблюдения за осадками проводились на автоматизированном радиолокаторе МРЛ-5, расположенном на научно-исследовательском полигоне (НИП) Высокогорного геофизического института (ВГИ). Для проведения измерений на земле, были расставлены плювиографы, на территории г. Нальчика. Радиолокационные измерения проводились с помощью технических средств: метеорологического радиолокатора МРЛ-5, автоматизированной радиолокационной системы измерения осадков АСУ «Антиград». Радиус действия системы составляет 128 км. В работе приводятся данные по дождям за три летних месяца 2010 года (86 дней), для которых имелись совместные наземные и радиолокационные данные. При этом данные по дождям сопоставляются с радиолокационными параметрами облаков и синоптическими характеристиками дня наблюдений. На рис. 1 представлены зоны зарождения (закрашенный кружок), перемещения (стрелка), а так же диссипация (кружок) мощных конвективных облаков на территории Кабардино-Балкарской республики. Штрихпунктирная стрелка показывает направление ведущего потока. Рассмотрим пример измерения осадков. 21.06.2010 г. Погода определялась циклоном на северо-востоке Турции и влиянием теплого фронта с волнами вдоль гор и холодного фронта с запада. По высотам передняя часть термобарического высотного циклона с центром на с/з Турции, и термический гребень с юга. Влажность 49%, ведущий поток южный 28 км/ч, высота нулевой изотермы Hо = 4100 м., скорость восходящего потока 11 м/с. Ожидалось развитие кучевой, кучево-дождевой облачности, во второй половине дня дождь, местами сильный, гроза, град. Радиолокационные наблюдения за облаками велись с 13 часов дня до 23 часов вечера. В районах расположения дождемеров наблюдались дожди. В таблице 1 приводится количество выпавших осадков, полученные наземными и радиолокационными измерениями. Таблица 1 Количество выпавших осадков за 21.06.2010 г.
Для иллюстрации радиолокационного измерения интенсивности осадков на рис. 2 приведена карта количества осадков, на фоне которой показано местоположение плювиографов. С помощью палитры цветов можно оценить количество осадков в каждой точке поля. Показания наземных измерений (количество осадков, температура, давление) изображены на рис. 3, на примере автоматического осадкомера (Davis) под номером №1, отмеченный кружком на рис.2. Результаты наземных и радиолокационных наблюдений за все дни сведены в таблице 2. При сопоставлении результатов необходимо иметь в виду используемую методику совместных наблюдений [1,3]. Таблица 2 Сводная таблица количества осадков по наземным и радиолокационным данным
По данным наземных и радарных измерений проводимых на территории КБР в летний период 2010 г. был построен график (рис.4), из которого следует, что наземные и радарные данные не сильно разнятся, в пределах погрешности, величина достоверности аппроксимации R2 = 0,8171. Точность измерений количества осадков зависит от погрешностей инструментальных измерений радиолокационной отражаемости Z, а также ошибок, связанных с допущениями относительно однократности и некогерентности рассеяния, формы гидрометеоров, их диэлектрических свойств и вида функции распределения по размерам. Погрешности инструментальных измерений можно оценить по формуле: ![]() где – относительная среднеквадратичная ошибка измерения интенсивности осадков J; J(Xi) – функции, по которым определяются параметры; Xi – переменные, от которых зависит измеряемый параметр. Радиолокационная отражаемость метеообъектов на длинах волн 3,2 и 10 см в n-ой ячейке дальности рассчитывается по формулам: ![]() ![]() где P3,2n и P10n – мощности радиоэхо на длинах волн 3,2 и 10 см в n-ом элементе дальности, азимута и угла места в соответствии с таблицей сквозной градуировки системы АСУ «Антиград»; P3,2 и P10 – поправки на изменение потенциала МPЛ-5 по обоим каналам; Rn – расстояние до n-го элемента дальности; C3,2 и C10 – постоянные обоих каналов МPЛ-5; K3,2n - ослабление радиоволн в осадках на длине волны =3,2 см на пути до n-ой ячейки дальности. Помимо инструментальных ошибок на точность измерения параметров микроструктуры облаков существенное влияние оказывают ошибки, связанные с несоответствием заданной модели спектра гидрометеоров, их диэлектрических свойств и характера рассеяния. Эти параметры полидисперсной системы гидрометеоров в градовых облаках могут варьировать в значительных пределах. Поэтому оценка погрешностей одноволнового и двухволнового методов радиолокационного измерения параметров микроструктуры градовых осадков и сопровождающих их ливневых дождей проведена путем статистического моделирования процесса измерений с помощью метода Монте-Карло. По результатам расчетов построено распределение ошибок определения количества осадков в однородных (дождь) и смешанных осадках (дождь с градом), представленное на рис. 5а и 5б соответственно. Ошибки измерения количества осадков ^ в однокомпонентных средах (дождь) составляют около J 32%. При измерениях в двухкомпонентной среде (дождь с градом) ошибки измерения количества осадков могут увеличиваться до 38 - 40%. Серьезным источником ошибок двухволновых измерений могут быть также различия в объемах зондирующего импульса на разных длинах волн, связанные с конструктивными и техническими характеристиками радиолокатора:
Применение метеорологического радиолокатора МРЛ-5, специально созданного для двухволновых измерений практически исключает эти ошибки, так как диаграммы направленности излучения по обоим каналам имеют одинаковую ширину и совмещены в пространстве, длительности зондирующих импульсов одинаковы и их огибающие совмещены во времени. Из результатов работы следует:
Работа выполнена при финансовой поддержки Федерального агентства по образованию (проект НК-199П), Государственного контракта №П1548 в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы Литература:
ЗаключениеНа основе исследований, проведенных в работе, получены следующие основные выводы и результаты:
7. Проведена апробация метода на основе данных радиолокационной системы АСУ «Антиград» на примере паводков на территории Кабардино-Балкарии, которая показала положительные результаты. 8. Показана возможность широкомасштабного внедрения предложенного метода оповещения на базе создаваемой радиолокационной сети штормооповещения Северного Кавказа. Это позволит значительно сократить расходы по созданию системы оповещения о паводках и селях, повысит информативность системы штормооповещения и создаст экономический эффект порядка нескольких миллионов рублей на каждый радиолокационный центр оповещения. ^
|