Морской гидрофизический журнал. 2019; 35: 409-422
Временные характеристики и синоптические условия образования экстремальной новороссийской боры
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-5-409-422Аннотация
Цель. Изучены характеристики и повторяемость новороссийской боры по данным стандартных измерений на гидрометеорологической станции Новороссийск и данным климатического реанализа RegCM с использованием региональной численной модели c повышенным пространственным разрешением. Общефизический интерес представляют случаи боры с максимальной скоростью U ³ 30 м/с и минимальной отрицательной температурой.
Методы и результаты. По многолетним ежедневным данным из архивов станции Новороссийск и информации баз данных Росгидромета (https://rp5.ru/) за 1901–2017 гг. получены статистические значения по числу суток с борой за холодный и теплый периоды, количеству случаев боры при различной их продолжительности в сутках и повторяемости по месяцам за 1901‒2017 гг. Современные региональные численные модели, разработанные в Морском гидрофизическом институте, позволяют учесть роль орографии в генерации новороссийской боры, определить ее локализацию и изучить эволюцию термодинамических полей сильной боры в процессе ее развития и затухания. Дана оценка повторяемости экстремальных скоростей ветра при истинной боре методом аппроксимации кумулятивной функции ряда распределением Вейбулла. При анализе синоптических особенностей формирования боры использованы данные регионального RegCM и ERA-Interim реанализов за 1979–2013 гг. на поверхности и на модельных уровнях. Построены розы ветров для точек у наветренного и подветренного склонов.
Выводы. Получено среднегодовое число суток с борой за исследуемый временной ряд, равное 30. Наибольшая продолжительность случаев боры приходится на зимние месяцы и может составлять до 7 сут. Из массивов модельных расчетов выбраны поля давления и скорости ветра, соответствующие сильной боре, и классифицированы методом кластерного анализа. Построены композиты полей давления и ветра. Показано, что условием развития сильной боры является формирование двух центров давления – северного циклонического и южного антициклонического. Приведены вертикальные профили температуры, скорости ветра и частоты плавучести для двух основных кластеров. По данным измерений на гидрометеорологической станции Новороссийск оценены временные характеристики боры. Показано, что для формирования истинной боры необходимо интенсивное низкотропосферное течение воздуха со скоростью 10–15 м/c, сопровождающееся инверсией температуры на высоте около 1 км и формированием нижележащего слоя устойчиво стратифицированного воздуха.
Список литературы
1. Новороссийская бора / Отв. ред. А. М. Гусев. М. : Изд-во АН СССР, 1959. 140 c. (Труды Морского гидрофизического института / АН СССР; Т. 14).
2. Васильев А. А., Вильфанд Р. М., Голубев А. Д. Совместное использование численных ме-зомасштабных и концептуальных моделей при оперативном прогнозе опасных явлений погоды // Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Россий-ской Федерации. М. : ГНИЦ РФ, 2016. Вып. 359. С. 48–57. URL: http://method.meteorf.ru/publ/tr/tr359/vasiliev.pdf (дата обращения: 20.03.2019).
3. Гавриков А. В., Иванов А. Ю. Аномально сильная бора на Черном море: наблюдение из космоса и численное моделирование // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51, № 5. С. 615–626. doi:10.7868/S0002351515050053
4. Вильфанд Р. М., Ривин Г. С., Розинкина И. А. Система COSMO-Ru негидростатического мезомасштабного краткосрочного прогноза погоды Гидрометцентра России: первый этап реализации и развития // Метеорология и гидрология. 2010. № 8. С. 5–20.
5. Ефимов В. В., Барабанов В. С. Моделирование новороссийской боры // Метеорология и гидрология. 2013. № 3. С. 171–176.
6. Ефимов В. В., Комаровская О. И. Сезонная изменчивость и гидродинамические режимы новоземельской боры // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2018. Т. 54, № 6. С. 684–698. doi:10.1134/S0002351518060056
7. Анисимов А. Е., Яровая Д. А., Барабанов В. С. Реанализ атмосферной циркуляции для Черноморско-Каспийского региона // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 4. С. 14–28. doi:10.22449/0233-7584-2015-4-14-28.
8. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system / D. P. Dee [et al.] // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2011. Vol. 137, iss. 656. P. 553–597. doi:10.1002/qj.828
9. Шаймарданов В. М. Организация контроля качества информации, включаемой в фонд данных // Труды Главной геофизической обсерватории им А. И. Воейкова. СПб., 2011. Вып. 564. С. 166–177. http://voeikovmgo.ru/download/564.pdf
10. Alpers W., Ivanov A., Horstmann J. Observations of bora events over the Adriatic Sea and Black Sea by spaceborne synthetic aperture radar // Monthly Weather Review. 2009. Vol. 137, no. 3. P. 1150–1161. https://doi.org/10.1175/2008MWR2563.1
11. Семенов Е. К., Соколихина Н. Н., Соколихина Е. В. Синоптические условия формирова-ния и развития новороссийской боры // Метеорология и гидрология. 2013. № 10. С. 16–28.
12. Hartigan J. A. Wong M. A. Algorithm AS 136: A K-Means Clustering Algorithm // Journal of the Royal Statistical Society. Series C (Applied Statistics). 1979. Vol. 28, no. 1. P. 100–108. doi:10.2307/234683014
13. Smith R. B. Hydrostatic airflow over mountains // Advances in Geophysics. 1989. Vol. 31. P. 1–41. doi:10.1016/S0065-2687(08)60052-7
14. Momentum Fluxes of Gravity Waves Generated by Variable Froude Number Flow over Three-Dimentional Obstacles / S. D. Eckermann [et al.] // Journal of the Atmospheric Sciences 2010. Vol. 67, no. 7. P. 2260–2278. https://doi.org/10.1175/2010JAS3375.1
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2019; 35: 409-422
Temporal Characteristics and Synoptic Conditions of Extreme Bora Formation in Novorossiysk
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-5-409-422Abstract
Purpose. Bora in Novorossiysk is the strong, cold, gusting northeast wind directed to the sea on a ridge slope. As the dangerous phenomenon of weather it happens in winter at the wind speed more than 30 m/s, therefore, bora cases with maximum speed and minimum subzero temperature are of practical and all-physical interest.
Methods and Results. According to long-term daily data from the archives at the station Novorossiysk and observations from the Russian Hydrometeorological Institute (https://rp5.ru/) for the period 1901–2017 statistics on the number of days with bora for cold and warm periods and the number of bora cases with different duration of the day and their repeatability by month for the period 1901‒2017 are obtained. Modern regional numerical models developed in the Marine Hydrophysical Institute permit to take into account the role of orography in generation of the Novorossiysk bora, to define its localization and to study evolution of thermodynamic fields of a strong bora during its development and attenuation. The estimation of the repeatability of extreme wind speeds at true bora by the method of approximation of the cumulative function of the series by the Weibull distribution is given. In the analysis of sinoptic features of bora formation, the data of RegCM regional reanalysis for the period 1979–2013, as well as data of ERA Interim reanalysis at model levels were used. Roses of winds for points at windward and leeward slopes are constructed.
Conclusions. It was found that the average annual number of days with bora for the study time series is 30. The greatest duration of cases with bora falls on the winter months and can be up to 7 days. From the arrays of reanalysis data, the fields of pressure and wind speed corresponding to a strong bora are selected and classified by the cluster analysis method. Composites of pressure and wind fields are constructed. It is shown that the condition for the development of a strong bora is the formation of two pressure centers – the northern cyclonic and southern anticyclonic. Vertical profiles of temperature, wind speed and buoyancy frequency for 2 main clusters are presented. According to the measurements on the Novorossiysk HMS, the time characteristics of the bora were estimated. It is shown that the main features necessary for the formation of a true bora is an intense low – atmospheric air flow with velocities of about 10-15 m/c, accompanied by temperature inversion at an altitude of about 1 km and the formation of the underlying layer of stably stratified air.
References
1. Novorossiiskaya bora / Otv. red. A. M. Gusev. M. : Izd-vo AN SSSR, 1959. 140 c. (Trudy Morskogo gidrofizicheskogo instituta / AN SSSR; T. 14).
2. Vasil'ev A. A., Vil'fand R. M., Golubev A. D. Sovmestnoe ispol'zovanie chislennykh me-zomasshtabnykh i kontseptual'nykh modelei pri operativnom prognoze opasnykh yavlenii pogody // Trudy Gidrometeorologicheskogo nauchno-issledovatel'skogo tsentra Rossii-skoi Federatsii. M. : GNITs RF, 2016. Vyp. 359. S. 48–57. URL: http://method.meteorf.ru/publ/tr/tr359/vasiliev.pdf (data obrashcheniya: 20.03.2019).
3. Gavrikov A. V., Ivanov A. Yu. Anomal'no sil'naya bora na Chernom more: nablyudenie iz kosmosa i chislennoe modelirovanie // Izvestiya RAN. Fizika atmosfery i okeana. 2015. T. 51, № 5. S. 615–626. doi:10.7868/S0002351515050053
4. Vil'fand R. M., Rivin G. S., Rozinkina I. A. Sistema COSMO-Ru negidrostaticheskogo mezomasshtabnogo kratkosrochnogo prognoza pogody Gidromettsentra Rossii: pervyi etap realizatsii i razvitiya // Meteorologiya i gidrologiya. 2010. № 8. S. 5–20.
5. Efimov V. V., Barabanov V. S. Modelirovanie novorossiiskoi bory // Meteorologiya i gidrologiya. 2013. № 3. S. 171–176.
6. Efimov V. V., Komarovskaya O. I. Sezonnaya izmenchivost' i gidrodinamicheskie rezhimy novozemel'skoi bory // Izvestiya RAN. Fizika atmosfery i okeana. 2018. T. 54, № 6. S. 684–698. doi:10.1134/S0002351518060056
7. Anisimov A. E., Yarovaya D. A., Barabanov V. S. Reanaliz atmosfernoi tsirkulyatsii dlya Chernomorsko-Kaspiiskogo regiona // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2015. № 4. S. 14–28. doi:10.22449/0233-7584-2015-4-14-28.
8. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system / D. P. Dee [et al.] // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2011. Vol. 137, iss. 656. P. 553–597. doi:10.1002/qj.828
9. Shaimardanov V. M. Organizatsiya kontrolya kachestva informatsii, vklyuchaemoi v fond dannykh // Trudy Glavnoi geofizicheskoi observatorii im A. I. Voeikova. SPb., 2011. Vyp. 564. S. 166–177. http://voeikovmgo.ru/download/564.pdf
10. Alpers W., Ivanov A., Horstmann J. Observations of bora events over the Adriatic Sea and Black Sea by spaceborne synthetic aperture radar // Monthly Weather Review. 2009. Vol. 137, no. 3. P. 1150–1161. https://doi.org/10.1175/2008MWR2563.1
11. Semenov E. K., Sokolikhina N. N., Sokolikhina E. V. Sinopticheskie usloviya formirova-niya i razvitiya novorossiiskoi bory // Meteorologiya i gidrologiya. 2013. № 10. S. 16–28.
12. Hartigan J. A. Wong M. A. Algorithm AS 136: A K-Means Clustering Algorithm // Journal of the Royal Statistical Society. Series C (Applied Statistics). 1979. Vol. 28, no. 1. P. 100–108. doi:10.2307/234683014
13. Smith R. B. Hydrostatic airflow over mountains // Advances in Geophysics. 1989. Vol. 31. P. 1–41. doi:10.1016/S0065-2687(08)60052-7
14. Momentum Fluxes of Gravity Waves Generated by Variable Froude Number Flow over Three-Dimentional Obstacles / S. D. Eckermann [et al.] // Journal of the Atmospheric Sciences 2010. Vol. 67, no. 7. P. 2260–2278. https://doi.org/10.1175/2010JAS3375.1
