Конвективные опасные явления (шквалы, смерчи, град)

Шквал – это резкое кратковременное усиление ветра, обычно с изменением направления, связанное с нисходящими потоками воздуха в зонах осадков кучево-дождевых облаков. За год в Пермском крае фиксируется 1-5 случаев сильных шквалов (≥24 м/с). В отдельные годы сильные шквалы не наблюдались вообще.

Наибольший ущерб наносят шквалы, связанные с быстро движущимися холодными фронтами (второго рода), и охватывающие значительные территории. Повторяемость их в Пермском крае составляет 1-2 случая за 10 лет. За последние 12 лет зафиксированы 3 случая (22.05.2001 г., 19.06.2009 г., 18.07.2012 г.) шквалов, нанесших большой ущерб.

Шквал 22.05.2001 г. (24-31 м/с) зафиксирован метеостанциями Пермь, Березники, Бол. Соснова, АМСГ Бол. Савино, наблюдался также в Оханском, Очерском, Добрянском, Усольском районах. В результате шквала погибло 2 чел, пострадало 14 чел. материальный ущерб по г. Пермь составил 55 млн. руб. в ценах 2001 г. Была остановлена работа аэропорта Бол. Савино, Пермской ГРЭС. Нарушался график движения поездов. Повреждены 28 км ЛЭП, 10 км линий связи. Из-за отсутствия электроэнергии было нарушено водоснабжение на Камском и Чусовском водозаборах.

Шквал 19.06.2009 г. (24-28 м/с) прошел через западные и центральные районы Пермского края, зафиксирован метеостанциями Бол. Соснова, Добрянка, Березники, а также в г. Кунгур. В результате шквала были повалены деревья, повреждены крыши домов, нарушено электроснабжение. Наибольший ущерб зафиксирован в Большесосновском районе.

Шквал 18.07.2012 г. (20-28 м/с), сопровождавшийся в отдельных районах сильным ливнем (до 36 мм) и крупным градом (диаметр 18-22 мм), наблюдался на большей части территории Пермского края. В результате шквала погиб 1 человек и 10 пострадали, обесточены 900 населенных пунктов, повреждено 311 зданий в 23 населенных пунктах, уничтожено более 10 тыс. га леса.

Смерчи наблюдаются на Урале сравнительно редко. В Пермском крае за период с 1981 по 2012 гг. зафиксировано не менее 7 случаев смерчей, из них 5 подтверждены по результатам исследования массовых ветровалов в лесных массивах региона. 4 случая смерчей зафиксированы в малонаселенной северо-западной части Пермского края, еще 3 случая – в районах с высокой плотностью населения. В 4-х случаях со смерчами был связан значительный ущерб в населенных пунктах.
Интенсивность смерча оценивается в баллах по известной шкале Фуджиты-Пирсона. Для смерчей, зафиксированных в Пермском крае, такие оценки не проводились. Другими характеристиками смерча являются длина и ширина полосы разрушений. Смерчи, зафиксированные в Пермском крае, характеризовались длиной полосы разрушений от 6 до 42 км, и шириной от 50 до 400-500 м. Информация о полосах разрушений от смерчей получена на основе анализа повреждений лесной растительности по данным космической съемки со спутников LANDSAT-5/7 и SPOT-5.

Наиболее интенсивные смерчи на территории Уральского Прикамья наблюдались 07.06.2009 г. В результате смерчей на территории Гайнского и Юрлинского районов, а также в республике Коми было уничтожено 2,5 тыс. га леса. Пострадали населенные пункты Кебраты и Шордын в Гайнском районе. Общая длина полосы разрушений от смерчей 07.06.2009 г. составляет более 90 км, а ширина от 100 до 600 м.
 

Последствия прохождения смерча в Гайнском районе 7 июня 2009 года

Крупный град

Повторяемость града на метеостанциях Пермского края составляет 1-2 случая в год, в отдельные годы число случаев может достигать 6-8. Повторяемость града сильно зависит от орографии местности. Метеостанции, расположенные на возвышенностях, отмечают град в 1,5 – 2 раза чаще, чем метеостанции в низинах. Однако в силу локальности явления, большинство случаев града сетью метеостанций не регистрируется. Продолжительность выпадения града в среднем составляет от 7 минут по северу до 16 минут по югу территории.

Крупный град (в градации ОЯ), наблюдается крайне редко, за 32 года метеостанциями зафиксировано всего 7 случаев. Еще о 6 случаях крупного града зизвестно по данным об ущербе. Наиболее крупный град за всю историю наблюдений в Пермском крае отмечен 20.08.2008 г. к югу от г. Пермь, диаметр града составил 50-70 мм. В результате были повреждены сотни автомобилей и частных домов, уничтожены посевы на опытных полях Пермской Государственной сельхозакадемии.

Сильные ливни
Сильные ливни интенсивностью более 30 мм/ч, имеют локальный характер, и поэтому часто пропускаются сетью наблюдений. За период 1981 – 2012 гг. зафиксировано всего 14 случаев сильного ливня в градации ОЯ. Значительно выше повторяемость очень сильных дождей (более 50 мм/12 ч, или более 30 мм/12 ч на ливнеопасных станциях), конвективного характера. С развитием конвекции связаны более половины всех случаев сильных дождей (в градации ОЯ) в летний период.
 

Динамика повторяемости конвективных явлений в 1991-2012 гг. (по данным метеостанций и информации об ущербе)

Синоптические условия развития конвективных опасных явлений 

Возникновение конвективных ОЯ обусловлено взаимодействием крупномасштабных (синоптических) и мезомасштабных процессов. Развитию интенсивной конвекции способствуют крупномасштабные упорядоченные восходящие движения; сходимость потоков в нижней тропосфере и расходимость – в верхней тропосфере; вынужденный подъем воздуха, обусловленный прохождением фронтальных разделов; высокая температура и влагосодержание в пограничном слое тропосферы, значительное влагосодержание в средней тропосфере; вертикальные градиенты температуры, превышающие влажноадиабатический.

Условия развития конвекции определяются, прежде всего, синоптическим положением. Конвективные ОЯ возможны как во внутримассовой ситуации, так и при прохождении атмосферных фронтов.  Однако большинство случаев связано с фронтами.

Внутримассовые ситуации 

Наиболее благоприятные условия для развития внутримассовой конвекции складываются в заполняющихся малоподвижных высоких циклонах. С ними связаны продолжительные периоды ливневой и грозовой деятельности, охватывающей значительные территории. Развитию конвекции способствует высокое влагосодержание воздуха в приземном слое и во всей нижней части тропосферы. Для заполняющихся депрессий характерна низкая скорость ветра в средней тропосфере (обычно не более 8-13 м/с), и низкая скорость смещения массивов кучево-дождевой облачности (далее по тексту - Cb). В  результате складываются условия для выпадения в отдельных пунктах сильных ливней. Вероятность сильных шквалов в заполняющихся депрессиях минимальна. В Пермском крае повторяемость подобных ситуаций составляет 1-2 случая ежегодно (в течение июня-августа).

Фронтальные ситуации

Конвективные ОЯ в большинстве случаев связаны с холодными фронтами. Весьма благоприятны для развития конвекции малоподвижные фронтальные зоны с волновыми возмущениями. Значительно реже мощная конвекция развивается на теплых фронтах. Основное значение для условий развития конвекции имеет тип фронта и скорость его перемещения.
Холодные фронты Iрода характеризуются невысокой скоростью перемещения, упорядоченными восходящими движениями, при их прохождении ливневые осадки могут сопровождаться обложными. Очень часто на холодных фронтах Iрода развиваются волновые возмущения. Скопления Cbсмещаются вдоль фронта (как и на малоподвижных фронтах), что способствует выпадению в отдельных районах очень сильных дождей.

На холодных фронтах II рода, и перед ними, наблюдается большинство случаев конвективных ОЯ, прежде всего сильных шквалов и крупного града. Для них характерна значительная составляющая скорости ветра, нормальная к линии фронта, которая увеличивается с высотой. Фронт перемещается со значительной скоростью, осадки выпадают только ливневого характера. С холодными фронтами IIрода связано большинство случаев сильных шквалов, их развитию способствует высокая скорость ветра в средней тропосфере. Случаи разрушительных шквалов в Пермском крае 22.05.2001 г., 19.06.2009 г., 18.07.2012 г. наблюдались на холодных фронтах IIрода в углубляющихся южных или западных циклонах, прохождение которых пришлось на период максимального послеполуденного прогрева.

На малоподвижных фронтах с волновыми возмущениями, лежащих в параллельных потоках,  складываются благоприятные условия для выпадения сильных ливневых дождей, которые иногда достигают критерия ОЯ. Скопления Cbперемещаются обычно вдоль приземной линии фронта. Дополнительным фактором, способствующим увеличению интенсивности осадков, является контраст температуры на фронте более 8-10°. В отдельных случаях, на таких фронтах возможны шквалы до 25-28 м/с.

На теплых фронтах конвективные ОЯ достаточно редки. Конвекция на теплых фронтах активизируется ночью, в связи с понижением температуры верхней границы облаков, что сопровождается усилением осадков.
Синоптические условия развития шквалов и града существенно отличаются от условий, в которых наблюдаются сильные дожди конвективного характера. Анализ данных наблюдений подтверждает, что большинство случаев сильных шквалов и града связано с быстро движущимися холодными фронтами второго рода в углубляющихся западных, юго-западных или южных циклонах . При этом основным условием является прохождение фронта в период максимального прогрева. 

Сильные ливни чаще наблюдаются на малоподвижных фронтах и холодных фронтах первого рода с волновыми возмущениями, в малоградиентном барическом поле. 18% случаев сильных ливней являются следствием внутримассовой конвекции.


Мезомасштабные системы глубокой конвекции, генерирующие опасные явления погоды в Пермском крае

Сильные ливни, шквалы, град и смерчи генерируются облачными системами глубокой конвекции, развивающимися в масштабах мезо-β (от 20 до 200 км) и мезо-α (>200 км). Классификация систем глубокой конвекции основана на их геометрии и горизонтальных размерах, наблюдаемых со спутников.

 аиболее крупными системами глубокой конвекции, в которых практически в 100% случаев отмечаются ОЯ, являютсямезомасштабные конвективные комплексы (МКК). Это массивы кучево-дождевой облачности округлой формы, диаметром более 200 км. Для МКК характерна облачная система, состоящая из кучево-дождевых и слоистых облаков большой вертикальной мощности. Средняя продолжительность жизни МКК – около 10 ч. На поздних стадиях развития МКК значительная часть осадков выпадает из слоистообразной облачности. Большинство МКК развивается в вечерние часы на волновых возмущениях малоподвижных фронтов.

Над территорией Уральского Прикамья за год формируется и/или проходит несколько МКК. За 2010-2013 гг., по данным спутникового мониторинга, выявлено 12 случаев развития МКК. Из них в 11 случаях наблюдались опасные явления погоды.ю

Линии шквалов обычно развиваются в теплой и влажной воздушной массе впереди холодного фронта. Длина линии шквалов может достигать 400-500 км. В пределах линий шквалов иногда образуются дугообразные долгоживущие системы (ДДС), которые характеризуются продолжительным временем жизни (несколько часов) и сильными ветрами (в порывах 26 м/с и более). Характерный размер ДДС составляет 40-120 км. В Пермском крае ДДС наблюдаются крайне редко. По результатам анализа данных метеорологического радиолокатора выявлен один случай развития ДДС 29.06.1996 гг. в районе Перми. Ее прохождение сопровождалось сильными ливнями и шквалами.
 

Классификация систем глубокой конвекции [по Н.Ф. Вельтищеву]

Мезомасштабный конвективный комплекс (4 июля 2012 г.)
 

.)
  

Линия шквалов (9 июля 2002 г.)






Случаи опасных явлений поогды, связанные с прохождением мезомасштабных конвективных комплексов (в 2008-2013 гг.).