Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I Методика и аппаратура сетевых измерений 10
1.1 Пассивные градовые индикаторы 11
1.2 Методика и аппаратура обсчета размеров градин по отпечаткам на пассивных индикаторах града 17
1.3 Автоматический градосборник 21
1.4 Градомерная сеть 24
1.5 Ошибки, возникающие при измерении характеристик градобитий пассивными индикаторами града (ПИТ) 26
ГЛАВА II Методика и аппаратура лабораторных исследований 38
2.1 Термобарокамера 38
2.2 Аппаратура и методика лабораторного моделирования вторичных частиц при кристаллизации капельных зародышей града 42
2.2.1 Экспериментальный стенд для лабораторного моделирования образования вторичных частиц при кристаллизации капельных зародышей града 42
2.2.2 Устройство для регистрации вторичных частиц, образующихся при кристаллизации капельных зародышей 44
2.3 Аппаратура и методика подготовки срезов градин 46
ГЛАВА III Результаты исследования параметров градобитий пассивными индикаторами града 54
3.1 Спектральные и энергетические характеристики градобитий 55
3.1.2 Общие характеристики градобитий 62
3.2 Распределение градин по размерам 65
3.3 Спектральные и энергетические характеристики града и повреждаемость сельскохозяйственных культур 77
3.3.1 Методика определения повреждаемости сельскохозяйственных культур и потери урожая 77
3.3.2 Результаты исследований 80
ГЛАВА IV Анализ результатов активных воздействий на градовые процессы 85
4.1 Непараметрический метод анализа результатов активных воздействий на градовые процессы 85
4.2 Анализ результатов активных воздействий с помощью линейной регрессионной модели 99
ГЛАВА V Результаты исследования микрофизических характеристик града ... 135
5.1 Зародыши града 135
5.2 Элементный состав градин 151
5.3 Определение серебра в слоях и зародышах градин в процессах с AB 166
5.4 Пузырьковая структура капельных зародышей 172
5.5 Результаты исследования механизма образования капельных зародышей изотопным и пузырьковым методами 184
5.6 Исследования взрывоподобной кристаллизации капельных зародышей града 187
5.7 Физические условия формирования зародышей 191
ГЛАВА VI Усовершенствованный метод активных воздействий на градовые процессы 207
6.1 Усовершенствованный метод активных воздействий на градовые процессы 207
6.2 Проверка усовершенствованного метода активных воздействий на градовые процессы на основе анализа опытов по АВ 217
6.3 Теоретические обоснования способа воздействия 227
Заключение 234
Литература 242
Приложение А 256
- Методика и аппаратура обсчета размеров градин по отпечаткам на пассивных индикаторах града
- Аппаратура и методика лабораторного моделирования вторичных частиц при кристаллизации капельных зародышей града
- Распределение градин по размерам
- Анализ результатов активных воздействий с помощью линейной регрессионной модели
Введение к работе
Интенсивное развитие в последние десятилетия исследований по физике облаков, особенностей процессов осадкообразования позволили разработать методы активных воздействий (АВ) и применить их для производственной защиты сельскохозяйственных культур от града. Однако до сих пор нет исчерпывающих представлений о механизме градообразования. Град все еще выпадает на защищаемую территорию и приносит ощутимый ущерб сельскохозяйственным культурам. Это обусловлено малой изученностью процессов образования града в облаках и отсутствием надежных методов оценки изменения характеристик града в результате АВ.
Это приводит к необходимости разработки более точных методов измерения характеристик градобитий и дальнейших исследований механизма зарождения града для усовершенствования методов воздействия на градовые процессы.
Для измерений характеристик градобитий в мировой практике широкое распространение получили градомерные сети. В настоящее время данные о граде, полученные на градомерных сетях, считаются специалистами наиболее точными и объективными.
Несмотря на применение, более точных сетевых измерений, проблемы оценки эффективности противоградовых работ остаются нерешенными, это связано с малым периодом наблюдений и большой изменчивостью характеристик градовых процессов. Таким образом, достаточно актуальной является задача анализа результатов активных воздействий на градовые процессы, которые основаны на данных многолетних наземных сетевых измерений града.
Для разработки надежных методов активных воздействий на градовые процессы необходимо знать микрофизические условия и место образования различных типов зародышей града.
Несмотря на интенсивное развитие в последние годы математических и дистанционных методов исследования градовых облаков, имеются пробелы в решении вопросов, связанных с типом зародышей града и местами их образования в облаках.
В тоже время на основе анализа срезов естественных градин можно выделить тип зародышей градин, каплю или крупу, и по структурным особенностям оценить уровни их образования. Однако о происхождении капельных зародышей нет однозначных толкований, многие считают, что капельные зародыши образуются в результате срыва воды с мокрорастущих градин или же при таянии крупы. В этой связи актуальной является задача, связанная с исследованием механизма образования зародышей града и усовершенствования на ее основе метода АВ на градовые процессы.
Основной целью данной работы является исследование микрофизических условий зарождения града, установление взаимосвязи между характеристиками града на земле и параметрами атмосферы, разработка методов анализа результатов активных воздействий на основе сетевых измерений характеристик града на земле, разработка рекомендаций по усовершенствованию АВ на градовые процессы на основе микрофизических исследований образования зародышей града.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: Проведены измерения, обработка и систематизация материала инструментальных измерений на градомерной сети и данных радиозондирования атмосферы за период 1983 по 1997 гг. Разработана аппаратура и методика:
- сетевых измерений спектральных и энергетических характеристик градобитий;
- отбора проб градин в различных местах градовой дорожки;
- подготовки и исследования тонких срезов градин;
- моделирования кристаллизации капельных зародышей града при различных температурах и давлениях.
Осуществлен сбор проб градин на 60 градовых дорожках, на их основе проведены исследования в зародышах и слоях градин:
- пузырьковой структуры;
- элементного состава;
- содержания Ag.
Исследовано 1039 спектров из 105 градовых процессов.
Разработан метод анализа опытов по воздействию на градовые процессы на основе сетевых измерений характеристик града на земле.
Продолжена схема засева облака для предотвращения образования крупных градин в облаках.
Проведен анализ опытов при воздействии на градовые процессы предложенным методом.
Научная новизна: Впервые получены эмпирические уравнения взаимосвязи характеристик града на земле с параметрами атмосферы. Показано, что капельные зародыши градин образуются по механизму теплого дождя, и с этим связано образование крупных градин. Определены места образования капельных зародышей града в облаках. Впервые проведена оценка эффективности опытов по прерыванию града на основе инструментальных измерений града на земле. Предложена схема засева облака для борьбы с образованием крупного града в облаках.
Практическая значимость работы:
В работе предложены решения ряда практических задач. К таким относятся:
- оценка эффективности опытов по прерыванию града на основе измерений характеристик града на земле;
- рекомендации по борьбе с образованием крупного града в облаках;
- эмпирические формулы для определения повреждаемости пшеницы в период молочно-восковой спелости и кукурузы в период выметания метелки;
- полученные в работе эмпирические формулы связи характеристик града на земле с параметрами атмосферы могут быть использованы для прогноза градовых процессов различной интенсивности.
На защиту выносятся следующие результаты и положения работы:
1. Микрофизика зарождения и предотвращения образования крупного града в облаках.
2. Метод и результаты анализа активных воздействий на основе линейных регрессионных моделей.
3. Эмпирические формулы связи параметров с характеристиками града на земле.
4. Эмпирические формулы для определения ущерба пшеницы и кукурузы по измеренным значениям кинетической энергии.
5. Результаты исследования, показывающие, что основная часть капельных зародышей образуется по механизму теплого дождя и то, что на капельных зародышах образуются градины с максимальной кинетической энергией.
6. Аппаратура и методика измерений характеристик града на земле и лабораторного моделирования образования капельных зародышей в облаках.
Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения.
В первой главе приводятся методика и аппаратура сетевых измерений и для отбора проб градин. Рассматриваются вопросы расстановки и обслуживания градомерной сети, обсуждаются ошибки, возникающие при измерении характеристик градобитий пассивными индикаторами града.
Во второй главе рассматриваются методика и аппаратура подготовки и исследования тонких срезов градин, моделирование кристаллизации капельных зародышей в лабораторных условиях.
Третья глава посвящена исследованию соотношения типов зародышей в различных местах градовой дорожки, механизму формирования зародышей града. Уровней образования капельных зародышей и концентраций капельных зародышей в градовых облаках.
В четвертой главе, на основе большого экспериментального материала, проводятся исследования спектральных и энергетических характеристик градобитий. Приводятся точечные, глобальные характеристики поля кинетической энергии. Проводятся сравнения данных, полученных на Северном Кавказе, с аналогичными данными Швейцарии, Южной Америки, Канады.
Пятая глава посвящена анализу результатов АВ на градовые процессы. Приводятся результаты использования непараметрических многофакторных линейных методов для анализа результатов воздействий на градовые процессы.
В шестой главе приводится метод активных воздействий на градовые процессы и результаты апробации предложенного метода на опытах по воздействию на градовые процессы.
В заключении приводятся выводы по работе.
Личный вклад и апробация роботы:
Авто является организатором и непосредственным участником экспедиционных работ по сбору и анализу данных о граде на земле. В ч диссертацию вошли работы полученные автором лично или под его руководством. Автором лично проведены анализ и интерпретация всех результатов вошедших в диссертационную работу, получены физические выводы и дано их обоснование.
Результаты диссертации опубликованы в 4С научных трудах.
Основное содержание работы докладывалось на Международной конференции по физике облаков и модификации погоды (Пекин, май 1998г.), на Международном симпозиуме «Взаимосвязь региональных и глобальных процессов в атмосфере и гидросфере» (Тбилиси, ноябрь, 1988г.), на Всесоюзной конференции по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (Киев, ноябрь, 1987г.), на Всесоюзном семинаре по физике облаков и активным воздействиям (Нальчик, ноябрь, 1987, 1989, 1991гг.), на научно - практической конференции «Молодежь, наука и техника», посвященной 60-летию образования КБАССР (Нальчик, 1981г.), на конференции молодых ученных ГГО (Ленинград, апрель, 1986г.), на IV-VI конференциях молодых ученных и специалистов ВГИ (Нальчик, 1981-1986гг.), на общегеографических семинарах ВГИ, на Всероссийской конференции по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (г. Нальчик, октябрь, 23-25, 2001г.).
Методика и аппаратура обсчета размеров градин по отпечаткам на пассивных индикаторах града
Форма отпечатков градин на пенополистеролевой подложке определяется углом падения градин на подушку.
При углах падения более 30 к вертикали подложки отпечатки, как правило, имеют форму эллипса, причем, как показали исследования Росса [22], при различных углах падения малый диаметр эллипса для одной и той же градины остается постоянным, а отношение большего диаметра к малому является показателем угла падения градин.
Поэтому, для определения размера градин по отпечаткам целесообразнее измерять малые диаметры эллипса. На практике же при измерении отпечатков часто приходится сталкиваться с тем, что оба диаметра отпечатков, максимальный и минимальный, отличаются друг от друга незначительно И для выбора нужного диаметра необходимо измерять оба диаметра, что значительно затрудняет снятие данных с подушек. Чтобы избежать этого, мы производили измерение максимального диаметра отпечатков в плоскости перпендикулярно к направлению ветра, которое определялось по отпечаткам на боковой стороне подушки.
Вид поврежденного градового индикатора приведен на рисунке 3. Для представления материала в обозримой форме и упрощения расчетов и измерений в математической статистике, экспериментальный материал группируется в классы. Разность между максимальным и минимальным значениями в пределах одного класса называют классовым интервалом. Потеря информации при такой группировке зависит от ширины классового интервала. Обычно ширина классового интервала определяется эмпирическими формулами видамаксимальный диаметр градины в выборке; Dmin — минимальный диаметр градины в выборке; N - число частиц в выборке; AD - ширина классового интервала. В наших измерениях для статистически обеспеченных спектров значение Д , вычисленное по формуле (1.9), изменялось от 1,26 мм до 2,2 мм при среднем значении 2 мм. Очевидно, для сравнения различных спектров градин, желательно экспериментальный материал сгруппировать в классы с одинаковым интервалом. Поэтому, учитывая расчеты по формуле (9) и практическое удобство целых интервалов для исследования спектральных энергетических характеристик градобитий, в качестве ширины классового интервала выбрано значение AD=2uu. Так как связь диаметра градины с диаметром отпечатка нелинейная, для отнесения диаметров градин в равномерные интервалы с AD = 2 мм, необходимо диаметры отпечатка отнести в неравномерные интервалы. Измерение линейкой диаметров отпечатков и дальнейший их перевод по калибровочной кривой в диаметры градин процесс очень трудоемкий и неудобный. Это привело к созданию специального приспособления, которое схематически изображено на рисунке4. Оно состоит из текстолитового листа определенной формы (1), на конце которого имеется неподвижная металлическая измерительная игла (7). Подвижная измерительная игла закреплена на один конец рычага (8), другой конец которого выполнен в виде указательной стрелки. Под ним находятся стальные щетки, которые служат для замыкания контактов между шиной (3) и интервальными пластинами (4).
Длина каждой интервальной пластины определяется по калибровочной кривой с учетом плеча рычага следующим образом. Измерительные иглы устанавливались на расстояние, соответствующее отпечатку минимального пиаметла талин в пассматпиваемом интегжале пазмеров. Диаметры отпечатков определялись по калибровочной кривой ( см. рисунок 2 ). На шкале отмечалось (4 а) показание стрелки. В дальнейшем расстояние между иглами увеличивалось до диаметра отпечатка от максимальной градины в том же интервале размеров. На шкале отмечалась вторая точка, расстояние между двумя этими точками и будет длиной интервальной пластины, соответствующей ширине данного классового интервала диаметров градин. После сбора экспонированных пассивных градовых индикаторов в лаборатории по отпечаткам при помощи выше описанного устройства, восстанавливались диаметры и концентрации градин. Эти значения заносились в специальные бланки. По этим данным вычислялись среднеарифметический, среднеквадратичный, средне кубический диаметр, а также поверхностная плотность кинетической энергии, масса, концентрация, параметры гамма и логнормального закона распределения градин, выпавших на подложку. В бланк также заносились координаты ПИГ и дата выпадения града.
Аппаратура и методика лабораторного моделирования вторичных частиц при кристаллизации капельных зародышей града
Эксперименты по получению и исследованию искусственных капельных зародышей града проводились в вертикальной аэродинамической трубе открытого типа, разработанная в Ленинградском институте холодильной промышленности [29] (см. рисунок 10). Установка работает следующим образом. Воздух всасывается через патрубок 6 вентилятором 7 и подается в воздухоохладитель 5. Охлажденный воздух проходит камеру стабилизации 3, фильтр 8, насадку и поступает в рабочий участок 1. Расход воздуха регулируется числом оборотов электродвигателя. Стабилизирующий объем служит для выравнивания температуры и скорости потока, а сопло —для снижения уровня турбулентности и разгона потока до заданной скорости. Сход и выход сопла экранируется металлическими сетками для устранения завихрения воздуха. Такие компенсаторы служат для устранений колебаний и вибрации. Капля витает внутри рабочей трубы выполненной из органического стекла.
При проведении экспериментов измерялась температура потоков воздуха в месте нахождения капли, скорость потока. Значение ЭДС в цепи термопары измерялось цифровым вольтамперметром и выводилось на печать ЦПУ.
Эксперименты проводились при установившемся режиме работы установки. Термокамера установлена в холодильной комнате, что позволило обеспечивать стабильную температуру в рабочей части устройства.
Холодильная машина ФАК 1,5 могла обеспечивать температуру на рабочем участке аэродинамической трубы до -22С. Мостовая схема холодильной комнаты позволяла поддерживать в рабочем объеме заданную температуру.
Для регистрации частиц, образующихся при кристаллизации капель, нами были опробованы оптический и электрический методы. Оптический метод: два поляроида с перпендикулярными плоскостями поляризации устанавливались таким образом, что бы образующиеся частицы проходили между ними. Перед первым поляроидом устанавливался источник света, за вторым -фотопластинка. При прохождении частиц льда между поляроидами на фотопластинке должен остаться трек. Экспериментальная проверка данного устройства показала невозможность регистрации частиц. Основная причина была связана малым временем нахождения частиц в поле фотопластинки. Это привело к созданию устройства, принцип работы которого заключался в отклонении кристаллов и капель в электрическом поле и их осаждении на обкладках плоского конденсатора, которые покрывались фотопленкой. При попадании кристаллов и капель на желатиновый слой остаются отпечатки. По данным [ 30 ] при взрывоподобном раскалывании замерзающих капель происходит разделение значительного электрического заряда q« 10"13 -J- 10 14 к. При движении в поле плоского конденсатора ( см. рисунок 11) отклонение частицы к обкладкам описывается уравнениемгде Yi — степень смещения частицы, / - длина конденсатора, q - заряд частицы, m - масса частицы, Е - напряженность электрического поля, ио -скорость движения частицы вдоль оси конденсатора.
При Y=0,5CM, q=10 14K, і = 20 см, Е=2,5 кВ/м все частицы размерами по 100 мкм осядут на обкладках конденсатора.
Очевидно, наибольшую информацию можно получить со среза, который проходит через центр роста градин, так как в нем представлены все слои градины, включая и зародыши.
Но количество льда в каждом слое в центральном срезе недостаточно для проведения исследования элементного состава и льдообразующей активности аэрозольных частиц в зародышах и слоях градин. Возникает необходимость получить с одной градины несколько срезов, которые могут быть использованы для увеличения количества проб из каждого слоя. Устройство для получения нескольких срезов с одной градины изображено на рисунке 12. Градина разрезалась пятью параллельными нитями накала, расстояние между которыми 2 мм. В качестве предметного столика был использован термоэлемент, который позволяет охлаждать столик на 35С ниже температуры окружающей среды. Это создавало условия для подготовки срезов и при комнатной температуре. Приспособление помещалось в камеру холода, схематическое изображение которой показано на рисунке 13. Камера состоит из корпуса, лицевая часть которой выполнена из органического стекла, а основание и боковые стены из теплоизолирующего материала. На дне камеры уложены медные трубки, которые служат испарителями холодильного агрегата. Для улучшения теплоотвода при их подготовке срезов градин к медным трубкам прикреплен металлический лист (5). Технические характеристики камеры:
Распределение градин по размерам
Одной из важнейших характеристик градового облака является распределение градин по размерам. Прямые измерения этих величин в градовых облаках связаны с большими техническими трудностями. Поэтому, основные знания о концентрации и размере градин получены на основе их измерений на земле. В ранних работах по исследованию спектральных характеристик градобитий ограничивались построением гистограмм или же кривых распределений. Для чего по оси ординат откладывали отношение числа частиц определенного диаметра h к общему числу частиц N, а по оси абсцисс - диаметр градин D. Полученные при этом графики характеризуют кривые связи вида
Но, для построения эмпирических и теоретических моделей градового облака необходимо знать аналитическое выражение функций f(D), (так называемой функции счетного распределения градин по размерам). Известно несколько видов этой функции, предложенных различными исследователями, которые получены на основе анализа градин, собранных на градовой дорожке - это экспоненциальная [45], гамма [26] и логнормальный закон распределения [27]. Однако следует заметить, что наиболее мелкие градины, образующие левую часть спектра, за промежуток времени от выпадения и до их сбора с земли полностью или частично тают, что может приводить к существенному искажению формы кривой распределения градин по размерам. Для оценки возможных ошибок были произведены сравнения спектров размеров градин, полученных разными методами.
На рисунке 23 показаны сравнения спектров градин, собранных с земли, спустя 5 минут после выпадения града со спектрами градин восстановленных при помощи ПИГ.
На рисунке 24 приведены результаты сравнения распределений градин по размерам, полученных при помощи ПИГ измерением собранного града с земли и собранных при помощи градосборника.
Как видно из рисунков, в спектрах градин, собранных с земли, количество мелких градин с 6 мм значительно меньше, чем в спектрах, собранных градосборником и полученных по данным ПИГ ВГИ. Это позволяет утверждать, что распределение градин, полученные сбором с земли, сильно искажаются, что может привести к существенным ошибкам при определении функций распределения градин по размерам и ее параметров. Для исследования распределения градин по размерам нами были использованы данные пассивных индикаторов града. Из 1039 точечных спектров градин, полученных по данным ПИГ, 43% - по критерию (1.23) были статистически необеспеченными, 12% от общего количества спектров были двух модальными. Сопоставление спектров с местом взятия проб показали, что двух модальные распределения в основном наблюдались при мощных градовых процессах и, как правило, у правого края градовой дорожки в местах, где выпадает град с наибольшей кинетической энергией. Статистически обеспеченные спектры были исследованы на аппроксимацию двумя известными функциями распределения. Это гамма - распределение вида где N - число градин выборки; п - число градин с диаметром; Р - параметр масштаба; а - параметр формы распределения; Г(сс+1) - гамма функция при а - целом, равное а! и логарифмически нормальный закон Колмогорова i=\ Параметры гамма - распределения аир определялись по методике [47], a параметры ае и m логарифмически - нормального распределения - по методике, изложенной в [49]. Для выбора, каким распределением лучше описывается экспериментальный материал, был использован критерий %2 Пирсона при 20% уровне значимости где NPj - количество частиц определенного диаметра по теоретическому распределению. Результаты исследования 220 эмпирических распределений градин по размерам представлены в таблице 5. Как видно из таблицы из общего числа аппроксимируется 177 спектров. Распределение градин по размерам лучше описывается логарифмически нормальным распределением при модальном значении параметра ае = 0,4.
Анализ результатов активных воздействий с помощью линейной регрессионной модели
В настоящее время во многих странах мира проводятся эксперименты по воздействию на облачные процессы. Несмотря на это, методы эффективности таких работ до настоящего времени не разработаны. Разработка статистических методов анализа эффективности АВ на облачные процессы затруднены, что связанно с изменчивостью параметров облачности и относительно малым количеством экспериментальных единиц. Это привело к использованию различных моделей, в том числе сопутствующих переменных (предикторов). Применение линейных регрессионных моделей к оценке воздействий на облачные процессы описаны во многих работах [68-74]. В этих моделях на основании измерений одних величин (независимых переменных) предсказывают значения других (зависимых переменных). Очевидно, для построений регрессионной модели необходимо произвести корреляционный анализ взаимосвязи характеристик облака или воздушной массы в дни с градовыми процессами с характеристиками осадков на земле.
Исторически сложилось так, что при анализе опытов по воздействию на облачные процессы в качестве независимых переменных используют характеристики облака [68-74], а в качестве зависимой переменной характеристики осадков на земле. Такой подход дает лучшую корреляцию, однако, при этом возникает другая проблема связанная с использованием полученных результатов. Для использования регрессионных уравнений, которые получены на выборках без АВ, для предсказаний характеристик осадков по таким моделям, необходимо, с одной стороны предположить, что на выбранные для предсказания характеристик облака активные воздействия не оказывают существенного влияния, с другой стороны, полученные предсказания характеристик осадков показывают связь выбранных характеристик облака с характеристиками осадков на земле, т.е. необходимо показать, что активные воздействия приводят к изменению характеристик осадков на земле не изменяя выбранные для предсказания характеристики облака.
По сложности данная задача соизмерима с проблемой оценки эффективности АВ на облачные процессы. Если рассматривать облачные процессы как физический эксперимент, то в роли условий проведения эксперимента выступают характеристики воздушной среды, облако является промежуточным этапом, а осадки конечным продуктом реализации условий проведения эксперимента. В связи с выше изложенным, нами в качестве независимых переменных использовались характеристики воздушной массы в дни с градовыми процессами, которые вычислялись по данным радиозондов. Первоначально в корреляционный анализ были включены 45 характеристик воздушной массы в дни с градовыми процессами. В таблице 15 приводятся коэффициенты корреляции 19 наиболее информативных параметров воздушной массы с характеристиками града на земле, для процессов без АВ (55 процессов). Обозначения в таблице: At2 - вертикальный градиент температуры в слое Нк + 2 км+ 2 км; Tmax температура на уровне максимальной разности температур; 500 q - суммарная удельная влажность в слое земля -500 гПа; Тк - температура на уровне конденсации; At- максимальная разность температур в облаке и в окружающем воздухе; Ртах - давление на уровне максимальной разности температур; Ро - давление на уровне нулевой изотермы; Но - уровень нулевой изотермы; 0p(zm)- псевдопотенциальная температура смоченного термометра на уровне максимальной разности температур облака и окружающего воздуха; Д0 -разность псевдопотенциальных температур соответствующих уровням zk, Ah. -слой конвекции, расположенный в области отрицательных температур; Нр - высота слоя потенциальной неустойчивости. 0р,-минимальная псевдопотенциальная темепература смоченного термометра на уровне Нр; ТТ - индекс Миллера Методы расчета и важность для процессов градооброзования выше приведенных параметров подробно изложены в работе [75], поэтому здесь только вкратце остановимся на них. Максимальная скорость восходящего потока является количественным показателем неустойчивости воздушной массы. Она определяет запас энергии неустойчивости в средней тропосфере и рассчитывается по формуле, предложенной в: где Atmax- максимальная разность температур в облаке и в окружающем воздухе;Ттах -максимальная сухоадиабатическая температура; Тконд-температура уровня конденсации ; Рк- давление уровня конденсации; Ртах-давление уровня максимальной разности температур; Уровень конвекции Нв, определяемый пересечением кривой стратификации с кривой состояния. Эта величина наиболее точно выражает верхнюю границу конвективных облаков. Его значение можно вычислить, исходя из уравнения статистики: где t- средняя температура в слое 10 гПа Р0, Pz- границы слоя (гПа), At2- вертикальный градиент температуры в слое Нк + 2км + 2км рассчитывается как разность температур на уровнях (Нк + 2 км) и (Нк + 2 км+ 2 км) по формуле : At 2 - вертикальный градиент температуры в слое Нк + 2,5 +2 км считается аналогично по формуле: А Ї2 = t zk+2,5 км +2 км" t zk+2 км Соответствующие значения температур определяются по эмаграмме. Тщах - температура на уровне максимальной скорости восходящего потока определяется по данным эмаграммы 500 д - суммарная удельная влажность в слое земля -500 гПа суммируется; зе.им определяется по данным эмаграммы. Уровень конденсации находится как точка пересечения сухой адиабаты, проведенной от максимальной прогнозируемой температуры воздуха у поверхности земли Тзм, с изограммой, проведенной через точку (Р3, т3). Точка пересечения прямых определяет давление и температуру на уровне конденсации: Максимальная разность температур A tmax в облаке и окружающем воздухе на уровне максимальной скорости восходящего потока и соответствующее давление на этом уровне Ртах. находятся по эмаграммам; Давление Р0 и высота Н0 уровня нулевой изотермы определяются также по эмаграмме; @ n(zm)- псевдопотенциальная температура смоченного термометра на уровне максимальной разности температур облака и окружающего воздуха, определяется по эмаграммам; Мощность переохлажденной части облака рассчитывается следующим образом: ДЬ = НВ-Н0, где Н0 - высота нулевой изотермы, Нв -уровень конвекции. Величина q рассчитывается по приближенной формуле: i-i где qj , Pj , Tj - соответственно удельная влажность, давление и температура на уровне НІ ; НІ, Н0 - высота нижней и верхней границ n-ного слоя над уровнем моря, м.
Н определяется как точка пересечения кривой температуры смоченного термометра и влажной адиабаты, касательной к кривой стратификации. Параметр Нр в большинстве случаев с развитием мощной конвекции совпадает с верхней границей влажно-неустойчивого слоя Нвл, то есть с верхней границей активного слоя облакообразования, предложенного Г.К.Сулаквелидзе [16]. Значение псевдопотенциальной температуры смоченного термометра Р,А,- Р эт0 температура, которую приобрел бы воздух, будучи адиабатическим, путем приведен к состоянию насыщения, а затем псевдоадиабатическим путем - к стандартному давлению 1000 мб. Определяется по эмаграммам . Величина 0 , - это минимальная псевдопотенциальная температура смоченного термометра на уровне верхней границы слоя Нр. По сравнению с & роб7 является величиной консервативной, определяется по эмаграмме. Индекс ТТ интегральных сумм, предложенный Миллером, рассчитывается по формуле [75]: