Исследование процессов в нижней атмосфере при помощи высотных сооружений
8-10 октября 2008 г.
г. Обнинск Калужской области Тезисы докладов: ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ Обсуждаются данные высотных синхронных наблюдений в четырех пунктах: на метеорологической мачте в Обнинске, на ВМК Останкино и данные микроволновых измерений профилей температуры в центре Москвы и в ее северном пригороде- в г. Долгопрудный в 2007 г. Подобные сравнения проведены впервые.
Были поставлены следующие задачи: оценить сходимость дистанционных и контактных измерений профилей температуры, на ограниченной выборке получить количественные оценки влияния московского мегаполиса на поле температуры, получить представление о частоте совпадении температурных инверсий в центре московского мегаполиса, на северной окраине и в удаленной от мегаполиса местности, рассмотреть связь струйных течений нижнего уровня (СНУ) со стратификацией температуры.
В отсутствии статистически значимых оценок качества данных по всем измерениям, проведен совместный анализ временных рядов и рассчитаны некоторые статистические характеристики разностей средней часовой температуры (четыре пункта). Для удобства анализа данные приведены к высотам 2, 100, 200 и 300 метров. Анализ временных рядов показал, что сходимость данных во всех пунктах наблюдений является вполне удовлетворительной, ряды температуры имеют высокую парную корреляцию (летом R(Тприземн.)=0.88-0.95, зимой 0.94-0.98, во все сезоны R(Тзоом)=0.97-.98), в основном изменения температуры синхронизированы, а их временные сдвиги связаны с особенностями атмосферных процессов - прохождением атмосферных фронтов, нахождением в различных воздушных массах или выпадением осадков. Такой результат важен с точки зрения возможности проведения сравнений разнородных по методам измерений данных и репрезентативности полученных результатов. Ниже обсуждаются различия в температуре на уровнях величиной более 1°С. На рисунке 1 иллюстрируется временной ход разностей приземной температуры между пунктами в феврале и августе (самый холодный и самый теплый месяцы 2007 г). В феврале центр московского мегаполиса теплее района Останкино в 35% ночей (в основном в период 21ч - 6 ч). Центр оказывался холоднее (∆Т0<-1) городской окраины примерно в 30% дней в период 12-15 ч в среднем на 1.4°С. По сравнению с невозмущенной мегаполисом местностью в центре Москвы 80% ночей бывают теплее - в среднем на 3.2°С (почти в 30% случаев ∆Т0 достигает 5-12°С). В августе по сравнению с зимним месяцем наблюдаются более значительные внутрисуточные колебания. В этом месяце чаще, чем в феврале в большом городе формируется выраженное тепловое пятно. Положительная разность приземной температуры между центром мегаполиса и другими пунктами отмечается каждую ночь. Примерно в 35% случаев величина ∆Т0(ц-Обн) превышала 5°С. Центр Москвы в период 21-06 ч теплее района Останкино более чем на 1°С - в 90% случаев. Днем (12-18 ч) центр города только в 55 % случаев теплее удаленного Обнинска; в 35 % наблюдается отрицательная разность ∆Т0(ц-Обн) величиной 1-3°С. Требует отдельного анализа тот факт, что примерно в 70% случаев в период 12-15 ч центр города оказывался в среднем на 1.7°С прохладнее района Останкино. Одним из объяснений может стать предположение о влиянии тела башни в часы максимального солнечного обогрева. Нельзя исключать особенностей городских атмосферных процессов - смешения с более холодным вышележащим воздухом при более интенсивном перемешивании в центре города. В получении ответа могут помочь данные разнесенных измерений с помощью МПТ-5, число которых в московском мегаполисе и пригородах в 2008 увеличилось до 5. *)мтп- центр Москвы, Красная Пресня - место стационарного МТП-5
Рисунок 1- Разность приземной температуры воздуха (сверху - февраль, внизу- август 2007г) На высоте 300 м воздух в феврале над центром города практически всегда холоднее чем в Обнинске, в среднем за месяц температура оказалась ниже на 2.1°С (рисунок 2). Но в центре города на 300 м теплее городской окраины в 80% случаев. В августе на этой высоте в центре в среднем за месяц холоднее чем в Останкино и Обнинске на 0.3°С, при этом ночью теплее, а днем холоднее, чем в районе Останкино. По сравнению с Обнинском на высоте 300 м над Рисунок 2-Разность температуры воздуха на высоте 300м (слева- февраль, справа-август 2007г) центром мегаполиса ∆Т300 ≥ 1°С в половине дней месяца. Городская «линза» холода, обусловленная смешением воздуха с вышележащим в термически более неустойчивой городской среде, сезонно мигрирует - зимой она опускается ниже 300 м, летом с ростом купола городского тепла она слабеет и поднимается выше. Представляет интерес частота величин температурных различий между пунктами. На рисунке 3 представлены повторяемость ∆Т0 и ∆Т300, дающая представление об интенсивности острова городского тепла в его основании и, судя по повторяемости отрицательных величин ∆Т300,- о сложной внутренней конфигурации ОТГ. Рисунок 3- Распределение величины ∆Т в феврале и августе 2007 г. Приведенные выше результаты подтверждают наличие и проявление двух эффектов. Один из них - сезонная и внутрисуточная динамика острова тепла, не центрированного геометрией города; второй – деформация структуры АПС в центральной части города под влиянием внутригородской циркуляции. Убедительным свидетельством влияния мегаполиса на АПС являются различия в частоте инверсионных профилей температуры в разнесенных пунктах (отдельный интерес к инверсионным условиям обусловлен их связью с НМУ и загрязнением воздуха ). В таблице 1 приводятся результаты, полученные по данным примерно 10 месяцев (длина ряда определена наличием синхронизированных данных в трех пунктах наблюдений в 2007 г).
Получено, при отсутствии инверсии в Обнинске не бывает инверсии в центре Москвы, но в редких случаях при этом она формируется в Долгопрудном, а при отсутствии инверсии в центре Москвы в 80% ее нет в северном пригороде (в это время в 17% там приземная инверсия) и примерно в 60% нет инверсии в Обнинске (в 30% в это время там приземная инверсия). Если приземная инверсия формируется в центре мегаполиса, на окраине и за городом она тоже будет (2-3 % ее отсутствия приходятся на ситуации с дневными летними осадками и сменой воздушной массы). В случае приземной инверсии в Долгопрудном она имеет место в Обнинске в 90 % и только в 20 % в центре Москвы. Примерно 13% случаев приземной инверсии в Обнинске совпадают с приземной инверсией в центре Москвы и 60% с приземной инверсией в Долгопрудном. Полученные данные указывают не только на сильное влияние городских источников тепла на термическую стратификацию в АПС в центре мегаполиса, но и на то, что Долгопрудный часто находится в тепловом шлейфе Москвы.
Таблица 1-Повторяемость (%) инверсий, рассчитанная по средним часовым профилям температуры в центре Москвы, Долгопрудном и в Обнинске. 2007г условие совпадение Москва Долгопрудный Обнинск
Отсутствие инверсии Приподнятая инверсия Приземная инверсия Отсутствие инверсии Приподнятая инверсия Приземная инверсия Отсутствие инверсии Приподнятая инверсия Приземная инверсия
Москва Отсутствие 100 - - 99.6 51.9 65.0 99.5 84.6 75.7
Приподнятая - 100 - 0.3 48.1 15.9 0.4 15.3 11.7
Приземная - - 100 0.1 0.0 19.1 0.1 0.1 12.6
Долгопруд
ный Отсутствие 80.4 3.7 1.7 100 - - 97.2 77.0 35.2
Приподнятая 2.4 33.2 0.0 - 100 - 1.5 18.6 4.0
Приземная 17.2 63.1 98.3 - - 100 1.3 4.4 60.8
Обнинск Отсутствие 57.3 3.2 1.4 69.4 18.2 2.8 100 - -
Приподнятая 10.0 27.0 0.3 11.2 47.7 2.0 - 100 -
Приземная 29.9 69.5 96.9 17.2 34.1 90.9 - - 100 Данные метеомачты в г. Обнинск (январь2007-май 2008) позволили оценить связь струйных течений нижнего уровня (СНУ при условии V300< V128) со стратификацией температуры. Это достаточно редкое явление мало изучено с точки зрения влияния на перенос и рассеивание примесей, но, очевидно, является важным фактором для прогнозирования загрязнения приземного воздуха. Рисунок 4- Связь струйных течений нижнего уровня (ΔV100-300)> 3 м/с)с типом стратификации Анализ имеющегося ряда показал, что СНУ (ΔV100-300)>3 м/с) почти в 50% случаев сопровождают приземную инверсию, а в 30 % случаев наблюдаются без инверсии. Эти данные показывают, что инверсия температуры традиционно воспринимаемая как негативный для очищения воздуха фактор, может таковой быть при слабой крупномасштабной циркуляции лишь при отсутствии СНУ. В планы авторов входит исследовать связь СНУ с загрязнением воздуха в московском мегаполисе, используя данные наблюдений на ВМК Останкино. Авторы приносят искреннюю благодарность сотрудникам НПО «Тайфун» и ГПУ «Мосэкомониторинг» за предоставленные данные и сотрудничество. Авторы: 1. Гидрометеорологический научно-исследовательский центр России, Москва Кузнецова И.Н., Артамонова А.А., Нахаев М.И.,Шалыгина И.Ю.,Смирнова М.М.
2. НПО «Тайфун», Обнинск Мазурин Н.Ф.
| 
