Анализ характеристик мезомасштабных конвективных систем, вызывающих шквалы и смерчи на Европейской территории России

Опасные явления погоды конвективного характера генерируются отдельными конвективными ячейками или (чаще) мезомасштабными конвективными системами (МКС). МКС представляют собой организованные скопления кучево-дождевых облаков (Cb), формирующие область осадков размером более 100 км как минимум в одном из направлений, и являющиеся результатом глубокой конвекции (Houze, 2004). Одним из основных инструментов для мониторинга МКС и оценки их характеристик являются данные с геостационарных метеорологических спутников.
Рассмотрены характеристики МКС, генерирующих шквалы и смерчи, с которыми были связаны ветровалы на ЕТР и на Урале в период с 2006 по 2020 гг. и проанализированы характерные сигнатуры на ВГО, позволяющие диагностировать эти явления по спутниковым данным SEVIRI/Meteosat-8. Выборка случаев включает 229 ветровалов (112 шкваловых и 117 смерчевых) за период с 2006 по 2021 гг.
Данные SEVIRI/Meteosat-8 получены с сервера EUMETSAT. Их обработка включала конвертацию в формат Geotiff, извлечение по границам заданной области, расчет яркостной температуры и альбедо средствами пакета MSGDataRetriever и создание RGB-синтезов на основе исходных спектральных каналов и их разностей. ПО снимкам Meteosat-8 определен ряд характеристик МКС, в частности тип по классификации NSSL (National Severe Storms Laboratory…, 2021), масштаб (мезо-α или мезо-β), продолжительность существования, минимальная температура верхней границы облаков (ВГО), а также наличие сигнатур интенсивных восходящих потоков (OT) или кольцевых и U/V образных структур.
Установлено, что большинство случаев смерчей и шквалов генерируются МКС масштаба мезо-α – МКК, линиями шквалов и суперячейками, трансформировавшимися в мезомасштабные конвективные комплексы (МКК). В случаях со шквалами доля МКС масштаба мезо-α достигает 72%, а в случаях со смерчами – 56%. С большинством рассмотренных МКС связан только один ветровал (50% случаев) или два ветровала (22,5% случаев). В трех случаях с прохождением одной МКС связано более 10 ветровалов. Минимальная температура ВГО при возникновении и прохождения шквалов и смерчей составляла от –32°С до –70°С (среднее –60,1°С, медиана –62,0°С). В случаях со шквалами она оказалась существенно ниже, чем в случаях со смерчами , различия статистически значимы по критерию Манна-Уитни при уровне значимости 0,01.
В 70,6% случаев при возникновении шквалов и смерчей наблюдаются сигнатуры пробоя тропопаузы и кольцевые структуры на ВГО, которые являются важным диагностическим признаком этих явлений. Исключением являются суперячейки и линии шквалов, сформировавшиеся в условиях слабой конвективной неустойчивости. Смерчи имеют менее выраженную связь с этими сигнатурами, чем шквалы, а МКС, генерирующие смерчи, имеют в среднем более высокую температуру ВГО, что связано с различиями энергии неустойчивости при возникновении шквалов и смерчей.

Исследование выполнено при поддержке гранта РНФ № 18-77-10076-а и гранта Президента РФ для молодых ученых-кандидатов наук № MK 313.2020.5 и