Анотація до роботи:

Шпиг В.М. Умови формування сильних і тривалих опадів, пов’язаних із системами фронтальних хмар. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.09 – метеорологія, кліматологія, агрометеорологія. – Географічний факультет Київського національного університету імені Тараса Шевченка, Київ, 2008.

Дисертація присвячена дослідженню макро-, мезо- та мікромасштабних умов в атмосфері, які мали місце під час випадання сильних і тривалих опадів над територією України, чисельному моделюванню мезомасштабних та мікрофізичних процесів, що відбуваються у фронтальних хмарах і визначають опадоутворення в них. При дослідженні характерних положень висотної фронтальної зони виявлено, що у переважній більшості випадків випадання сильних і тривалих опадів відбувалося тоді, коли над Західною або Центральною Європою утворювалася глибока меридіонально орієнтована улоговина. Отримано нові дані про райони виникнення циклонів, переміщення яких супроводжувалося випаданням сильних та тривалих опадів по окремих регіонах України. Вперше для дослідження випадків сильних і тривалих опадів над територією Українських Карпат було використано чисельне моделювання та отримано нові дані про мезомасштабні та мікрофізичні властивості фронтальної хмарності у таких випадках. Для випадків сильних і тривалих опадів отримано нові дані про залежність сум опадів від початкового розподілу хмарних часток, а також від наявності та інтенсивності різних механізмів опадоутворення. Розглянуто можливість зменшення сум опадів під час випадків сильних та тривалих опадів над Українськими Карпатами за допомогою проведення активних впливів на хмарність шляхом кристалізації переохолодженої частини хмар. У результаті проведення серії чисельних експериментів виявилося, що активні впливи на хмарність з метою регулювання опадів у таких випадках є малоефективними.

У дисертації досліджено макро-, мезо- та мікромасштабні умови формування сильних і тривалих опадів над територією України, пов’язаних із системами фронтальних хмар. З цією метою використано комплексний підхід, який включає аналіз синоптичних матеріалів, даних наземних спостережень та результатів серії чисельних експериментів. Основні результати досліджень можна висвітлити у наступних висновках:

1. Показано типові положення висотної фронтальної зони у випадках сильних та тривалих опадів. Виявлено, що приблизно у третині випадків, тривалі дощі пов’язані з системами фронтів з хвилями. Встановлено, що практично для всієї території України випадання сильних і тривалих опадів було пов’язано із виходом циклонів, які утворилися над західною частиною Чорного моря, Нижньодунайською низовиною, Італією, Адріатичним морем та Середньодунайською низовиною. Циклони, що утворилися над Північним Кавказом, східними районами Азовського моря, можуть спричиняти тривалі дощі на Лівобережній (Запорізька, Херсонська, Сумська, Полтавська та Харківська області) Україні та у Криму.

2. Сильні опади випадали за умови взаємодії різнорідних за своїми фізичними властивостями та географією формування повітряними масами. При цьому хмарні системи за рахунок затоку теплого і вологого повітря з півдня-південного заходу увесь час відновлювалися. Характерною ознакою припинення сильних опадів було домінування арктичної повітряної маси. Крім макроциркуляційних особливостей певний підсилюючий ефект на формування опадів мала орографія місцевості, що проявлялося у збільшенні інтенсивності опадів, часто на порядок, збільшенні осередків опадів.

3. Однією із особливостей випадків із сильними та тривалими опадами було те, що області максимальних висхідних рухів збігалися з областями максимального перенасичення над льодом. Характерною ознакою подібних випадків була наявність над Українськими Карпатами області підвищених значень інтегральної концентрації ядер льодоутворення.

4. Побудовано оригінальну одномірну нестаціонарну двофазну мікрофізичну модель та проведено серію чисельних експериментів. Шляхом чисельних експериментів було розраховано середні концентрації для дрібнокрапельної фракції хмар різних видів. За результатами чисельних експериментів та за допомогою регресійного аналізу було отримано загальний вираз для початкової концентрації хмарних часток дрібнокрапельного спектру при відомих водності та середньому радіусу, параметр с гамма-розподілу при цьому може задаватися виходячи із статистичних результатів наукових досліджень.

5. Велику роль в моделюванні хмарності та пов’язаних з нею опадів відіграє початковий розподіл хмарних часток. Його зміна, а також зміна параметрів початкового розподілу часток опадів значною мірою може змінити хід інтенсивності та сум опадів. Варіація різних механізмів опадоутворення у нестаціонарних моделях показала, що у випадках із сильними та тривалими опадами модифікація інтенсивності механізмів хмаро- та опадоутворення не призводить до суттєвих змін в інтенсивності опадів.

6. Було запропоновано два способи врахування початкових мікрофізичних характеристик хмарності (водності та льодності), один з яких полягав у визначенні невідомої характеристики за допомогою перенасичення відносно льоду, а інший – шляхом використання напівемпіричної параметризації. Результати чисельного моделювання із використанням запропонованих способів свідчать про можливість значного зменшення часу адаптації моделей до умов реальної хмарної атмосфери та про доцільність їх використання з науковою та практичною метою.

7. Розглянуто можливість зменшення сум опадів під час випадків сильних та тривалих опадів над Українськими Карпатами за допомогою проведення активних впливів на хмарність шляхом кристалізації переохолодженої частини хмар. У результаті проведення серії чисельних експериментів виявилося, що активні впливи на хмарність з метою регулювання опадів у таких випадках є малоефективними.

Публікації автора:

Статті:

1. Паламарчук Л. В. Дослідження полів фронтальних хмар та опадів / Л. В. Паламарчук, Г. М. Пірнач, В. М. Шпиг // Вісник Київського національного університету ім. Тараса Шевченка, Сер. географія. — 2003. — Вип. 49. — С. 28-31 (здобувачем виконано збір та опрацювання вхідної інформації, проведено розрахунки).

2. Пірнач Г. М. Чисельне моделювання фронтальних хмарних систем, які супроводжували сильний паводок у Карпатах у листопаді 1998 року / Г. М. Пірнач, С. М. Дудар, В. М. Шпиг // Наук. праці УкрНДГМІ. — 2006. — Вип. 255. — C. 5-24 (здобувачем проведено ряд розрахунків та аналіз вихідних даних).

3. Пірнач Г. М. Моделювання потужних конвективних хмар / Г. М. Пірнач, В. М. Шпиг // Геоінформатика. — 2007. — № 4. — С. 86-94 (здобувачем виконано збір та опрацювання вхідної інформації, проведено аналіз результатів моделювання).

4. Шпиг В. М. Циркуляційні умови формування сильних опадів / В. М. Шпиг // Географія і сучасність. Збірник наукових праць Національного педагогічного університету імені М. П. Драгоманова. — К.: Видавництво Національного педагогічного університету імені М. П. Драгоманова. — 2007. — Вип. 17. — С. 58-67.

5. Шпиг В. М. Термодинамічні умови формування сильних та тривалих опадів / В. М. Шпиг // Географія і сучасність. Збірник наукових праць Національного педагогічного університету імені М. П. Драгоманова. — К.: Видавництво Національного педагогічного університету імені М. П. Драгоманова. — 2007. — Вип. 18. — С. 45-55.

Тези і матеріали конференцій:

6. Пирнач А. М. Теоретические и экспериментальные исследования фронтальных облачных систем, дающих сильные осадки / А. М. Пирнач, Т. Н. Заболоцкая, С. В. Краковская, Б. Н. Лесков, Л. В. Паламарчук, В. М. Шпиг // Международный семинар для национальных гидрометслужб СНГ и Балтии по численному моделированию активных воздействий : 22-24 ноября 2005 г. : тезисы докл. — Санкт-Петербург, 2005. — С. 31-32 (здобувачем виконано збір та аналіз частини первинної інформації, підготовлено вхідні дані для стаціонарних і нестаціонарних моделей, проведено розрахунки за допомогою стаціонарної моделі, опрацьовано результати цих розрахунків). Тезисы докладов

7. Пирнач А. М. Исследование зависимости сильных осадков в Украинских Карпатах от интенсивности различных механизмов осадкообразования / А. М. Пирнач, В. М. Шпиг, С. Н. Дудар // Международный семинар для национальных гидрометслужб СНГ и Балтии по численному моделированию активных воздействий : 22-24 ноября 2005 г. : тезисы докл. — Санкт-Петербург, 2005. — С. 24-25 (здобувачем підготовлено первинні дані, частково проаналізовано отримані шляхом моделювання результати).

8. Пірнач Г. М. Чисельне моделювання фронтальних хмарних систем, які супроводжували сильні паводки у Карпатах / Г. М. Пірнач, В. М. Шпиг // Навколишнє природне середовище – 2007: актуальні проблеми екології та гідрометеорології; інтеграція освіти і науки : Друга Міжнародна наук.-техн. конф., 26-28 вересня 2007 р. : тези доповідей. — Одеса: ОДЕКУ, 2007. — С. 171 (здобувачем виконано аналіз та узагальнення отриманих результатів).

9. Шпиг В. М. Чисельне моделювання мікрофізичних процесів у хмарах: історія, проблеми, перспективи / В. М. Шпиг // Молоді науковці — географічній науці : наукова конференція, 27-28 жовтня 2006 р. : матеріали наук. конф. — Київ: ВГЛ “Обрії”, 2006. — С. 236-238.

10. Шпиг В. М. Чисельне моделювання опадів, які призвели до формування катастрофічного паводку на території Австрії, Німеччини та Чехії у серпні 2002 року / В. М. Шпиг, Л. В. Паламарчук, Г. М. Пірнач // Екологічні проблеми регіонів України : VI Всеукраїнська наук. конф. студентів, магістрантів і аспірантів, 21-22 квітня 2004 р. : матеріали наук. конф. — Одеса: ОДЕКУ, 2004. — С. 275-277 (здобувачем виконано підготовку даних, розрахунки, аналіз та узагальнення отриманих результатів).

11. Шпиг В. М. Вплив орографії на розподіл опадів. Чисельний експеримент / В. М. Шпиг, Г. М. Пірнач // Екологічні проблеми регіонів України : VIІ Всеукраїнська наук. конф. студентів, магістрантів і аспірантів, 20-21 квітня 2005 р. : матеріали наук. конф. — Одеса: “Екологія”, 2005. — С. 208-209 (здобувачем проведено підготовку даних, розрахунки, аналіз та узагальнення отриманих результатів).

12. Palamarchuk L. Floods in the Carpathians: synoptic analysis and numerical modeling [Електронний ресурс] / L. Palamarchuk, V. Shpyg, S. Krakovskaia // European Geosc. Union, Gen. Assembly 2005 : 24-29 April 2005 : Geoph. Res. Abs. — Vienna, 2005. — Режим доступу до журн. : http://www.cosis.net/abstracts/EGU05/00967/EGU05-J-00967-1.pdf (здобувачем виконано підготовку даних, розрахунки та частково аналіз отриманих результатів)

13. Pirnach A. M. Modelling of atmospheric damaging events observed in Ukraine [Електронний ресурс] / A. M. Pirnach, V. M. Shpyg, S. Dudar // 5th Annual Meeting of the EMS, 7th European Conference on Applications of Meteorology : 12-16 Sept. 2005 : Res. Abs. — Utrecht, 2005. — Режим доступу до журн. : http://www.cosis.net/abstracts/EMS05/00150/EMS05-A-00150.pdf (здобувачем виконано підготовку вхідних даних, проведено частину розрахунків)

14. Pirnach A. Numerical simulation of heavy precipitation during floods in Carpathian [Електронний ресурс] / A. Pirnach, V. Shpyg, S. Dudar // 6th Annual Meeting of the EMS, 6th European Conference on Applied Climatology : 4-8 Sept. 2006 : Res. Abs. — Ljubljana, 2006. — Режим доступу до журн. : http://www.cosis.net/abstracts/EMS2006/00249/EMS2006-A-00249.pdf (здобувачем виконано підготовку даних, розрахунки за допомогою стаціонарної моделі, узагальнення отриманих результатів).

15. Shpyg V. M. Application of the numerical models for research of frontal cloud systems accompanied by squall lines and heavy rainfall [Електронний ресурс] / V. M. Shpyg, A. M. Pirnach // 5th Annual Meeting of the EMS, 7th European Conference on Applications of Meteorology : 12-16 Sept. 2005 : Res. Abs. — Utrecht, 2005. — Режим доступу до журн. : http://www.cosis.net/abstracts/EMS05/00250/EMS05-A-00250.pdf (здобувачем виконано підготовку даних, розрахунки та аналіз отриманих результатів).