Просторова структура турбулентності ясного неба у верхній частині тропосфери
Альтернативна назва
Spatial Structure of Clear-Air Turbulence in the Upper Troposphere
Вантажиться...
Дата
2025
Науковий керівник
Укладач
Редактор
Назва журналу
ISSN
E-ISSN
Назва тому
Видавець
Одеський національний університет імені І. І. Мечникова
Анотація
Кваліфікаційна робота магістра Черевичного Є. В. на тему «Просторова структура турбулентності ясного неба у верхній частині тропосфери» присвячена аналізу просторово-часових характеристик полів турбулентності ясного неба (ТЯН), зокрема термодинамічних параметрів атмосфери, вертикальних і горизонтальних компонентів швидкості вітру та оцінці відмінностей між полями ТЯН, побудованими за результатами розрахунку параметру Елрода TI2 на основі модельних даних, у порівнянні зі стандартними авіаційними продуктами WAFC.
У ході роботи, за допомогою розробленого розрахункового алгоритму, було отримано модельні візуалізації зон турбулентності ясного неба на основі розрахунків параметру TI2, побудованих з високою часовою роздільністю (з дискретністю 3 години). Сформовані поля дозволили детально відтворити хронологію розвитку та еволюції зон ТЯН упродовж доби, визначити максимальні осередки інтенсивності та простежити їх зв’язок зі струминними течіями, проаналізовано зв’язок зон турбулентності з полями вертикальних градієнтів температури та горизонтальних градієнтів вітру.
Проведення порівняльного аналізу з офіційними SIGWX-картами (дискретність 6 годин) показало суттєво вищий рівень деталізації модельних полів, що забезпечують відображення локальних зон турбулентності
та внутрішньої структуру збурень, що не відображаються у зональних прогнозах WAFC.
Актуальність обраної тематики визначається тим, що помірна або сильна турбулентність (зокрема турбулентність ясного неба) є одним з небезпечних для авіації явищ погоди, а прогнозування цього явища ускладняється відносно швидкою просторовою і часовою мінливістю його структури. Зони турбулентності ясного неба виникають поза межами хмарності, часто без видимих ознак, і даються в знаки лише при потраплянні літальних апаратів до них. Це становить значну загрозу для повітряних суден.
Метою роботи є аналіз просторово-часової структури полів турбулентності ясного неба побудованих з використанням модельних даних на основі індексу Елрода ТІ2, оцінка їх інформативності та порівняння зі стандартними авіаційними прогнозами SIGWX.
Завданнями, що вирішувались у рамках дослідження для досягнення мети:
- розробка електронного алгоритму для розрахунку індексу турбулентності ТІ2 на основі даних
глобальної чисельної моделі GFS;
- побудова послідовної серії карт з полями ТЯН з дискретністю 3 години для аналізу їх добової
еволюції;
- проведення порівняльного аналізу полів отриманих за результатами розрахунку індексу ТІ2 з полями
на стандартних картах SIGWX за відповідні строки;
- побудова полів горизонтальних градієнтів вітру і вертикальних градієнтів температури за
відповідні строки;
- визначення термодинамічних зав’язків між зонами з турбулентністю ясного неба і параметрами
атмосфери.
Об'єкт дослідження – турбулентність ясного неба у верхній тропосфері.
Предмет дослідження – діагностичні можливості індексу турбулентності
TI2 у відтворенні просторової структури полів турбулентності ясного неба.
У роботі застосовано такі методи дослідження: аналіз і синтез, порівняння, індукція.
Наукова новизна роботи полягає у комплексному аналізі просторово- часової структури полів турбулентності ясного неба, побудованих на основі значень індексу TI2 з урахуванням мінливості полів вертикальних градієнтів температури та горизонтальних градієнтів.
Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що модельні карти з полями індексу TI2 можуть застосовуватися як доповнення до оперативної авіаційної продукції для підвищення точності прогнозування зон турбулентності ясного неба. Використання даних прогностичних моделей для розрахунках індексу ТІ2 і відображення полів у вигляді кольорової маски з локалізацією осередків максимальної інтенсивності дозволяє своєчасно визначати потенційно небезпечні ділянки атмосфери, що підвищує рівень метеорологічної підтримки та безпеки польотів.
The master's qualification work of Cherevychnyi Y. V. on the topic “Spatial Structure of Clear-Air Turbulence in the Upper Troposphere” is devoted to the analysis of the spatial and temporal characteristics of clear-air turbulence (CAT) fields, as well as to assessing the diagnostic capabilities of the Elrod TI2 index for reproducing the fine-scale structure of turbulence zones in the upper troposphere. In the course of the study, a computational algorithm was developed for calculating the TI2 index using data from the global numerical weather prediction model GFS. This algorithm enabled the construction of model-based CAT fields with a temporal resolution of 3 hours, which provided a detailed representation of the diurnal evolution of turbulence zones, the localisation of maximum-intensity cores, and their relationship with jet streams. The study also examined the link between areas of increased turbulence and the fields of vertical temperature gradients and horizontal wind gradients. A comparative analysis with standard WAFC SIGWX products (6-hour resolution) demonstrated that the model-generated TI2 fields offer significantly higher spatial detail and reveal localised turbulence structures that are not represented on operational aviation charts. The relevance of the chosen topic is determined by the fact that moderate and severe turbulence, especially clear-air turbulence, is among the most hazardous weather phenomena for aviation, while its forecasting is complicated by the rapid spatial and temporal variability of the atmosphere. Clear-air turbulence occurs outside cloud systems and often without visible precursors, posing a significant risk to aircraft safety. The aim of the study is to analyse the spatial and temporal structure of clear-air turbulence fields derived from model data using the TI2 index and to compare their informational value with standard SIGWX aviation forecasts. goal: The tasks that were solved within the framework of the study to achieve the - processing model atmospheric data and calculating the TI2 turbulence index; - constructing a sequence of CAT maps with a 3-hour temporal step for analysing diurnal evolution; - performing comparative analysis of TI2-derived fields with SIGWX charts for corresponding times; - calculating fields of horizontal wind gradients and vertical temperature gradients; - identifying thermodynamic relationships between turbulence zones and atmospheric parameters. The object of the research is clear-air turbulence in the upper troposphere. The subject of the study is the diagnostic capability of the TI2 index for representing the spatial structure of clear-air turbulence. The research methods used in the work include analysis and synthesis, comparison, and induction. Scientific novelty: the work provides a comprehensive assessment of the spatial and temporal organisation of CAT fields derived from the TI2 index, considering the variability of vertical temperature gradients and horizontal wind gradients. The study demonstrates the potential of high-resolution model data to reveal the internal structure of turbulence zones not captured by operational aviation forecasts. Practical significance of the results: the model-generated TI2 fields can serve as an additional tool for aviation meteorological support by enhancing the detection and localisation of potentially hazardous CAT zones. The use of numerical model data in TI2 calculations and the application of colour-coded visualisation enable timely identification of regions with increased turbulence intensity, thereby improving flight safety.
The master's qualification work of Cherevychnyi Y. V. on the topic “Spatial Structure of Clear-Air Turbulence in the Upper Troposphere” is devoted to the analysis of the spatial and temporal characteristics of clear-air turbulence (CAT) fields, as well as to assessing the diagnostic capabilities of the Elrod TI2 index for reproducing the fine-scale structure of turbulence zones in the upper troposphere. In the course of the study, a computational algorithm was developed for calculating the TI2 index using data from the global numerical weather prediction model GFS. This algorithm enabled the construction of model-based CAT fields with a temporal resolution of 3 hours, which provided a detailed representation of the diurnal evolution of turbulence zones, the localisation of maximum-intensity cores, and their relationship with jet streams. The study also examined the link between areas of increased turbulence and the fields of vertical temperature gradients and horizontal wind gradients. A comparative analysis with standard WAFC SIGWX products (6-hour resolution) demonstrated that the model-generated TI2 fields offer significantly higher spatial detail and reveal localised turbulence structures that are not represented on operational aviation charts. The relevance of the chosen topic is determined by the fact that moderate and severe turbulence, especially clear-air turbulence, is among the most hazardous weather phenomena for aviation, while its forecasting is complicated by the rapid spatial and temporal variability of the atmosphere. Clear-air turbulence occurs outside cloud systems and often without visible precursors, posing a significant risk to aircraft safety. The aim of the study is to analyse the spatial and temporal structure of clear-air turbulence fields derived from model data using the TI2 index and to compare their informational value with standard SIGWX aviation forecasts. goal: The tasks that were solved within the framework of the study to achieve the - processing model atmospheric data and calculating the TI2 turbulence index; - constructing a sequence of CAT maps with a 3-hour temporal step for analysing diurnal evolution; - performing comparative analysis of TI2-derived fields with SIGWX charts for corresponding times; - calculating fields of horizontal wind gradients and vertical temperature gradients; - identifying thermodynamic relationships between turbulence zones and atmospheric parameters. The object of the research is clear-air turbulence in the upper troposphere. The subject of the study is the diagnostic capability of the TI2 index for representing the spatial structure of clear-air turbulence. The research methods used in the work include analysis and synthesis, comparison, and induction. Scientific novelty: the work provides a comprehensive assessment of the spatial and temporal organisation of CAT fields derived from the TI2 index, considering the variability of vertical temperature gradients and horizontal wind gradients. The study demonstrates the potential of high-resolution model data to reveal the internal structure of turbulence zones not captured by operational aviation forecasts. Practical significance of the results: the model-generated TI2 fields can serve as an additional tool for aviation meteorological support by enhancing the detection and localisation of potentially hazardous CAT zones. The use of numerical model data in TI2 calculations and the application of colour-coded visualisation enable timely identification of regions with increased turbulence intensity, thereby improving flight safety.
Опис
Ключові слова
103 Науки про Землю, Організація метеорологічного та геофізичного забезпечення Збройних Сил України, магістр, турбулентність ясного неба, індекс TI2, струминна течія, вертикальні градієнти температури, горизонтальні градієнти вітру, авіаційна метеорологія, SIGWX., clear-air turbulence, TI2 index, jet stream, vertical temperature gradients, horizontal wind gradients, aviation meteorology
Бібліографічний опис
Черевичний Є. В. Просторова структура турбулентності ясного неба у верхній частині тропосфери = Spatial Structure of Clear-Air Turbulence in the Upper Troposphere : кваліфікаційна робота магістра / Є. В. Черевичний. – Одеса, 2025. – 79 с.