Кi — индекс неустойчивости

Расчет Ki основан на вертикальном градиенте температуры, влажности воздуха в нижней тропосфере, а также учитывает вертикальную протяженность влажного слоя воздуха. Ki характеризует степень конвективной неустойчивости воздушной массы, которая необходима для возникновения и развития гроз.
Формула: Ki=T850-T500+Td850-∆Td700.
В формуле: Ki — индекс неустойчивости (число Вайтинга), T850 — температура воздуха на изобарической поверхности 850 гПа, T500 — температура воздуха на 500 гПа, Td850 — температура точки росы на 850 гПа, ∆Td700 — дефицит точки росы (T-Td) на поверхности 700 гПа.

Ki лучше всего использовать в летний период для прогнозирования внутримассовых гроз. Пороговые значения в таблице могут изменяться в зависимости от сезона, географии и синоптической ситуации.

Ki Количественная оценка Определение терминов покрытия
< 20
20 ≤ Ki ≤ 25
25 < Ki ≤ 30
30 < Ki ≤ 35
35 < Ki ≤ 40
Ki >40
Без гроз
Отдельные изолированные грозы
Несколько гроз
Рассеянные грозы
Многочисленные грозы
Грозы повсеместно

Не более 10% площади территории
Не более 10-20% площади территории
20-50% площади территории
50-70% площади территории
Грозовые очаги занимают >70% территории

Вероятность гроз, рассчитанных по методу Вайтинга.

Ki Вероятность грозы
< 20
20 ≤ Ki ≤ 22
22 < Ki ≤ 25
25 < Ki ≤ 28
28 < Ki ≤ 31
31 < Ki ≤ 34
34 < Ki ≤ 37
W>37

50%
60%
75%
80%
90%
95%
100%

 

VT — Vertical Totals индекс

Формула: VT = T850 - T500, где T850 — температура воздуха на изобарической поверхности 850 гПа, T500 — температура воздуха на 500 гПа.

Если VT > 28, следовательно тропосфера обладает высоким потенциалом конвективной неустойчивости, достаточным для образования гроз.

CT — Сross Totals индекс

Формула: CT = Td850 - T500, где Td850 — температура точки росы на 850 гПа, T500 — температура воздуха на 500 гПа.

При СT < 18 — Тропосфера обладает низким потенциалом конвективной неустойчивости, который недостаточен для грозовой деятельности.
CT 18 - 19 — Умеренная неустойчивость. Слабая грозовая деятельность.
CT 20 - 21 — Высокая неустойчивость. Грозы.
CT 22 - 23 — Энергия неустойчивости при которой возможны сильные грозы.
CT 24 - 25 — Высокая энергия неустойчивости. Сильные грозы.
СT> 25 — Очень высокая энергия неустойчивости. Очень сильные грозы.

TT — Total Totals индекс

Формула: TT = VT + CT, Miller (1972); где CT — Сross Totals индекс, VT — Vertical Totals индекс.

При TT < 44 — Грозовая деятельность не возможна.
TT 44 - 45 — Отдельная гроза или несколько гроз.
TT 46 - 47 — Рассеянные грозовые очаги.
TT 48 - 49 — Значительные количество гроз, отдельные из которых сильные.
TT 50 - 51 — Рассеянные сильные грозовые очаги, отдельные очаги со смерчем.
TT 52 - 55 — Значительное количество очагов сильных гроз, отдельные очаги со смерчем.
TT > 55 — Многочисленные сильные грозы с сильными смерчами.

SWEAT — Severe Weather ThrEAT индекс

SWEAT — индекс неустойчивости, разработанный в ВВС США. SWEAT — комплексный критерий для диагноза и прогноза опасных и стихийных явлений погоды, связанных с конвективной облачностью. SWEAT включает в себя индекс неустойчивости воздушной массы, скорость и сдвиг ветра.

Формула: SWEAT = 12⋅Td850 + 20⋅(TT- 49) + 3.888⋅F850 + 1.944⋅F500 + (125⋅[sin(D500 - D850)+0.2]).

В формуле Td850 — температура точки росы на 850 гПа, TT — Total Totals индекс, F850 — скорость ветра на 850 гПа, F500 — скорость ветра на 500 гПа, D500 и D850 — направление ветра на соответствующих поверхностях.

В формуле:
- Температура воздуха дана в градусах Цельсия;
- Скорость ветра — в м/с;
- Направление ветра — в градусах;
- Второй член уравнения установить в 0, если TT ≤ 49;
- Последнее слагаемое в формуле будет равно нулю, если не выполняется любое из следующих условий:
   - D850 в диапазоне от 130 до 250 градусов;
   - D500 в диапазоне от 210 до 310 градусов;
   - Разность в направлении ветра (D500 - D850) положительна;
   - F850 и F500 скорости ветра ≤ 7 м/с.

SWEAT < 250 — нет условий для возникновения сильных гроз;
SWEAT 250-350 — есть условия для сильных гроз, града и шквалов;
SWEAT 350-500 — есть условия для очень сильных гроз, крупного града, сильных шквалов, смерчей;
SWEAT ≥ 500 — условия для очень сильных гроз, крупного града, сильных шквалов, сильных смерчей.

Li — Lifted index

Li — Разница температур окружающего воздуха и некоторого единичного объёма, поднявшегося [адиабатически] от поверхности земли (или с заданного уровня) до уровня 500 гПа. Li рассчитывается с учётом вовлечения окружающего воздуха.

Li — характеризует термическую стратификацию атмосферы по отношению к вертикальным перемещениям воздуха. Если значения Li положительные, то атмосфера (в соответствующем слое) устойчива. Если значения Li отрицательные — атмосфера неустойчива.

Li ≥ 6 — Глубокая инверсия. Атмосфера очень устойчива. Развиты нисходящие движения воздуха.
1 ≤ Li ≤ 5 — Устойчивое состояние атмосферы. Кучевая облачность хорошей погоды.
0 ≥ Li ≥ -2 — Небольшая неустойчивость. Конвективная облачность с ливнями, при интенсивном дневном прогреве или в зоне атмосферного фронта — с грозами и градом.
-3 ≥ Li ≥ -5 — Умеренная неустойчивость. Сильные грозы.
Li ≤ -6 — Высокая неустойчивость. Очень сильные грозы.

Ti — Thompson index

Формула: Ti = Ki- Li. Ki — К-индекс (число Вайтинга), Li — Lifted index.

Ti < 25 — Без гроз.
TI 25 - 34 — Возможны грозы.
TI 35 - 39 — Грозы, местами сильные.
TI ≥ 40 — Сильные грозы.

CAPE — Convective Available Potential Energy

CAPE — Потенциальная энергия конвективной неустойчивости, которая напрямую связана вертикальной скоростью восходящих потоков. Более высокие значения энергии неустойчивости указывают на более интенсивную конвекцию в облаке, т.е. на более опасные явления погоды.

На аэрологической диаграмме, запасы энергии неустойчивости представляют собой области, заключенные между кривыми стратификации и состояния. Кривая стратификации — красная линия на диаграмме, которая показывает распределение температуры воздуха с высотой. Кривая состояния — синяя линия на диаграмме, характеризует изменения температуры в адиабатически поднимающейся частице воздуха.

Взаимное положение кривых стратификации и состояния позволяет судить об энергии неустойчивости. Область на аэрологической диаграмме с положительной энергией неустойчивости заштрихована красным цветом. Эта область на диаграмме, между нижней и верхней границей конвекции, называется также конвективно-неустойчивым слоем — КНС.

Общий запас энергии неустойчивости в атмосфере CAPE находится как алгебраическая сумма энергий неустойчивости отдельных слоёв Ei.

Ei — это работа, совершаемая силой плавучести при адиабатическом подъеме единичной массы воздуха от нижней границы слоя z0 до верхней z1.

Ei= g⋅z0z1(Ti – Tе)dz/p0.286, [Дж/кг]. Ti — температура частицы воздуха, Tе — температура окружающего воздуха, g — ускорение свободного падения.

Интенсивность конвективных явлений по CAPE

400-1000 Дж/кг — небольшая неустойчивость (Cu, Cb, слабые ливневые осадки);
1000-2500 Дж/кг — умеренная неустойчивость (Cb с ливнями, грозы);
2500-3500 Дж/кг — сильная неустойчивость (грозы, местами сильные);
≥ 3500 Дж/кг — очень сильная неустойчивость (сильные и очень сильные грозы, смерчи).

 

СIN — Convective INhibition

СIN — количество энергии, необходимой частице воздуха для преодоления в нижней тропосфере задерживающего слоя. В этом слое перемещение воздушных частиц по вертикали вверх затруднено или полностью исключено. В частности, слои инверсии температуры воздуха имеют наиболее устойчивую стратификацию и препятствуют развитию восходящих движений воздуха. На аэрологической диаграмме CIN — область от поверхности земли до нижней границы КНС. Значение CIN больше 200 Дж/кг достаточно для предотвращения конвекции в атмосфере. Энергию CIN принято записывать отрицательными числами.

К разрушению задерживающего слоя приводят:
- интенсивный дневной прогрев;
- увлажнение пограничного слоя атмосферы (адвекция влажного воздуха или испарение с местных источников влаги);
- подъем воздуха синоптического масштаба.