Ледяной дождь в Москве, Московской области и прилегающих областях Центра Европейской России 25-26 декабря 2010 г.

Введение

Ледяной дождь – это переохлажденные атмосферные осадки, выпадающие при отрицательной температуре воздуха у поверхности земли (чаще всего до -10°, а иногда и до -15°) в виде твердых прозрачных шариков льда диаметром 1-3 мм.

Образование ледяного дождя происходит чаще всего в зонах теплых атмосферных фронтов, когда в нижней тропосфере имеется инверсия температуры, при этом до высот 1-2 км существует слой воздуха толщиной в несколько сот метров с положительной температурой, а температура воздуха у поверхности Земли остается отрицательной. Выпадающие из облаков твердые осадки в теплом слое воздуха частично или полностью тают, превращаясь в дождь, а затем в холодном воздухе, прилегающем к поверхности земли, капли дождя охлаждаются, покрываются ледяной коркой, и представляют собой своеобразные ледяные шарики, зачастую содержащие внутри незамерзшую воду. При падении на поверхности и предметы шарики разбиваются и вытекающая вода, замерзая при отрицательной температуре, образует гололед. Ледяной дождь отличается от ледяной крупы полным отсутствием непрозрачного белого ядра [1,2].

На Европейской территории России (ЕТР) ледяной дождь и связанные с ним гололедные явления наиболее часто наблюдаются в Южном, Северо-Кавказском, Приволжском округах и на юге Центрального федерального округа (ЦФО).

Рассматриваемый нами случай ледяного дождя и гололеда уникален прежде всего по охваченной территории, продолжительности и негативным последствиям для населения и отраслей экономики.

25-26 декабря 2010 года в Москве, Московской области и ряде соседних областей в зоне двух параллельных теплых фронтов выпал ледяной дождь. Ледяная корка толщиной до 20 мм, местами и до 50 мм (по сведениям очевидцев) покрыла дороги, тротуары, ветки деревьев, провода, автомобили, стоявшие на улице и т.д. Дороги и тротуары превратились в сплошной каток. В последующие дни ситуация осложнилась налипанием мокрого снега на покрытые гололедом поверхности, в результате чего образовались так называемые «сложные отложения». Отсутствие оттепелей и сильного ветра стало причиной сохранения гололеда и снежно-гололедных отложений в течение последующих нескольких недель (в Черустях Московской области до 19.01.2011 г.).

Особенно тяжелая ситуация сложилась в Московской, Владимирской и Нижегородской областях, где под тяжестью льда и налипшего снега деревья ломались или выворачивались с корнем. Только в Москве было повалено более 12000 деревьев. Падающие деревья повреждали и обрывали провода линий электропередач. В Московской, Владимирской, Тверской, Смоленской и Нижегородской областях длительное время (до 10-19.01.2011 г.) оставались без электроэнергии более 400 тысяч человек. Оказались обесточенными объекты жизнеобеспечения, больницы, возникли перебои в работе аэропортов, железнодорожного и автомобильного транспорта, городского электротранспорта, стационарной и сотовой связи. Транспортная ситуация в Москве и ближайшем Подмосковье была близка к катастрофической: поезда дальнего следования, пригородные электропоезда, аэроэкспрессы до московских аэропортов двигались с большими задержками, наблюдались перебои в движении поездов метро. Из-за обрыва проводов основной и резервных линий электропередач на несколько суток остановил свою работу аэропорт Домодедово, а из-за отсутствия антиобледенительной жидкости для обработки воздушных судов – аэропорт Шереметьево. Падающие деревья и ветви повредили множество автомобилей, сотни людей получили травмы, были человеческие жертвы.

Особенности крупномасштабной атмосферной циркуляции над Северной Атлантикой и Европой при возникновении ледяного дождя и сильного гололеда в центре Европейской территории России

В естественном синоптическом периоде (е.с.п.) 19-22 декабря 2010 г., предшествовавшем этому явлению, над Северной Атлантикой и большей частью Европы в субтропических широтах наблюдалась очень широкая, сильно смещенная к югу планетарная высотная фронтальная зона (ПВФЗ). При этом на изобарической поверхности АТ500 гПа глубокий двухцентровый циклон над Великобританией и югом Скандинавии определял мощный вынос теплого морского субтропического воздуха в южную половину Европы. В тылу этого циклона осуществлялась интенсивная адвекция холода из Гренландии, что приводило к увеличению температурных контрастов над Атлантикой и дальнейшему смещению ПВФЗ к югу. В соответствии с таким высотным барическим полем у поверхности земли глубокие атлантические циклоны быстро перемещались от о-ва Ньюфаундленд на Португалию и Италию. По параллельным траекториям происходило перемещение циклонов из районов Северной Атлантики через Великобританию, юг Скандинавии на север Европейской территории России (ЕТР).

Над Северной Атлантикой существовали две параллельные, ориентированные в широтном направлении, системы холодных атмосферных фронтов с волнами. Над юго-востоком Европы в нижней половине тропосферы преобладали юго-западные воздушные потоки.

Рис.1. Поле Н500, осредненное за естественный синоптический период 23-29.12.2010 г

На рис.1 приведены средняя карта изобарической поверхности АТ500 гПа, а на рис.2 сборно-кинематическая карта для е.с.п. 23-29 декабря 2010 г., когда в центральных областях ЕТР наблюдалось такое редкое явление как ледяной дождь, приведший к сильному гололеду. 23 декабря центр глубокого атлантического циклона, пришедшего с запада в Португалию, переместился на север Испании и далее в Италию (24-25 декабря), Сербию (26 декабря) и Грецию (27-28 декабря). 26 декабря этот циклон начал заполняться, а из волны на его фронте возник и начал развиваться новый центр над Белоруссией. Адвекция холода из Скандинавии в тылу этого нового циклона привела к его быстрому развитию и углублению. Его центр в течение 26-29 декабря перемещался из Белоруссии через ЦФО на Средний Урал. Теплый сектор этого циклона был сформирован в том числе и из очень теплых и влажных морских атлантических воздушных масс субтропических и тропических широт и, таким образом, этот циклон имел все характерные особенности так называемого «южного» циклона.

В то же время циклон с центром над Санкт-Петербургом, оказавшись последним циклоном серии, ушел на северо-восток и вошел в систему циклона над Карским морем. В тылу этого объединенного циклона начался обвал холода на север ЕТР. У поверхности земли там сформировался холодный антициклон, а на изобарической поверхности АТ850 гПа на севере Центрального федерального округа температура воздуха понизилась до -20…-22°. Над центральными областями ЦФО холодные арктические воздушные массы встретились с очень теплыми и влажными атлантическими. Это привело к обострению здесь теплых атмосферных фронтов, что вызвало комплекс неблагоприятных и опасных явлений погоды.

Интенсивность и продолжительность гололедных явлений в центральных областях Европейской территории России

Обращает на себя внимание факт большой продолжительности этих неблагоприятных явлений. Так на метеорологической станции Черусти (восток Московской области) гололедные отложения сохранялись в течение 24 дней (с 26 декабря по 19 января), превышая 27 и 28 декабря опасные значения (24 мм). Толщина гололеда до 19 мм, что близко к опасным значениям (20 и более мм) отмечена 28.12.2010 г.-2.01.2011 г. на метеорологической станции Немчиновка (в нескольких километрах юго-западнее Московской кольцевой автодороги). В Москве (метеорологические станции ВВЦ и Тушино) гололед сохранялся до 17 суток, а максимальная его толщина составила 10-11 мм. Сильный гололед зафиксирован во Владимирской области (23 мм на метеорологической станция Муром) и Нижегородской области (20 мм на метеорологической станции Арзамас).

На рис.2 представлены максимальные значения гололедных отложений толщиной 5 мм и более за период с 24 по 28 декабря 2010 г. Видно, что зона гололеда протянулась полосой шириной 150-250 км от Смоленска до Самары.

Рис.2. Максимальные значения толщины гололедных отложений (мм) за период 24-28.12.2010 г.

Анализ синоптической ситуации и условий возникновения ледяного дождя

Ночью 23.12.2010 г. над южной половиной ЕТР располагались два параллельных, ориентированных в широтном направлении теплых атмосферных фронта циклона с центром, переместившимся в предыдущие дни из западной Атлантики на север Испании. Эти атмосферные фронты очень медленно смещались с юго-запада на северо-восток. Ночью 24.12.2010 г. теплый атмосферный фронт проходил юго-западнее Москвы. На изобарической поверхности АТ850 гПа температура воздуха в Москве была -9°, в Киеве +3°.

Днем 24.12.2010 г. морось, ледяной дождь, гололед, густые туманы при видимости 100-500 метров отмечались на территории Центрального федерального округа южнее широты г.Москвы. В Московской области ледяной дождь был отмечен в аэропорту Домодедово, на остальной территории области прошел умеренный и сильный снег (3-11 мм). Максимальная температура в Московской области была от -4,3° на юге до -7,6° на севере. На юге Центрального федерального округа максимальная температура воздуха была положительной (до +5,6° в Воронежской области). Ночью 25.12.2010 г. в зоне между двумя теплыми атмосферными фронтами эти явления (гололед, морось, туманы) сохранялись, при этом минимальная температура воздуха на юге ЦФО оставалась положительной.

На рис.3 приведено поле геопотенциала изобарической поверхности АТ500 гПа ночью 25.12.2010 г. Над Украиной, югом ЦФО и Московской областью установился мощный гребень. В Москве значение геопотенциала составило 549 дам при температуре -22°, наблюдались юго-западные воздушные потоки.

Рис.3. Поле геопотенциала Н500 за 00 UTC 25.12.2010 г.

На рис.4 приведено распределение очагов тепла и холода и местоположение фронтов на изобарической поверхности АТ850 гПа днем 25.12.2010г. Первый теплый фронт над территорией Европейской России разделял арктический воздух и воздушную массу умеренных широт и проходил по изотерме -10°. Второй теплый фронт, отделявший воздух умеренных широт от влажного субтропического воздуха, совпадал с изотермой 0°. В зонах этих фронтов в Центральном федеральном округе и наблюдался комплекс неблагоприятных явлений, о котором в Гидрометцентре России утром 23 декабря было составлено успешное штормовое предупреждение.

Рис.4. Расположение очагов тепла и холода и атмосферных фронтов на поверхности АТ-850 ГпА за 12 UTC 25.12.2010 г

На приземной синоптической карте за 00 UTC 25.12.2010 г. (рис.5) видно, что над Италией располагается заполняющийся циклон, а на теплом атмосферном фронте над районами Польши возникло волновое возмущение. Днем 25.12.2010 г. из этого волнового возмущения над Белоруссией образовался циклон (рис.6). Его теплый сектор был сформирован из очень теплых и влажных воздушных масс субтропического происхождения. При наличии значительной адвекции холода в тылу этого циклона, он начал быстро углубляться, достигнув ночью 26.12.2010 г. стадии максимального развития. Днем 26.12.2010 г. циклон, продолжая окклюдироваться, стал медленно перемещаться на восток. При этом, его атмосферные фронты (теплый фронт и фронт окклюзии), проходящие через центральные области Европейской России, оставались малоподвижными над этой территорией, обусловив сохранение в течение длительного периода (порядка 36-48 часов) условий для образования ледяного дождя, переохлажденной мороси, гололеда и для налипания выпадающего мокрого снега. Сильные юго-западные ветры на высотах из восточного Средиземноморья, где осенью и в предзимье наблюдались экстремально высокие значения температуры морской воды, поддерживали высокие температуру и влажность в передней части тропосферного гребня.

Рис.5. Анализ приземный за 12 UTC 25.12.2010 г.

Ночью 25.12.2010 г. через Москву прошел первый теплый фронт вышеназванного циклона (см. рис.5). В его зоне наблюдались преимущественно небольшие осадки и гололед. Минимальная за ночь температура воздуха в Московской области составила -4…-8°, в Москве -6,4°. Днем максимальная температура была от +1,4° на юге области до -4,7° на северо-западе, в столице она составила -2,8°. Днем 25.12.2010 г. в зоне между двумя теплыми атмосферными фронтами наблюдались небольшие и умеренные осадки, туман, гололед, а во второй половине дня начался ледяной дождь, зафиксированный метеорологическими станциями в г.Москве (ВВЦ, Балчуг, Тушино), в Московской (Клин), Владимирской (Юрьев-Польский, Владимир, Гусь-Хрустальный) и Тверской (Старица) областях.

Рис.6. Анализ приземный за 00 UTC 26.12.2010 г.

На рис.7-9 представлены распределение осадков, явлений погоды и приземной температуры ночью 26.12.2010 г., когда ледяной дождь в зоне второго теплого фронта был зарегистрирован в Москве, на севере Московской области, на юге Тверской и Ярославской областей, во Владимирской и в южной половине Нижегородской области. Следует подчеркнуть, что ледяной дождь был связан с отрицательными температурами у поверхности Земли (-2,9…-9,0°) и положительными на высоте изобарической поверхности АТ850 гПа (+2…+4°). В то же время на юге Московской области в теплом секторе циклона при температурах у поверхности Земли выше -2° ледяного дождя отмечено не было. Там наблюдались осадки в виде дождя и мокрого снега, местами сильные (до 19 мм), туманы, морось, гололед. Поскольку теплые атмосферные фронты оставались малоподвижными, то и днем 26.12.2010 г. ледяной дождь еще сохранялся практически в той же полосе, что и в предшествующие 12 часов, при этом максимальные температуры воздуха у поверхности земли были -2,7…-6,9°. Ночью 27.12.2010 г. ледяной дождь прекратился, т.к. в процессе окклюдирования циклона теплый и влажный воздух в нижнем слое тропосферы стал оттесняться на периферию циклона и замещаться над центральными областями ЕТР более холодным воздухом, поступавшим с северо-запада.

Рис.7. Поле количества осадков (мм), выпавших в ЦФО за ночь 26.12.2010 г.

Рис.8. Явления погоды (туман, гололед, ледяной дождь), наблюдавшиеся на территории ЦФО ночью 26.12.2010 г.

Рис.9. Поле минимальной температуры воздуха в ЦФО ночью 26.12.2010 г.

В табл.1 приведены метеорологических величины и явления погоды в слое от поверхности земли до высоты изобарической поверхности АТ700 гПа: погода у поверхности земли на станции ВВЦ и данные радиозондирования аэрологической станции Москва (Долгопрудный) за 25-27.12.2010 г. Из таблицы видно, что разница между температурой у поверхности Земли (-3,9°) и на уровне 1,5 км (+1,8°) 25.12.2010 г. днем при ледяном дожде составила 5,7°. Днем 26.12.2010 г. у поверхности Земли было -4,1°, а на высоте 1,5 км +1,4°, а разница 5,5°. Данные табл.1 подтверждают, что ледяной дождь сопровождался мощной инверсией (более 800 м) с положительными значениями температуры воздуха. Ледяной дождь наблюдался при слабом ветре и относительной влажности 96-97%.

Контрасты температуры во фронтальной зоне на высоте изобарической поверхности АТ850 гПа 26.12.2010 г. составляли 15-19°. А у поверхности Земли контрасты температуры были еще больше, например, ночью 26.12.2010 г. в Костромской и Вологодской областях на периферии очень холодного антициклон с центром над Архангельском ночные температуры понижались до -30…-35°. При этом в теплом секторе циклона в Калужской области было +3°, в Белгородской +5°.

Ночью 27.12.2010 г. ледяной дождь в ЦФО практически прекратился (отмечен только на одной станции в Ивановской области). В Московской области и в соседних областях сохранялись туманы и гололеды, при прохождении холодного фронта выпал снег. Температура воздуха на уровне изобарической поверхности АТ850 гПа в Москве ночью 27.12.2010 г. понизилась до -1,5°, у поверхности Земли до -5,6°. Приземная температура в Московской области повсеместно понизились: максимальная днем 27-28.12.2010 г. не превышала -4°. 28-30.12.2010 г. в ЦФО в связи с выходом южного циклона прошли осадки, местами сильные, в виде мокрого снега (на юге – дождя), в северных областях с налипанием мокрого снега, что способствовало сохранению сложных отложений. В последующие дни под влиянием атмосферных фронтов южных и западных циклонов на фоне отрицательных приземных температур количество выпавшего снега увеличивалось, сохранялись сложные гололедные отложения, под тяжестью которых продолжали ломаться не только ветки, но и целые деревья, что приводило к обрыву проводов линий электропередач.

Выводы

1.Из синоптического опыта известно, что ледяной дождь в Москве, Московской области и на севере ЦФО – достаточно редкое явление.

2.Ледяной дождь 25-26.12.2010 г. в ЦФО случился в зоне очень широкой и контрастной ПВФЗ: у поверхности Земли было две параллельные системы теплых атмосферных фронтов.

3.На большей части территории Московской области и ЦФО инструментально измеренные величины гололедных отложений после ледяного дождя не достигали опасных значений (диаметр отложения 20 и более мм), но последствия гололеда стали стихийным бедствием, выведшим из строя сотни объектов инфраструктуры.

4.Ледяной дождь наблюдался в основном в зоне между двумя теплыми атмосферными фронтами и в зоне фронта окклюзии циклона, теплый сектор которого был изначально сформирован из очень теплых и влажных атлантических воздушных масс тропического и субтропического происхождения. Центры циклонов, в системе которых эти воздушные массы поступили в Европу, перемещались в океане по «сниженной» широтной ПВФЗ вдоль 40° с.ш. и далее через Португалию и Испанию на северо-восток.

5.Над севером ЕТР у поверхности Земли накануне явления ледяного дождя сформировался арктический антициклон, что привело к значительному понижению приземной температуры в северных областях ЦФО и последующему обострению теплых фронтов над территорией округа. Контрасты температуры в зоне этих фронтов достигали у поверхности Земли 25-30°, на высоте изобарической поверхности АТ850 гПа 12-19°.

6.Ледяной дождь был отмечен на территории, протянувшейся полосой шириной 150-250 км от Смоленска до Самары. В полосе ледяного дождя температура воздуха у поверхности земли была отрицательной (от -2,7 до -9,8°), в то время как на высоте изобарической поверхности АТ850 гПа температура была положительной (+2…+4°). В Москве на высоте изобарической поверхности АТ850 гПа было +1,4 …+3°, у поверхности земли

-3,3…- 4,1°.

7.Явление ледяного дождя в Москве сопровождалось мощной инверсией (более 800 м) с положительной температурой воздуха. Максимальное значение температуры в слое инверсии составило +3,6 °.

Авторы: Голубев А.Д, Кабак А.М., Никольская Н.А., Хабарова Г.В. //Гидрометцентр России

Список литературы

1. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Часть 1, вып.3. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - С. 118.

2. Ледяной дождь. ( http: //ru.vikipedia.org/wiki/ )