- •Нина Александровна Дашко
- •Часть 1
- •1. ВВЕДЕНИЕ
- •1.1. Состав и строение атмосферы
- •1.2. История развития метеорологии как физической науки
- •1.2.1. Древнегреческий период развития науки
- •1.2.2. Эллинистический период развития науки
- •1.2.3. Простонародная метеорология
- •1.2.4. Развитие науки на Востоке
- •1.2.5. Развитие научных связей Европы и Востока
- •1.2.6. Изобретение метеорологических приборов
- •1.2.6. Научные общества и академии
- •1.3. Развитие синоптической метеорологии
- •1.4. ВМО – Всемирная метеорологическая организация
- •1.5. Гидрометеорологическая служба России
- •2. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
- •2.1. Требования к гидрометеорологической информации
- •2.2. Виды гидрометеорологической продукции
- •2.3. Потребители гидрометеорологической информации:
- •2.4. Кодирование гидрометеорологической информации
- •2.4.1. Структура кода КН-01
- •Схема кода КН-01:
- •Раздел 0
- •Раздел 1
- •Раздел 2 – для судовых или буйковых станций
- •Раздел 3
- •Раздел 4
- •Раздел 5
- •Раздел 0
- •Для сухопутных станций:
- •Передача судовых данных:
- •Раздел 1 (для станций любого типа)
- •Раздел 2 (используется при передаче судовых данных)
- •Раздел 3
- •Раздел 4 (для высокогорных станций)
- •Раздел 5
- •2.4.2. Структура кода КН-04
- •ЧАСТЬ "A" КОДА КН-04
- •ЧАСТЬ "B" КОДА КН-04
- •Особые точки по температуре воздуха:
- •Особые точки по ветру:
- •3. СОСТАВЛЕНИЕ КАРТ ПОГОДЫ
- •3.1. Виды карт погоды
- •3.2. Приземные карты погоды (составление и чтение)
- •Раздел 1
- •Раздел 2
- •Раздел 3
- •3.3. Составление высотных карт погоды
- •3.3.1. Геопотенциал
- •3.3.2. Барометрическая формула геопотенциала
- •3.3.3. Барометрическая ступень
- •3.3.4. Карты барической топографии
- •3.4. Составление вспомогательных карт погоды
- •4. АНАЛИЗ КАРТ ПОГОДЫ
- •4.1. Первичный анализ приземных карт погоды
- •4.1.1. Правила оформления приземной карты погоды
- •4.1.2. Проведение атмосферных фронтов на картах погоды
- •4.2. Первичный анализ высотных карт погоды
- •4.2.1.Правила оформления высотных карт погоды
- •4.2.3. Анализ карт относительной топографии
- •4.3. Анализ вспомогательных карт погоды
- •5. АЭРОЛОГИЧЕСКИЕ ДИАГРАММЫ И ВЕРТИКАЛЬНЫЕ РАЗРЕЗЫ АТМОСФЕРЫ
- •5.1. Аэрологические диаграммы
- •5.1.2. Построение аэрологической диаграммы
- •5.1.3. Анализ аэрологической диаграммы
- •5.1.4. Графические расчёты с помощью аэрологических диаграмм
- •5.2. Вертикальные разрезы атмосферы
- •5.2.1. Правила построения вертикальных разрезов атмосферы
- •5.2.2. Анализ вертикальных разрезов атмосферы
- •5.2.3. Временные разрезы атмосферы
- •Температура воздуха, °С
- •6. ОШИБОЧНЫЕ ДАННЫЕ НА КАРТАХ ПОГОДЫ
- •7. ПРИНЦИПЫ СИНОПТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
- •7.1. Основные синоптические объекты
- •7.2. Информативность карт барической топографии
- •7.4. Обзор синоптического положения за предыдущие сутки
- •8.1. Вычисление производных
- •8.2.1. Прямолинейная интерполяция
- •8.2.2. Криволинейная интерполяция
- •8.2.3. Формальная экстраполяция
- •8.3.1. Траектории воздушных частиц
- •Способ обратного переноса:
- •Рис. 8.4. Способ обратного переноса
- •Способ прямого переноса:
- •8.3.2. Линии тока воздушных частиц
- •9. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЕЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
- •9.1.1. Градиент метеорологической величины
- •9.2. Поле атмосферного давления
- •9.2.3. Локальные изменения давления
- •9.3. Динамические изменения давления воздуха
- •9.4. Распределение атмосферного давления на Земном шаре
- •9.5. Поле ветра
- •Цилиндрическая система координат
- •Сферическая система координат
- •Натуральная система координат
- •9.5.2. Силы, действующие в атмосфере
- •Сила барического градиента
- •Отклоняющая сила вращения Земли
- •Сила трения
- •Центробежная сила
- •9.6. Уравнения движения
- •9.6.1. Геострофический ветер
- •9.6.3. Градиентный ветер
- •9.6.4. Действительный ветер
- •9.7. Особенности ветрового режима над Японским морем
- •9.8. Особенности ветрового режима над Охотским морем
- •9.9. Дивергенция и вихрь скорости
- •9.9.1 Дивергенция вектора скорости ветра
- •9.9.2. Вихрь вектора скорости ветра
- •9.9.3. Уравнение тенденции вихря скорости
- •Характерные синоптические масштабы:
- •9.9.5. Уравнение дивергенции скорости
- •9.10. Поле вертикальных движений атмосферы
- •9.10.1. Классификация вертикальных движений атмосферы
- •9.10.2. Упорядоченные вертикальные движения атмосферы
- •9.10.3. Расчёт вертикальных движений атмосферы
- •9.11. Поле температуры воздуха
- •9.11.1. Температурные градиенты
- •9.11.2. Адиабатические изменения температуры воздуха
- •9.11.3. Термический ветер
- •9.11.4. Локальные изменения температуры воздуха
- •10. ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ
- •10.1. Масштабы воздушных масс
- •10.2. Очаги формирования воздушных масс
- •10.3. Географическая классификация воздушных масс
- •10.5. Трансформация воздушных масс
- •10.6. Термодинамическая классификация воздушных масс
- •10.7. Характеристики устойчивых воздушных масс
- •10.7.1. Тёплая устойчивая воздушная масса
- •10.7.2. Холодная устойчивая воздушная масса
- •10.8. Характеристики неустойчивых воздушных масс
- •10.8.1. Тёплая неустойчивая воздушная масса
- •10.8.2. Холодная неустойчивая воздушная масса
- •10.9. Оценка устойчивости воздушных масс
- •11. АТМОСФЕРНЫЕ ФРОНТЫ
- •11.1. Ориентация и размеры фронтальной поверхности
- •11.2. Классификация фронтов
- •11.2.1. Географическая классификация атмосферных фронтов
- •11.3. Перемещение фронтов
- •11.4. Профиль движущегося фронта
- •11.5. Общие характеристики фронтов
- •11.5.1. Фронты в барическом поле
- •11.5.2. Фронты в поле ветра
- •11.5.3. Фронты в поле барических тенденций
- •11.5.4. Фронты в поле температуры воздуха
- •11.5.5. Фронты в поле влажности и облачности
- •11.6. Тёплый фронт
- •11.7. Холодный фронт
- •11.7.1. Холодные фронты 1-го рода
- •11.7.2. Холодные фронты 2-го рода
- •11.7.3. Вторичные холодные фронты
- •11.8. Фронты окклюзии
- •11.8.1. Облака и осадки холодного фронта окклюзии
- •11.8.2. Облака и осадки тёплого фронта окклюзии
- •11.10. Образование и размывание атмосферных фронтов
- •11.10.3. Оценка тропосферного фронтогенеза и фронтолиза
- •11.10.4. Приземный фронтогенез и фронтолиз
- •12. ЦИКЛОНЫ И АНТИЦИКЛОНЫ УМЕРЕННЫХ ШИРОТ
- •12.1. Основные определения
- •12.1.1. Вертикальная протяжённость барических образований
- •12.1.2. Оси барических образований
- •12.1.3. Фронтальные и нефронтальные барические образования
- •Модель циклона по Ли
- •Модель циклона по Бьеркнесу и Сульбергу
- •Основные теории возникновения циклонов
- •Конвекционная теория циклонов
- •Механическая теория циклонов
- •Волновая теория циклонов
- •Дивергентная теория циклонов
- •12.2. Условия возникновения барических образований
- •12.3. Стадии развития циклонов
- •12.3.1. Начальная стадия развития циклона
- •12.3.2. Стадия молодого циклона
- •12.3.3. Стадия максимального развития циклона
- •12.3.4. Стадия окклюдирования циклона
- •12.3.5. След циклона
- •12.3.6. Серии циклонов
- •12.4. Стадии развития антициклонов
- •12.4.1. Начальная стадия развития антициклона
- •12.4.2. Стадия молодого антициклона
- •12.4.3. Стадия максимального развития антициклона
- •12.4.4. Стадия разрушения антициклона
- •12.5. Регенерация барических образований
- •12.5.1. Регенерация циклонов
- •12.5.2. Регенерация антициклонов
- •12.6. Перемещение барических образований
- •12.7. Центры действия атмосферы
- •Постоянные центры действия атмосферы:
- •Сезонные центры действия атмосферы:
- •12.7.1. Характеристика ЦДА Северо-Атлантического региона
- •Азорский антициклон
- •Исландская океаническая депрессия
- •12.7.2. Характеристика ЦДА Северной Америки
- •Канадский максимум
- •Калифорнийский минимум
- •12.7.3. Характеристика ЦДА Азиатско-Тихоокеанского региона
- •Азиатский антициклон
- •Алеутский минимум
- •Южноазиатская депрессия
- •Северотихоокеанский антициклон
- •Переходные зоны между центрами действия атмосферы
- •12.7.4. Летние синоптические процессы над Охотским морем
- •12.8. Погода в циклонах на разных стадиях развития
- •12.8.1. Погода в передней части молодого циклона
- •12.8.2. Погода в тёплом секторе молодого циклона
- •12.8.3. Погода в тыловой части молодого циклона
- •12.8.4. Погода в окклюдированном циклоне
- •12.9. Погода в антициклонах
- •12.9.1. Инверсии в антициклонах
- •12.9.2. Фронты в антициклоне
- •12.9.3. Погода в антициклоне
- •13. ВЛИЯНИЕ ОРОГРАФИИ НА АТМОСФЕРНЫЕ ПРОЦЕССЫ
- •13.1. Горные ветры
- •Бора
- •13.2. Облакообразование и осадки
- •13.3. Влияние орографии на атмосферные фронты
- •14. СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ
- •15. ПРОГНОЗ СИНОПТИЧЕСКОГО ПОЛОЖЕНИЯ
- •15.3. Прогноз эволюции барических образований
- •15.4. Прогноз возникновения новых барических образований
- •15.5. Прогноз перемещения и эволюции атмосферных фронтов
- •15.6. Расчёт давления в точках поля
- •15.6.1. Адвективный способ расчёта давления в точках поля
- •15.7. Оценка приземной прогностической карты
- •16.1. О прогнозе погоды в США и Японии
- •16.1.1. Служба погоды в США
- •16.1.2. Служба погоды в Японии
- •Примечание 1
- •Примечание 2
- •Примечание 3
- •17.1. Критерии определения объёма выборки
- •17.2. Определение свойств выборки
- •17.3. Законы распределения метеорологических величин
- •17.3.2. Нормальный закон распределения
- •17.4. Точность и достоверность оценок выборки
- •17.5. Анализ статистических характеристик
- •17.5.1. Исследование трендовой составляющей
- •17.5.3. Процентили
- •17.5.4. Приёмы аппроксимации
- •17.6.1. Выбор предикторов
- •17.6.2. Формирование обучающей выборки
- •17.6.3. Корреляционный анализ
- •17.6.5. Отбор информативных предикторов
- •17.7.1. Оценки свойств уравнений регрессии
- •17.7.2. Применение пошаговой процедуры расчета
- •17.7.3. Процедура отбора оптимальных уравнений
- •17.11. Статистическая оценка прогнозов
- •17.11.1. Количественные прогнозы
- •17.11.2. Альтернативные прогнозы
- •18.1. Прогноз температуры воздуха у поверхности Земли
- •18.1.1. Адвективные изменения температуры воздуха
- •18.1.2. Трансформационные изменения температуры воздуха
- •18.1.3. Суточный ход температуры воздуха
- •18.2. Прогноз влажности воздуха у поверхности Земли
- •СОДЕРЖАНИЕ
- •АТМОСФЕРНЫЕ ФРОНТЫ
- •СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ
5. Аэрологические диаграммы и вертикальные разрезы атмосферы |
10 |
приблизительно на одной прямой. Направление разреза должно выбираться с таким расчётом, чтобы линия разреза пересекала исследуемый район.
На бланке (или миллиметровой бумаге) по горизонтальной оси откладывают горизонтальные расстояния в масштабе 1 см:50 км, по вертикальной оси – высоты в масштабе 1 см:0.5 км. При построении ПВРА независимо от его направления запад располагается в левой части бланка, восток – в правой, север – вверху, юг – внизу.
На бланке разреза в правой и левой частях бланка проставляются значения высоты через 1км, отмечается в принятом масштабе положение станций. Под каждой станцией, отступив 1.5 см от нижней горизонтальной оси, пишется её название. Из всех точек подъёма, отмеченных на горизонтальной оси, восстанавливаются перпендикуляры, наносится рельеф местности по линии разреза (линию превышения высот над уровнем моря).
5.2.1. Правила построения вертикальных разрезов атмосферы
На перпендикулярах в принятом масштабе отмечается положение всех особых точек и точек на стандартных изобарических поверхностях, для которых имеются данные. Ниже горизонтальной оси наносят данные о погоде имеющихся приземных станций, передаваемые по коду КН-01 по общепринятой схеме нанесения данных на приземную карту погоды.
Размещение элементов у этих точек справа и слева от перпендикуляра производится по схеме (рис. 5.1).
TnTn hnhnhn ±∆hn Wx dd
{ \ ff
TdnTdn
É – перпендикуляр
Рис. 5.1. Схема нанесения данных на пространственный вертикальный разрез атмосферы
На схеме 5.1 обозначены:
•TnTn – температура воздуха, TdnTdn – температура точки росы,
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
5. Аэрологические диаграммы и вертикальные разрезы атмосферы |
11 |
•Wx – погода на данном уровне (наносится принятыми в синоптической практике символами грозы, града, дождя, снега, гололеда, шквала);
•hnhnhn – геопотенциал изобарической поверхности n, проходящей через точку (высоты наносятся как на картах барической топографии);
•∆hn – величина изменения hnhnhn за прошедшие 12 ч;
•dd – направление ветра указывается стрелочкой, ff – скорость ветра указывается оперением у конца стрелочки (аналогично картам погоды всех уровней).
На бланке вертикального разреза атмосферы строят графики вертикальных температурных градиентов. Для построения графика необходимо определить величину вертикального температурного градиента (γ). Для этого разность температур двух соседних точек подъёма и делят на разность высот тех же точек, выраженную в сотнях метров:
γ= T1 −T2 . h2 −h1
Затем между всеми точками подъёма, строится график: величину γ откладывают по обе стороны от перпендикуляра в масштабе 1 см=0.5 °С/100 м. Положительные значения γ откладывают влево от перпендикуляра, отрицательные (повышение температуры воздуха с высотой) – вправо. Полученные отрезки соединяют ломаной линией чёрного цвета. Вертикальные отрезки этой ломаной линии показывают толщину слоя, в котором наблюдается тот или иной γ, а расстояния от перпендикуляра дают величину градиента.
У вертикальных отрезков дополнительно проставляют величину γ в градусах Цельсия на 100 м с точностью до сотых.
На вертикальный разрез наносят давление, нижнюю и верхнюю границы облачности (чёрными волнистыми линиями), их форму, зону осадков (чёрными вертикальными штрихами), с указанием вида осадков (условными обозначениями), слои обледенения (ψ),
болтанки ( /\ ) и тумана (≡) – чёрной вертикальной волнистой линией, справа от которой проставляется соответствующий знак явления. Интенсивность указывается показателем степени при знаке явления, например, ≡0 – слабый туман ≡2 – сильный туман, ≡ – умеренный туман. Усиление явления указывается вертикальной чертой слева от значка явления, ослабление – чертой справа.
5.2.2. Анализ вертикальных разрезов атмосферы
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
5. Аэрологические диаграммы и вертикальные разрезы атмосферы |
12 |
На вертикальном разрезе проводятся:
•Изотермы – чёрным цветом через 10°С, а вблизи тропопаузы – через 5°С,
•Изотахи (линии равных скоростей ветра) – зелёным цветом через 5 м/c, при больших скоростях – через 10 м/с. При переходе из холодной воздушной массы в тёплую (и наоборот) при проведении изотерм следует выделять ступенькой переходный слой (слой скачка температуры воздуха).
•Нижняя и верхняя границы фронтальных слоев (соответствующим цветом),
тропопаузы (коричневым цветом) и инверсий и изотермий (жёлтым цветом), отмечаются зоны туманов (жёлтым цветом).
•Слои облаков ограничивают синими линиями и закрашивают синим цветом. Облака выделяют ориентировочно, по данным синоптических станций, по самолётным данным, дефициту точки росы и в зависимости от положения атмосферных фронтов. Дефицит точки
росы при наличии облаков имеет величины ≤1.5°С для АТ850, ≤2 °С для АТ700 и ≤2.5°С для
АТ500.
•Зона осадков выделяется зелёной штриховкой.
•Слои обледенения и болтанки отмечаются красными значками ψ или /\ , от которых вниз и вверх проводятся стрелки, указывающие толщину слоя.
•Струйные течения выделяются в верхней тропосфере, проставляя максимальную величину скорости ветра, начиная со скорости 30 м/с.
5.2.3. Временные разрезы атмосферы
Временные разрезы атмосферы, их иногда называют серийными, обычно производят по учащенным зондированиям атмосферы. Вдоль горизонтальной оси временного разреза в масштабе 1 см:3 часа откладывают вертикали, соответствующие каждому сроку зондирования. Вдоль вертикали наносят данные наблюдений, аналогично схеме на рис. 5.1.
Обработка временного вертикального разреза производится так же, как и пространственного вертикального разреза.
На временном разрезе иногда проводятся линии равных значений дефицита точки росы. Линии проводятся вблизи поверхности 850 гПа для значений 2, 4 и 8°С, вблизи поверхности 700 гПа – для значений дефицита 2, 5 и 10 °С и для поверхности 500 гПа – для
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
5. Аэрологические диаграммы и вертикальные разрезы атмосферы |
13 |
значений 2, 7, 15°С. При необходимости линии равных значений точки росы проводятся через 10°С.
Частным случаем временного разреза является график термоизоплет (изотерм, отнесенных к различным моментам времени, например, за сутки, декаду, месяц). Термоизоплеты проводятся через 5°С чёрным цветом. Их понижение (повышение) соответствует понижению (повышению) температуры воздуха на том или ином уровне над данным пунктом со временем.
Примечания в главе 5
1. Адиабатические изменения. Под адиабатическими изменениями подразумеваются изменения состояния воздушной частицы, протекающие без обмена теплом между данной частицей и окружающей средой (адиабатический процесс). Температура, как в сухом, так и во влажном воздухе, меняется за счёт работы сжатия или расширения. При сжатии (например, при опускании воздушной частицы) давление и внутренняя энергия воздуха увеличиваются и температура повышается, при расширении (например, при подъёме воздушной частицы) – давление и внутренняя энергия воздуха убывают и температура падает.
Процессы, происходящие в реальной атмосфере, будут отличаться от адиабатических процессов, где предполагается, что воздушная частица представляет собой замкнутую термодинамическую систему, через границы которой не происходит переноса тепла. Допускается, что величина притока тепла к частице от внешних источников (притоки тепла за счёт длинноволновой и коротковолновой радиации, фазовых превращений воды в атмосфере и за счёт турбулентного теплообмена) незначительны, и ими можно пренебречь, а изменения температуры частицы связаны только с её расширением или сжатием.
Но, с другой стороны, условие квазиадиабатичности атмосферы может быть принято, например, при рассмотрении процессов с временным масштабом порядка суток и пространственным
– порядка 1000 км. Это относится, например, к процессам образования конвективных облачных систем, поскольку за счёт притока тепла от внешних источников изменения температуры могут достигать 1-2°С, тогда как адиабатические изменения при вертикальных перемещениях воздуха могут превышать 10-15°С.
При этом адиабатические изменения температуры с высотой в сухом и влажном насыщенном воздухе будут несколько различными.
iЗависимость изменения температуры воздуха от изменения давления при
адиабатическом процессе в сухом или влажном ненасыщенном воздухе
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии