Служба погоды.

Непрерывно происходящие изменения в состоянии погоды связаны в первую очередь с процессами общей циркуляции атмосферы. Смена дня и ночи вносит в погоду достаточно простые и регулярные изменения в виде суточного хода метеорологических элементов или в виде смены бризов и т. п. Но резкие и нерегулярные изменения, гораздо более характерные для погоды, являются результатом смены воздушных масс, прохождения разделяющих их фронтов, перемещения и эволюции циклонов и антициклонов. В тропиках эти изменения значительно меньше, чем во внутритропических широтах, потому что условия атмосферной циркуляции там более устойчивы и циклоническая деятельность слабее. В связи с такой обусловленностью изменений погоды, в течение последнего столетия возникла так называемая служба погоды. В задачи ее входит своевременная информация населения, административных и хозяйственных организаций о существующих условиях погоды и предсказание условий погоды на будущее время.

Материальная база службы погоды состоит, во-первых, из сети синоптических станций, т. е. метеорологических станций, срочно передающих свои одновременные наблюдения в центры службы погоды. До 1920-х годов почти единственным средством связи при этом служил телеграф; в настоящее время основное значение для службы погоды имеет радиосвязь. С помощью радиосвязи удалось распространить действие службы погоды фактически на весь Земной шар. Однако до сих пор многие районы охвачены ею еще неудовлетворительно, в особенности океанические районы южного полушария.

В подавляющем большинстве государств мира существуют центральные, а в больших странах также и областные учреждения службы погоды; чаще всего их называют бюро погоды. Небольшие учреждения такого рода существуют также при аэропортах, в морских портах и т. д. Служба погоды России возглавляется Гидрометеорологическим центром России в Москве.

Современные метеорологические технологии, а также исследования и практические методы климатологии включают в свой арсенал обработку спутниковой информации (детекция протон-электронных околоземных облаков – т.н. «солнечного ветра», вызывающего явления «северного сияния» в полярных широтах; оптическое – от инфракрасного до ультрафиолетового, - и широкодиапазонное радиосканирование атмосферы и поверхности Земли), обработку информации от маловысотных (до границ стратосферы: 50-80 км) привязных и дрейфующих радиозондов, оптических и акустических аппаратов (на метеошарах и стратостатах), информации от специальных авиасредств (бортовая и наземная обработка) и одноразовых метеоракет, а также информации от наземных средств оптического, акустического и радионаблюдения.

Наземная сеть метеонаблюдений образована системой национальных и международных метеопостов, оборудованных, в том числе, специальными радиофизическими приборами наблюдения и средствами компьютерной обработки метеоданных. Основным источником информации о состоянии атмосферы, как и полвека назад, являются наземные (синоптические) метеостанции — их сейчас около 10 000 в мире, 8 500 на Северном полушарии; и станции аэрологические: 600 и 500, соответственно; имеется тенденция к уменьшению). Покрытие данными весьма неоднородно: территория Европы, Китая и Сев. Америки в наилучшем положении. 2/3 земной поверхности составляет океан. Здесь имеется лишь несколько островных станций и кораблей погоды. Обычные корабли часто измеряют и передают данные о температуре, давлении и ветре. Эта часть наблюдений называется конвенциональными. Наибольший объем наблюдений и, соответственно, большая часть метеоданных и значительная часть долговременных климатических параметров относятся к оперативной характеристике состояния ближней атмосферы: температуре, давлению, влажности, градиенту смещения воздушных масс, наличию и динамике турбулентностей/вихрей и воздушных неоднородностей-«линз». Значительная часть радионаблюдений выполняется в ДВ-УКВ - диапазоне; эти наблюдения относятся к локальной оценке влажности в атмосфере, к состоянию облачности (по наличию «окон» в облачных слоях) и составу облаков (дождь-снег-град), к наблюдениям пылевых и вихревых (опасность торнадо) концентраций, к динамике смещения воздушных потоков на разных высотах (пеленгом радиозондов и наблюдением за дрейфом радио-контрастирующих веществ, специально распыляемых в атмосфере на заданных высотах) и т.д. Радиофизические принципы наблюдения перечисленных метеофеноменов основаны на разнице измеримых значений электрической (или магнитной) проницаемости среды, на изменении уровня калиброванных сигналов в направлении объекта – на эффектах прямого отражения, поглощения и вторичного отражения от ионосферы, на измерении собственной электрической активности (фон) метеорологических неоднородностей, фазовых сдвигов эталонных сигналов при отражении, на использовании допплеровского эффекта и т.п. Штатные наземные метеопосты по необходимости оборудованы радиосредствами, - в том числе мегаапертурными – с большой базой, специализированными антенными (антенно-фидерными) комплексами для изотропной и направленной детекции сигналов ДВ-УКВ - диапазонов.

В рамках Всемирной службы погоды особое внимание уделяется организации наблюдений с метеорологических спутников. Данные со спутников NASA позволяют сделать метеорологические прогнозы более точными. Информация с них будет использоваться для составления трехсуточных прогнозов погоды на прибрежные зоны США с применением синоптических моделей и данных с метеостанций, расположенных в открытом море. Система выдает трехмерную модель состояния поверхности океана с параметрами температуры, солености и течений. При этом используются данные сенсора Quikscat со спутника NАSА SeaWinds; уровень океанских вод с учетом высоты волн; а также температура поверхностного слоя океана. В периоды значительного облачного покрытия предусмотрено выполнение аэросъемки с применением различных сенсоров и носителей, которые имеются в распоряжении ВМС США. Полученные таким образом данные используются для создания пространственных синоптических моделей, которые будут применяться для оперативного составления метеосводок и их оперативной корректировки, а также для планирования наблюдений на морских и наземных метеостанциях.

Измеряя с помощью бортовой аппаратуры спутника пара­метры излучения тепла различных слоев атмосферы, можно получить богатый материал для изучения происходящих в ней процессов. Кроме того, спутник может служить хорошим сред­ством для сбора информации с наземных метеорологических пунктов, разбросанных по всему земному шару. За время од­ного оборота вокруг Земли спутник собирает данные, которые в 100 раз превышают информацию, поступающую со всех метео­рологических станций, и, кроме того, дает сведения о погоде на той части поверхности земного шара, которая является «бе­лым пятном» для метеорологов. Качество этих данных в настоящее время уступает аэрологическим данным, однако прогресс в этом направлении имеется. Поскольку таких данных много, несколько близких наблюдений осредняются в одно. Покрытие спутниковыми данными более однородно. Между ошибками наблюдений с одного участка орбиты имеется сильная коррелляция. Эти наблюдени называются неконвенциональными. Они наиболее важны там, где нет аэрологических станций. Обнаружение тайфунов и ураганов с помощью спутников стало обычным явлением. Так были обнаружены ураганы «Бэтси», «Эстер», тайфуны «Ненси», «Памела», которые наносят ог­ромные убытки хозяйству. Например, ураган «Агнес», обрушив­шийся на восточную часть США 20—23 июня 1972 г., унес 118 жизней, а причиненный им материальный ущерб оценивается в три с лишним миллиарда долларов. Объем осадков, выпав­ших на сушу во время урагана, составил около 100 куб. км.

Гидрометцентром России разработана и реализована компьютерная программа на основе глобальной модели атмосферы. Эта модель представляет собой неоднородную сетку со сгущением в нижних слоях, около поверхности земли. С ее помощью можно рассчитать погоду через промежуток в 6 часов; заблаговременность прогнозов от 12 до 240 ч. В параметры модели входят следующие метеорологический элементы:

• давления на уровне моря (p₀, мбар); • температура воздуха (T,°С);

• относительной влажности воздуха (R, %);

• зональная и меридиональная составляющие скорости ветра (V, м/с);

• аналог вертикальной скорости (гПа/12ч); • среднее количество осадков (мм/12 ч);

рис.1