- •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
15. Прогноз синоптического положения |
13 |
•Если область падения давления наблюдается по обе стороны фронта – это признак обострения фронта, рост давления по обе стороны фронта – признак его размывания в ближайшие 6-12 ч.
•Фронт обостряется, если над ним на уровнях 700 и 500 гПа наблюдается расходимость потоков, а падение давления перед фронтом больше, чем рост за ним. При сходимости потоков над фронтом на уровнях 700 и 500 гПа и меньшем падении перед фронтом, чем росте за ним – фронт размывается.
•Фронты возникают или обостряются, если ось растяжения барического деформационного поля близка по направлению к изотермам фронтальной зоны.
15.6. Расчёт давления в точках поля
Пункты для расчёта будущего давления выбирают произвольно, но так, чтобы они были равномерно распределены на рассматриваемой территории и число их было бы достаточным для последующего уверенного проведения изобар. Расстояние между ближайшими выбранными пунктами не должно превышать 400 км.
Способы расчёта давления в пунктах:
•Способ переноса приземного давления вдоль изогипс АТ700 или АТ500.
•Способ, основанный на расчёте по барическим тенденциям вдоль пути переноса.
Воснове способ переноса приземного давления вдоль изогипс лежит теоретическое положение, что локальные изменения приземного давления в значительной степени обусловлены его адвекцией (адвективный способ).
Второй способ расчёта давления в точках основывается на учете барических тенденций вдоль пути переноса воздушных частиц.
15.6.1. Адвективный способ расчёта давления в точках поля
Локальные изменения давления во времени можно рассматривать как сумму его эволюционных (трансформационных) и трансляционных (адвективных) изменений:
∂P |
= ( |
∂P |
)эвол + ( |
∂P |
)трансл . |
∂t |
∂t |
∂t |
Адвекция давления осреднённым воздушным потоком, являющимся аналогом ведущего потока, является одним из существенных факторов, обусловливающих локальные изменения в поле приземного давления.
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
15. Прогноз синоптического положения |
14 |
В первом приближении принимается, что приземное барическое поле перемещается по направлению изогипс АТ700 или АТ500 со скоростью, пропорциональной скорости потока на этих поверхностях.
При этом необходим учет изменений полей АТ700 или АТ500, которые могут произойти к моменту, для которого строится прогностическая карта.
На первом этапе прогноза строится прогностическая траектория способом обратного переноса (по двум картам – высотной прогностической и фактической).
Сначала на прогностической высотной карте АТ700 или АТ500 строится траектория (назад по потоку) для половины промежутка времени от начального момента до момента прогноза. Прогностическая карта учитывает возможные изменения высотного барического поля к моменту срока прогноза.
Полученная точка переносится на фактическую высотную карту и проводится аналогичная операция и определяется район, из которого осуществится перенос воздушной частицы в пункт прогноза (начало трактории).
Если отсутствуют высотные прогностические карты, то траектория строится по фактической карте с вводом поправок на ожидаемые изменения барического поля на основе приближённой оценки будущих изменений.
Эмпирические правила для приближённой оценки будущих изменений барического поля
•На уменьшение скорости перемещения высотных барических образований указывают:
bОслабление интенсивности очагов падения или роста геопотенциала в окрестностях данного барического образования,
bУвеличение со временем расстояния между центром высотного циклона (антициклона) и очагом падения (роста) геопотенциала в его передней части,
bРазвитие барического образования в высоту и уменьшение наклона высотной
оси.
•Циклон (антициклон) перемещается, отклоняясь в сторону большой полуоси от прямой, соединяющей его центр с центром очага падения (роста) геопотенциала в передней части,
•Если изогипсы барического образования близки к круговым, то циклон (антициклон) будет смещаться вдоль прямой, соединяющей его центр с центром очага падения (роста) геопотенциала.
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
15. Прогноз синоптического положения |
15 |
•Чем меньше длина барических волн, тем больше скорость их перемещения,
•Короткие волны, длина которых в умеренных широтах составляет примерно 1-3 тыс. км, перемещаются чаще всего со средней скоростью общего западного течения,
•Длинные волны (7-10 тыс. км и более) часто бывают малоподвижными, и поле геопотенциала в этом случае изменяется сравнительно медленно.
Оценка эволюции барического поля по анализу поля изалло-
гипс:
Знак изменения давления на высотах имеет большую устойчивость во времени, чем у поверхности Земли, поэтому применение экстраполяции здесь дает удовлетворительные результаты.
•Если нулевая изаллогипса проходит в тылу циклона (антициклона), так, что его центр оказывается в области отрицательных (положительных) изаллогипс, циклон (антициклон) будет углубляться (усиливаться).
•Если центр циклона (антициклона) находится в области положительных (отрицательных) изаллогипс, циклон (антициклон) будет заполняться (разрушаться).
Эволюция высотного барического поля связана с эволюцией приземных барических образований:
•Циклон (антициклон) на уровне АТ700 или АТ500, как правило, будет углубляться (усиливаться) при его углублении (усилении) у поверхности Земли. Однако, после начавшегося заполнения (разрушения) циклона (антициклона) у поверхности Земли в средних слоях тропосферы некоторое время ещё продолжается его углубление (усиление).
•Наиболее существенная перестройка высотного барического поля происходит, когда два высотных циклона (антициклона) объединяются в одну обширную барическую систему.
После оценки возможной перестройки высотного барического поля окончательно строится траектория и если в исходный срок не ожидается эволюции и аномальности перемещения барических образований у Земли вдоль линии переноса, давление в начальной точке переноса в исходный срок принимается за прогнозируемое давление в пункте прогноза.
Практически всегда барические образования испытывают более или менее существенную эволюцию, поэтому к исходному давлению в начальной точке траектории необходимо ввести соответствующую поправку.
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
15. Прогноз синоптического положения |
16 |
Эволюционная поправка:
•Если рассматриваемый пункт прогноза окажется вблизи центра циклона (или вблизи оси ложбины или гребня) у поверхности Земли, то поправка принимается равной величине ожидаемого изменения давления в центре барического образования (оси ложбины или гребня). При усилении антициклона или заполнении циклона поправка будет положительной, при углублении циклона или разрушении антициклона – отрицательной,
•Для пунктов, которые окажутся на удалении от барических центров (или осей барических ложбин или гребней), величина поправки берется пропорциональной ожидаемому изменению давления в барическом центра и времени, в течение которого данный пункт будет находиться в области барического образования у поверхности Земли. Значение поправки можно определить, интерполируя величину изменения давления в 2-х соседних барических центрах, между которыми будет находиться пункт прогноза.
Поправка на аномальность перемещения барических образова-
ний:
Когда ожидается, что барические образования у Земли будут перемещаться в резком несоответствии ведущему потоку, следует ввести дополнительную поправку на аномальность перемещения:
•В непосредственной близости от места ожидаемого положения барического центра эта поправка равна разности между значениями давления в исходный срок в центре циклона (антициклона) у Земли и в начальной точке пути переноса, полученной без учета аномальности.
•Для пунктов, находящихся в том или ином удалении от центра абсолютная величина дополнительной поправки, соответственно, уменьшается.
•При значительной аномальности перемещения более приемлемый результат получается, если брать путь переноса не вдоль изогипс, а параллельно траектории ожидаемого перемещения барического центра у поверхности Земли. Скорость переноса принимается равной ожидаемой скорости перемещения барического центра.
15.6.2.Способ расчёта давления в точках поля по барическим тенденциям
Давление принимается равным:
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
15. Прогноз синоптического положения |
|
|
|
|
|
17 |
|
|
|
− |
|
|
|
P |
|
= P + κ |
∂P |
, |
|
|
прогн |
|
∂t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
− |
|
где κ – число 3-часовых интервалов, |
укладывающихся в период ( t 0 + t прогн ), |
∂P |
– |
|||
∂t |
среднее значение барометрической тенденции вдоль пути переноса.
Этапы прогноза:
1. Строится прогностическая траектория способом обратного переноса (по двум картам – высотной прогностической и фактической),
∂P
2. Траектория разбивается на участки с примерно одинаковыми значениями ∂t на каждом участке,
∂P
3. Определяется среднее значение ∂t вдоль пути переноса воздушной частицы как алгебраическое среднее из значений, полученных для всех участков с учетом их отно-
∂P
сительной длины (т.е. с учетом вклада ∂t на каждом участке).
|
− |
|
|
− |
4. Рассчитывается κ |
∂P |
и, наконец, P |
= P + κ |
∂P . |
|
∂t |
прогн |
|
∂t |
|
|
|
|
Если ожидается, что в течение суток знак изменения давления сменится на противоположный, то определяется примерное время этого перехода. Затем находится средняя величина барометрической тенденции отдельно для промежутка времени ∆t1 ,
−
∂P
когда будет происходить, например, падение давления ( ∂t ) ∆t1 , отдельно – для про-
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
межутка времени ∆t 2 , когда будет происходить, например его рост ( |
∂P ) |
∆t |
. |
|||||
|
|
|
|
|
|
∂t |
2 |
|
|
− |
|
− |
|
|
|
||
Полученные величины ( |
∂P |
) ∆t |
, ( |
∂P |
) ∆t умножают на число 3-часовых интер- |
|||
|
|
|||||||
|
∂t 1 |
|
∂t 2 |
|
|
|
−
∂P
валов, укладывающихся в каждом промежутке времени и находят среднее ∂t по всему
интервалу времени.
15.6.3. Оформление прогностической карты
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии