- •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
18. Прогноз температуры и влажности воздуха у поверхности Земли |
5 |
Таблица 18.1
Альбедо подстилающих поверхностей
|
|
Подстилающая |
|
|
Альбедо |
|
Подстилающая |
|
|
Альбедо |
|
||||||||||||
|
|
поверхность |
|
|
|
|
поверхность |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Почва сухая |
|
|
|
0.17 |
|
|
|
|
Снег талый |
|
|
|
0.60 |
|
||||||||
|
Почва влажная |
|
|
|
0.11 |
|
|
|
Снег свежий |
|
|
|
0.85 |
|
|||||||||
|
Песок |
|
|
|
0.35 |
|
|
Снег загрязнённый |
|
0.45 |
|
||||||||||||
|
Растительный покров |
|
0.18 |
|
|
|
|
Вода |
|
|
|
0.22 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 18.2 |
||
|
|
|
Коэффициенты A и B при скорости ветра ≤6 м/с |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Месяц |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
5 |
|
6 |
|
7 |
8 |
|
9 |
|
10 |
|
11 |
12 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
-0.4 |
|
0.0 |
|
0.0 |
|
0.4 |
|
1.0 |
1.2 |
|
1.1 |
0.9 |
|
0.6 |
|
0.2 |
|
0.1 |
-0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
B |
|
4 |
|
7 |
|
12 |
16 |
|
18 |
|
20 |
19 |
17 |
|
13 |
|
9 |
5 |
3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. При скорости ветра более 6 м/с значения коэффициентов умножаются на коэффициент K (табл. 18.3).
Таблица 18.3
Коэффициент К для различных скоростей ветра
Скорость |
6.0 |
8.0 |
11.0 |
14.0 |
17.0 |
|
ветра, м/с |
||||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
К |
1.0 |
0.9 |
0.8 |
0.65 |
0.50 |
|
|
|
|
|
|
|
18.1.3. Суточный ход температуры воздуха
Суточный ход температуры воздуха обусловлен суточным вращением Земли и зависит, прежде всего, от баланса приходящей радиации на земной поверхности. Суточный максимум температуры достигается не одновременно с наступлением максимума приходящей радиации, поскольку воздух должен получить тепло от нагретой земной поверхности посредством теплопроводности, турбулентности и конвекции.
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
18. Прогноз температуры и влажности воздуха у поверхности Земли |
6 |
Впреобладающем большинстве случаев максимум температуры воздуха наблюдается около местного полудня, минимум – при восходе Солнца или сразу после него. На суточный ход воздействуют также ветер, облачность, турбулентность, испарение, смена воздушных масс.
Нередко простой суточный ход температуры с одним максимумом и одним минимумом в течение суток может существенно нарушаться вследствие непериодических влияний различных факторов. Поэтому в умеренных широтах суточный ход бывает очень неравномерным – иногда он становится прямо противоположным нормальному: редко, но все же случаются аномальные ситуации с наступлением максимума в утренние часы и даже перед восходом Солнца, а минимума – в местный полдень, что может быть показано на примере Владивостока (рис. 18.1, 18.2).
Впреобладающем большинстве случаев наступление максимума температуры воздуха в суточном ходе имеет место около местного полудня (76 %) Причем, в течение года изменение повторяемости данного времени наступления максимума изменяется незначительно – от 69-72 % до 80-83 %. В 17-30 % случаев наступления максимума могут быть в другое время суток.
Наступление минимума в суточном ходе срочных температур воздуха, характерное для нормального типа, т.е. около восхода Солнца, в среднем за год отмечается в 78% случаев.
Поскольку время восхода от зимы к лету изменяется, то повторяемость минимума около 18 G увеличивается от зимы (20-27 %) к лету (более 50 %), а повторяемость минимума около 00 G, наоборот, более характерна для холодного периода (40-70 %), когда время восхода Солнца приходится на более позднее время, а летом уменьшается до 10 %.
Минимум срочных температур воздуха около 12G наблюдается с вероятностью 17 %, с наибольшей повторяемостью с мая по июль. Редко, но все же имеет место минимум срочных температур воздуха около местного полудня (5 %).
Поправка на суточный ход температуры воздуха вводится в предположении её нормального хода, но с учётом облачности, поскольку облачность сглаживает обусловленные радиацией различия в нагревании, способствуя понижению максимума и повышения утреннего минимума и сказываясь на средних суточных температурах воздуха (табл. 18.4).
Поправка вводится при прогнозе на период, отличный от 24 ч. Обычно применяется графический способ представления суточного хода температуры воздуха.
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
18. Прогноз температуры и влажности воздуха у поверхности Земли |
7 |
а)
85 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P, % 75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
|
|
|
Месяц |
|
|
|
|
|
б)
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P, % 15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
|
|
|
Месяц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
|
|
3 |
|
15 |
|
|
|
Рис. 18.1. Годовой ход повторяемости типов суточного хода срочных температур воздуха во Владивостоке по времени наступления максимума (a – основной тип с максимумом в 06 G, б – дополнительные типы)
Поскольку изменения суточного хода температуры воздуха в большой степени обусловлены также и местными физико-географическими условиями, графики строят для различных пунктов для ясного, полуясного и пасмурного неба. Как правило, для построения графиков суточного хода вычисляются отклонения от среднесуточного значения температуры, либо от её значения в другой срок (рис. 18.3).
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
18. Прогноз температуры и влажности воздуха у поверхности Земли |
8 |
|||||||||||
|
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P, % |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
|
|
|
|
Месяц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
15 |
|
21 |
|
3 |
|
|
Рис. 18.2. Годовой ход повторяемости типов суточного хода срочных |
||||||||||||
температур воздуха во Владивостоке по времени наступления минимума |
Таблица 18.4 Средние суточные температуры воздуха при различном состоянии неба во Владивостоке
|
|
Температура воздуха |
|
||
|
|
|
|
|
|
Месяцы |
без учёта со- |
с учётом состояния неба |
|||
(общая облачность, баллы) |
|||||
|
стояния неба |
||||
|
|
4-8 |
|
||
|
|
0-3 |
9-10 |
||
|
|
|
-7.5 |
|
|
Декабрь |
-9.5 |
-9.8 |
-7.9 |
||
Январь |
-13.3 |
-14.1 |
-11.9 |
-10.9 |
|
Февраль |
-10.5 |
-11.5 |
-10.4 |
-8.2 |
|
Июнь |
12.9 |
15.3 |
15.4 |
12.4 |
|
Июль |
17.7 |
19.1 |
20.4 |
17.2 |
|
Август |
19.7 |
20.1 |
20.6 |
19.2 |
|
|
|
|
|
|
При наличии графика поправка на суточный ход температуры воздуха определяет-
ся как
δс.х.T = −(δT)tH + (δTК )tK ,
где:
(δT)tH , (δTК )tK – отклонения температуры воздуха, снятые с графика соответственно
для исходного (начального) момента времени и момента, на который составляется прогноз (конечного момента времени).
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии