- •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 |
1 |
5.АЭРОЛОГИЧЕСКИЕ ДИАГРАММЫ И ВЕРТИКАЛЬНЫЕ РАЗРЕЗЫ АТМОСФЕРЫ
Для анализа атмосферных процессов и прогноза погоды широко используются аэрологические диаграммы и вертикальные разрезы атмосферы. Аэрологические диаграммы предназначены для наглядного представления хода метеорологических элементов с высотой.
В Росгидромете применяются три вида аэрологических диаграмм, одна из которых построена в прямоугольной системе координат (Ф.АДП), а две других – в косоугольной (Ф.АКДТ – для тёплого периода и Ф.АКДХ – для холодного). В отличие от АДП, изотермы на АКДХ и АКДТ наклонены к изобарам под углом 50 °.
Вертикальные разрезы предназначаются для наглядного представления пространственной структуры атмосферы. Различают два типа вертикальных разрезов: пространственные, строящиеся по результатам визуальных наблюдений и инструментальных измерений в один и тот же момент времени в нескольких пунктах (по заданному направлению); временные, составляемые по данным наблюдений в последовательные сроки для одного пункта.
5.1. Аэрологические диаграммы
5.1.1. Аэрологическая диаграмма с косоугольной системой координат
Аэрологическая диаграмма ( АД) представляет собой семейство линий:
•Изотермы – прямые линии (обычно, коричневые), наклонённые влево, шкала изотерм расположена на нижнем обрезе АД.
•Изобары – горизонтальные линии (обычно, коричневые), проведённые через 10 гПа. Формы АКДТ и АКДХ позволяют отражать результаты зондирования в слое от 1050 до 100 гПа, форма АДП – от 1050 до 10 гПа. Шкала давления расположена на правом обрезе диаграммы.
•Сухие и влажные адиабаты – кривые состояния, показывающие адиабатические изменения состояния вертикально смещающейся воздушной частицы.
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
5. Аэрологические диаграммы и вертикальные разрезы атмосферы |
2 |
aСухие адиабаты – прямые линии (обычно, коричневые), наклонённые влево. Показывают адиабатическое изменение температуры частицы сухого или влажного ненасыщенного воздуха при его опускании или подъёме1.
•Влажные адиабаты – штриховые линии (обычно, зелёные). Показывают адиабатическое изменение температуры частицы влажного воздуха при его опускании или подъёме.
•Изограммы – прямые линии (обычно, зелёные), наклонённые вправо. Обозначения даны выше изобары 650 гПа.
•На диаграмме представлены шкалы виртуальных поправок температуры воздуха (в виде точек зелёного цвета на уровнях 900, 720 и 520 гПа), шкала расстояний между основными стандартными изобарическими поверхностями (в виде коричневых штрихов нанесена на шести уровнях 925, 775, 600, 400, 250 и 150 гПа), шкала энергии неустойчивости представлена на АД справа (цифры у делений этой шкалы указывают величину энергии неустойчивости в Дж/см2 при подъёме массы в 1 кГ на соответствующую высоту), шкала высот стандартной атмосферы (СА) дана на АД слева (представляет собой распределение температуры воздуха в зависимости от давления).
•Сухие адиабаты на аэрологической диаграмме являются также линиями равной
потенциальной температуры (θ), значения которой нанесены вдоль изотермы -30 °С на АКДТ и –60 °С для АКДХ.
•Влажные адиабаты на аэрологической диаграмме являются также линиями равной
псевдопотенциальной температуры (θр), значения которой нанесены в градусах Кельвина вдоль верхних концов влажных адиабат.
5.1.2. Построение аэрологической диаграммы
На бланк АД наносятся данные температурно-ветрового зондирования атмосферы и авиационной разведки погоды над пунктом зондирования.
После нанесения данных для имеющихся в телеграммах уровней атмосферы, производится построение кривых стратификации, точек росы (депеграмма) и состояния.
•Кривая стратификации показывает распределение температуры воздуха с высотой над пунктом зондирования атмосферы. Строится по данным температуры и давления воздуха от первой точки подъёма (уровня Земли). Все точки последовательно соединяют
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
5. Аэрологические диаграммы и вертикальные разрезы атмосферы |
3 |
ломаной линией красного цвета. На АД обычно строят также кривую стратификации за предыдущие сутки, либо для одного из прошедших сроков красной ломаной пунктирной линией. Так производится оценка повышения или понижения температуры воздуха за сутки по отдельным слоям в атмосфере.
Стратификация может быть устойчивая, неустойчивая и безразличная по отношению к сухому (и ненасыщенному) или насыщенному воздуху. Под устойчивостью стратификации подразумевается способность атмосферы к поддержанию или затуханию вертикальных смещений воздуха. Устойчивость атмосферы характеризуется вертикальными градиентами температуры. При устойчивой стратификации атмосферы, если воздух сухой или ненасыщенный, вертикальный температурный градиент меньше сухоадиабатического, а при насыщении – меньше влажноадиабатического. При неустойчивой стратификации атмосферы, если воздух сухой или ненасыщенный, вертикальный температурный градиент больше сухоадиабатического, при насыщении – больше влажноадиабатического (при данных температуре и давлении воздуха). Неустойчивая стратификация атмосферы благоприятствует развитию и поддержанию конвекции в атмосфере.
•Кривая точек росы (депеграмма) показывает распределение температуры точки росы с высотой над пунктом зондирования атмосферы. Строится аналогично кривой стратификации, по данным температуры точки росы и давления воздуха от первой точки подъёма (уровня Земли). Все точки последовательно соединяют ломаной пунктирной линией чёрного цвета.
Расстояние между кривой стратификации и депеграммой показывает дефицит точки росы ∆=Т-Тd.
При построении кривых стратификации и точек росы используются данные стандартных изобарических поверхностей и особых точек в атмосфере.
•Уровень конденсации – уровень, до которого нужно подняться, чтобы содержащийся в воздухе водяной пар при адиабатическом подъёме достиг состояния насыщения (или 100% относительной влажности). Для определения уровня конденсации от начала зондирования от значения температуры воздуха перемещаются по сухой адиабате, от значения точки росы – по изограмме, уровень их пересечения является уровнем конденсации.
•Кривая состояния характеризует изменения температуры воздуха в адиабатически поднимающейся частице воздуха. Обычно воздух содержит то или иное количество водяного
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
5. Аэрологические диаграммы и вертикальные разрезы атмосферы |
4 |
пара. При адиабатическом подъёме воздушной частицы изменения температуры до уровня конденсации, где воздух достигает состояния насыщения, происходят по сухоадиабатическому закону, выше – по влажноадиабатическому.
Таким образом, до уровня конденсации кривая состояния проводится по сухой адиабате, выше уровня конденсации – по влажной адиабате (тонкой линией чёрного цвета).
При наличии инверсии или изотермии в нижнем слое атмосферы построение кривой состояния следует начинать не от Земли, а от верхней границы задерживающего слоя.
Оценка взаимного положения кривых стратификации и состояния позволяет сделать ряд важных выводов, в том числе, о запасах положительной энергии неустойчивости2, обусловливающей развитие конвекции и выпадение интенсивных ливневых осадков.
На АД наносятся также данные визуальных наблюдений, полученные при авиационной разведке, если она производилась на удалении не более 100-150 км от пункта зондирования, а временной интервал между радиозондированием и разведкой погоды не превышал ±3ч.
5.1.3. Анализ аэрологической диаграммы
Анализ аэрологической диаграммы включает следующие операции:
•Выделение площади положительной и отрицательной энергии неустойчивости (ЭН)
производится путём закрашивания соответствующих слоев синим (отрицательная ЭН) или красным (положительная ЭН).
•Выделение границ облачных слоев волнистой линией (по верхней и нижней границам облачности). Облачный слой заштриховывают наклонными линиями синего цвета, в середине слоя проставляют форму облаков и толщину облачного слоя в метрах.
•Выделение зон осадков вертикальными зелёными штрихами, проведёнными от нижней границы облачности до поверхности Земли. Внутри зоны проставляется вид осадков (символами синоптического кода КН-01) зелёным цветом.
•Обозначение слоев обледенения и болтанки соответствующими условными знаками красного цвета (ψ, /\ ) с указанием интенсивности показателем степени «ψ0» – слабое явление, «ψ2» – сильное явление, “ψ”– умеренное явление. Знаки проставляют в середине слоя, вверх и вниз от знака обледенения проводятся стрелки, указывающие толщину слоя, слои болтанки отмечают волнистой вертикальной линией справа от кривой стратификации.
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии