- •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
7. Принципы синоптического анализа |
7 |
ных запасов кинетической энергии атмосферы. Для анализа тропосферных струйных течений используются карты АТ300 и карты максимальных ветров.
7.2. Информативность карт барической топографии
В арсенале синоптика имеется различная информация – карты, графики, диаграммы. При использовании карт барической топографии необходимо ясно представлять какой информативностью обладают карты барической топографии
•Карта АТ850 – уровень стандартной изобарической поверхности 850 мбар – этот уровень расположен около 1.5 км. Поле температуры на данной карте довольно близко к сглаженному приземному термическому полю – здесь исчезают мелкие особенности, связанные с орографией, различием термических свойств подстилающей поверхности, и выступают на первый план более крупные и важные детали поля температуры. Карта АТ850 используется для определения положения фронтальных разделов у поверхности Земли.
•Карта АТ700 используется в качестве ведущего потока – как следует из теории И.А. Кибеля, приземные барические образования, атмосферные фронты, воздушные частицы у поверхности Земли перемещаются в направлении устойчивого воздушного потока над ними на высоте 4-6 км со скоростью, пропорциональной этому потоку. Так вот нередко именно карта АТ700 используется в качестве ведущего потока.
Кроме того, изменения геопотенциала на поверхности АТ700 от срока к сроку указывают на развитие или ослабление барических образований, т.е. на динамические изменения давления.
Карта АТ700 (вместе с картой ОТ500/1000) служит основой для построения карты термобарического поля тропосферы, указывая на направление перемещения очагов тепла или
холода, что дает очень важный материал для будущего прогноза погоды.
•Карта АТ500 наглядно показывает картину барического поля средней тропосферы. Карта АТ500 отражает поле переноса (ведущий поток тропосферы). Здесь наглядно представлены и зоны динамических изменений давления – области сходимости или расходимости воздушных течений, области с увеличением или уменьшением густоты изогипс в направлении нормали к ним, изменением циклонической или антициклонической кривизны изогипс. Карта АТ500 показывает высотную фронтальную зону – зону больших барических и термических контрастов и сильных ветров, обладающую большими запасами энергии атмосферы, которая расходуется на образование и поддержание жизни циклонов и антициклонов.
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
7. Принципы синоптического анализа |
8 |
•Карта АТ300 располагается вблизи верхней границы тропосферы, показывая не только барическое поле около уровня 9 км, но и положение областей сильных ветров (струйных течений). Струйные течения помогают уточнить стадии развития барических образований (обычно циклон возникает на тёплой, антициклонической стороне струйного течения, к закату своей жизни он перемещается уже на циклоническую, холодную сторону, для антициклона – картина обратная), положения атмосферных фронтов. Карта АТ300 используется для прогноза перемещения оси струйных течений и областей максимальных ветров в тропосфере.
•Карта ОТ500/1000 служит для анализа положения высотных фронтальных зон, очагов тепла и холода в нижней половине тропосферы, анализа эволюции барических образова-
ний. Над передней частью развивающегося (углубляющегося) циклона у поверхности Земли располагается гребень тепла, в его тылу – ложбина холода, и чем сильнее контраст между ними, тем активнее будет развиваться циклон. Когда над приземным центром циклона располагается очаг холода на ОТ500/1000, условия для его развития становятся неблагоприятными, и циклон обычно заполняется.
Над передней частью развивающегося (усиливающегося) антициклона на приземной карте погоды располагается ложбина холода, в его тылу –гребень тепла, и чем сильнее контраст между ними, тем активнее будет развиваться антициклон. Когда над приземным центром антициклона располагается очаг тепла на ОТ500/1000, антициклон становится малоподвижным барическим образованием, которое разрушается.
По карте ОТ500/1000 оценивают такую метеорологическую величину, как термический ветер. С помощью последнего есть возможность оценить направление адвекции тепла или холода. Скорость термического ветра пропорциональна горизонтальному градиенту температуры, т.е. густоте изогипс.
По исследования Ж.Д. Зубяна, фронтам окклюзии на картах ОТ500/1000 соответствуют гребни тепла, однако, не всякому гребню тепла обязательно соответствует фронт окклюзии. По карте ОТ500/1000 можно с уверенностью определить фронт окклюзии, только, когда ось гребня тепла соответствует фронту окклюзии на приземной карте погоды.
7.4. Обзор синоптического положения за предыдущие сутки
Поскольку одним из основных принципов синоптического анализа является историческая последовательность, то обязательной процедурой для синоптика является обзор
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
7. Принципы синоптического анализа |
9 |
синоптического положения за предыдущие сутки. Только имея правильное представление о предшествующем развитии атмосферных процессов, о перемещении и эволюции синоптических объектов за прошедший период, можно дать правильную оценку их текущего состояния и судить о тенденции их будущего развития.
Обзор предположительно должен включать анализ основных барических образований у поверхности Земли и на высотах, определение стадии развития барического образования, анализ атмосферных фронтов и воздушных масс, содержать указания по направлению будущего перемещения и эволюцию барического образования.
Анализ основных барических образований у Земли:
•Географическое положение барического образования, давление в центре.
•Направление смещения за предыдущие сутки, скорость смещения.
•Изменение давления за прошедшие сутки.
•Горизонтальная протяженность барического образования (величина большой и малой полуоси или диаметр, в случае квазикруговых изобар). Изменение её за последние сутки).
Анализ вертикальной структуры основных барических образова-
ний:
•Контраст температуры в слое 1000-500 гПа в градусах /1000 км и в гп. дам на 1000 км относительно приземного центра барического образования (по ОТ500/1000) и сравнение с предыдущими значениями.
•Вертикальная протяженность барического образования, изменение за предыдущие сутки и наклон пространственной оси.
•Положение очагов тепла и холода, адвекция тепла или холода по ОТ500/1000 относительно приземного центра, изменения за прошедшие сутки.
•Положение нулевой изотенденции относительно центра барического образования, изменение её за прошедшие сутки, интенсивность изаллобарических очагов.
Анализ атмосферных фронтов:
•Измерить контрасты температуры воздуха в градусах на 1000 км в зонах холодного
итёплого фронтов для двух точек на каждом фронте на приземной карте, АТ850, ОТ500/1000. На приземной карте и на АТ850 контраст температуры определяют как разность темпера-
тур на концах нормали к фронту, длиной 1000 км (по 500 км откладывается в сторону тёплой и холодной воздушных масс). На ОТ500/1000 расстояние в 1000 км откладывается в сторону холодной воздушной массы. Здесь разность значений относительного геопотенциала
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
7. Принципы синоптического анализа |
10 |
на концах нормали показывает контраст температуры в гп. дам на 1000 км, а разность, делённая пополам, даст контраст температуры в градусах Цельсия (°С) на 1000 км).
•Определить интенсивность высотной фронтальной зоны на карте АТ500 в зоне фронтов в гп. дам на 1000 км, для чего провести нормаль 1000 км к изогипсам так, чтобы большая часть фронтальной зоны укладывалась на нормали. Разность геопотенциальных высот на концах нормали покажет интенсивность фронтальной зоны в гп. дам на 1000 км.
Вслучае очень широкой фронтальной зоны можно строить нормаль длиной 1500 км, или 2000 км, а затем рассчитать её интенсивность на 1000 км.
•Описать условия погоды вдоль линий атмосферных фронтов.
Воздушные массы:
Рассмотреть свойства воздушных масс, разделённых линиями атмосферных фронтов, обратить внимание на условия погоды в различных секторах барического образования. Выявить однородные воздушные массы на картах, связанные с циклонами и антициклонами. Для этого:
•Определить положение и тип тёплой или холодной воздушной массы;
•Описать условия погоды в воздушной массе;
•Оценить стратификацию воздушной массы, используя данные об облачности, видимости, явлениях погоды;
•Оценить устойчивость воздушной массы, для чего рассчитать средний вертикальный градиент температуры воздуха по слоям: Земля-850, 850-700, 700-500 гПа.
•По стратификации и распределению температуры точки росы у Земли и на высотах оценить вертикальную протяженность внутримассовой облачности.
iПо всем имеющимся данным анализа карт определить стадию барического
образования, указать возможное направление будущего перемещения и эволюцию барического образования
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии