- •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
8. Вычисления по картам погоды |
9 |
(способ прямого переноса).. Обе задачи могут иметь диагностический и прогностический характер.
Например, можно ответить на вопросы, откуда пришел циклон (диагностическая задача), или откуда через сутки в данный пункт придет воздушная масса со своими погодными характеристиками (прогностическая задача). При решении вопроса, где, например, через сутки будет располагаться данный циклон (прогностическая задача), можно определить, будет ли данный циклон влиять на пункт прогноза, если будет, то какая его часть, когда ожидать осадки, смену направления ветра и т.д.
При расчётах на 12 часов используются фактические карты погоды (этого часто бывает достаточно, поскольку атмосферные процессы обладают определённой инерцией, и за 12 часов существенной перестройки высотного барического поля, как правило, не происходит). При расчётах на срок более 12 часов необходимо использовать как фактическую, так и прогностическую карту, построенную на момент прогноза.
Способ обратного переноса:
Пусть необходимо определить, откуда пришла (или придет) воздушная частица в данный пункт через ∆t≤12 ч (срок прогноза).
•Обозначим на карте погоды пункт, для которого производится расчёт, т. А (рис.
8.4).
Район, откуда Н Область придет воздушная
определения
частица через 12 ч.
скорости ветра V
в пункт прогноза А
Изогипсы (направление переноса)
А
В S (путь)
Рис. 8.4. Способ обратного переноса
•В районе т. А (немного позади по потоку) определяем по карте погоды среднюю скорость ветра V в км/ч, затем рассчитываем расстояние S (путь), на которое может сме-
ститься воздушная частица (синоптический объект) за время ∆t:
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
8. Вычисления по картам погоды |
10 |
S= ∆t V .
•От точки А на карте погоды смещаемся против потока на расстояние S примерно параллельно изогипсам АТ, а на приземной карте – между изобарой и направлением ветра Начальная точка траектории укажет район, из которого через время ∆t сместится воздушная частица в пункт прогноза.
•Если срок прогноза ∆t≥12 ч., то необходимо проводить расчёты по двум картам – прогностической и фактической. Сначала рассчитываем, как указано выше, путь частицы
S1, за время ∆2t , либо за время (∆t-12ч.) по прогностической карте погоды:
S1 = ∆2t V
•По прогностической карте от т. А смещаемся на путь S1 назад по потоку. Обозначаем в конце траектории S1 т.A1. Точку A1 переносим на фактическую карту погоды, и
аналогичным образом рассчитываем путь частицы S2 за оставшееся время ∆2t , либо за 12
ч., если путь рассчитывался за время (∆t-12ч):
•От т. A1 на фактической карте погоды смещаемся против потока примерно параллельно изогипсам АТ на расстояние S2, где обозначим начало траектории точкой A2. Начальная точка траектории (A2) на фактической карте погоды укажет район, из которого через время ∆t сместится воздушная частица в пункт прогноза (конец траектории).
Способом обратного переноса можно оценить свойства воздушной массы, которая находится в данный момент в начале траектории, и через время ∆t будет определять погодные условия в пункте прогноза.
Способ прямого переноса:
Решение задачи о том, куда переместится воздушная частица из данного пункта, производится аналогично способу обратного переноса, но траектория строится не назад по потоку, а по направлению потока. При этом, если способ обратного переноса предполагает нахождение района (начала траектории), из которого придет в данный пункт (конец траектории) воздушная частица со своими свойствами, то способ прямого переноса позволяет определять район, куда сместится воздушная частица, циклон, атмосферный фронт и пр. (конец траектории) из данного района (начало траектории).
На срок ∆t≤12 ч. расчёты выполняются по одной карте погоды, на срок ∆t>12 ч. сначала используется фактическая карта АТ, затем прогностическая. Средние скорости
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
8. Вычисления по картам погоды |
11 |
переноса при этом определяются не позади точки, для которой производится расчёт, а впереди этой точки.
На практике для решения задач прямого и обратного переноса по приземной карте погоды построение траекторий производится с учётом правила ведущего потока, т.е. используются карты АТ700 или АТ500. Но на высотах скорости ветра значительно выше, чем у поверхности Земли. Правило ведущего потока учитывает эту особенность, путём введения в расчёты соответствующих коэффициентов, учитывающих зависимость скорости перемещения у поверхности Земли от скорости перемещения на высотах.
Координаты точки, для которой производится расчёт на приземной карте (это может быть пункт прогноза, приземный центр барического образования, точка на атмосферном фронте и т.д.), переносятся на карту АТ700 или АТ500 (карты уровня ведущего потока).
Затем производятся аналогичные расчёты пути и построения траекторий, но формула для пути будет иметь вид:
S = ∆t k V ,
где k – коэффициент пропорциональности (коэффициент переноса) между скоростью ветра у Земли и на высотах.
Коэффициент переноса зависит от скорости на высотах (табл. 8.1). В среднем коэффициент пропорциональности для АТ700 принимается равным 0.8, для АТ500 – 0.6.
После определения начальной точки траектории на высотной карте погоды, эту точку переносят на приземную карту и по ней оценивают свойства воздушной частицы, которая придет в данный район со своими свойствами.
Таблица 8.1 Зависимость коэффициента переноса от скорости ветра на уровнях АТ700 и АТ500
Скорость потока |
Коэффициент переноса для уровней |
|
на высотах, км/ч |
|
|
АТ700 |
АТ500 |
|
|
|
|
>=30 |
1.5 |
1.2 |
30-35 |
1.2 |
1.0 |
35-45 |
1.0 |
0.8 |
45-55 |
0.8 |
0.7 |
55-85 |
0.7 |
0.6 |
85-100 |
0.6 |
0.4 |
|
|
|
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии