34. Обработка карт барической топографии.

Карты абсолютной топографии (AT). При обра­ботке карт AT выполняются следующие операции (часть из них от­носится только к картам определенного уровня).

Проводят и надписывают изогипсы. Изогипсы проводят не­прерывными черными линиями через 4 гп. дам (кратные 4). В отличие от изобар, изогипсы проводят не под углом к векторам ветра, а параллельно им, поскольку ветер выше слоя приземного трения обычно направлен по касательной к изогипсе. Выявляют и обозначают буквами центры высотных циклонов (Н) и антициклонов (В). Для более точного выявления положе­ния центра в необходимых случаях можно проводить промежуточ­ные изогипсы (более тонкими линиями). Проводят (без надписей) изотермы красными линиями через 2° С (кратные 2). Центр области тепла обозначают буквой Т (красным), центр области холода — буквой X (синим). Линии фронтов проводят только на картах АТ₈₅₀, так как на картах более высоких уровней зоны пересечения фронтальных по­верхностей с изобарическими более размыты. Проводят только те линии фронтов, которые обнаруживаются по признакам карты AT₈₅₀, т. е. не производится механическое пере­несение линий фронтов с приземной карты на карту АТ_8б0. Однако согласование положения линий фронтов на обеих картах обязательно. Основным признаком фронта на карте АТ₈₅₀ является резкое различие температур по обе стороны фронта.

При этом температура на картах AT, или изобарическая температура, обладает свойствами потенциальной температуры, т. е. является более устойчивой, или, как говорят, консервативной, характеристикой воздушной массы, чем обычная температура. При этом температура на картах AT, или изобарическая температура, обладает свойствами потенциальной температуры, т. е. является более устойчивой, или, как говорят, консервативной, характеристикой воздушной массы, чем обычная температура. Для случайной изобарической поверхности p=const можно переписать как Ѳ_p=k_pT_p , где k множитель имеющий постоянное значение для данной изобарической поверхности ( таблица 3.3); T_p - температура на изобарической поверхности, или изобарическая температура.

Коэффициенты перехода от изобарической температуры к потенциальной на стандартных изобарических поверхностях

Р, мбар	1000	850	700	500	300	200	100	50	10
kp	1,000	1,048	1,108	1,221	1,414	1,590	1,941	2,370	3,767

На карте АТ₇₀₀ проводят и надписывают изаллогипсы, т. е. ли­нии равных изменений геопотенциальных высот поверхности 700 мбар за последние 12 или 24 часа. Изаллогипсы проводят через 4 гп. дам прерывистыми черными линиями без нажима. При обозначении ложбин или гребней штрих ставят в направле­нии оси от центра циклона или антициклона соответственно, а при обозначении волнового возмущения штрихи ставят параллельно на­правлению перемещения возмущения.

Карты относительной топографии (ОТ). Обычно обрабатывается только карта ОТ⁵⁰⁰₁₀₀; при ее обработке вы­полняются следующие операции.

Проводят и надписывают изогипсы черным карандашом через 4 гп. Дам (кратные 4)

Области замкнутых изогипс с наименьшими значениями Н⁵⁰⁰₁₀₀₀ в центре называются областями холода, и в их центрах черным ка­рандашом надписывают: «холод». Аналогично в центрах областей тепла. При проведении изогипс на картах ОТ учитывается термический ветер. Проводятся и надписываются изаллотермы, точнее — изаллогипсы относительных высот = const, характеризующие измене­ния H⁵⁰⁰₁₀₀₀ за последние 12 или 24 часа. Изаллотермы проводят прерывистыми черными линиями, без на­жима, через 4 гп. дам, т. е. через 2° С.В центрах областей повышения температуры ставится буква Т с индексом, указывающим на максимальное повышение средней тем­пературы слоя (в гп. дам). В центрах областей понижения темпера­туры ставится буква X с индексом.

Переносят (копируют) линии фронтов с приземной карты по­годы. Проверяют все надписи, карта подписывается синоптиком. Если составляются карты ОТ⁷⁰⁰₁₀₀₀, ОТ³⁰⁰₁₀₀₀ и т. д., то их анализ производится аналогично анализу карты OT⁵⁰⁰_1000.

Карты термобарического поля (ТБ). Если на одни бланк карты нанести нзогипсы карты АТ₇₀₀ и нзогипсы карты OT⁵⁰⁰₁₀₀₀), то полученную карту называют картой термобарического поля тропосферы или, точнее, нижней половины тропосферы. Поскольку изогипсы карты ОТ⁵⁰⁰₁₀₀₀ характеризуют распределение средней температуры нижнего пяти километрового слоя, а изогипсы карты АТ₇₀₀ характеризуют не только барическое поле, но и направ­ления перемещения воздуха примерно в средней части этого слоя, то в целом карта термобарического поля удобна для определения пере­носов тепла и холода, т. е. адвекции тепла или холода в рассматри­ваемом слое. На карте термобарического поля изогипсы ОТ (изотермы) про­водят красным изогипсы AT — черным.

35.Геопотенциал. Барометрическая формула и барометрическая ступень Геопотенциал.Положение любой точки в атмосфере можно задать её высотой над уровнем моря. Для этой же цели можно воспользоваться потенциалом силы тяжести (или геопотенциалом). Геопотенциал (Φ) в данной точке на высоте Z представляет собой работу, которая затрачивается на преодоление силы тяжести при перемещении единицы массы от центра Земли до заданного уровня. Для удобства геопотенциал на уровне моря принимается равным нулю Различают абсолютный геопотенциал (отсчитываемый от уровня моря) и относительный (отсчитываемый не от уровня моря, а от нижележащей изобарической поверхности). На бесконечно малом отрезке dz, вдоль которого ускорение силы тяжести g можно считать постоянным, эта работа при перемещении единицы массы равна dΦ=g dz, а на конечном пути от уровня моря до Z для абсолютного геопотенциала: Φ = ∫^z ₀ g dz, а для относительного геопотенциала для слоя от Z₁ до Z₂: Φ₂-Φ₁= ∫Z₂Z₁dz g. Считая g=сonst (что практически можно принять до высоты 20 км в атмосфере), Φ=gZ – для абсолютного геопотенциала, или Φ₂-Φ₁=g(Z₁-Z₂)=g δZ – для относительного геопотенциала. В метеорологии для практического использования вводится величина: δH=(Φ2−Φ1 )/9,8. таким образом δH≈δZ или в случае Z=0, H≈Z, где Н – высота в геопотенциальных метрах. Геопотенциальный метр является практической единицей геопотенциала и определяется при δZ=1 м: [гп.м]=[м²с^-2]. До высоты 20 км можно принять, что геопотенциальный метр численно равен высоте данного уровня в геометрических метрах, но следует помнить, что размерность геопотенциального метра является размерностью работы.

Барометрическая формула геопотенциала Из основного уравнения статики dp=-ρg dz (при условии того, что атмосфера находится в состоянии покоя) путём замены dΦ=g dz, и плотности из уравнения состояния газов ρ=P/RTw, где T_w – виртуальная температура воздуха, определяемая соотношением T_w=(1+0.0006q)T, и позволяющая учесть роль водяного пара, содержащегося в воздухе, получим dΦ=-RT_w dP/p=-RT_wdlnp. Интегрируя в слое от P₁ до P₂: Φ ₂-Φ₁=∫^p2_P1 -RT _wdlnp

Это выражение называется барометрической формулой геопотенциала и устанавливает связь относительного геопотенциала с температурой слоя воздуха, заключенного между изобарическими поверхностями P₁ до P₂. Поскольку различия между T и T_w обычно не превышают десятых долей градуса, можно принять T_w=T_m, где T_m – среднее значение температуры воздуха для слоя от P₁ до P₂. Учитывая также, что H₂-H₁= (Φ2−Φ1 )/9,8− и переходя к десятичным логарифмам: ln p₁/p₂=2.3lg p₁ /p₂, получим рабочую барометрическую формулу: H₂-H₁=6.74T_m lg (в геопотенциальных декаметрах), где H₁, H₂ – высоты изобарических поверхностей P₁ и P₂.

Для заданных изобарических поверхностей P₁ и P₂: H₂-H₁=H² ₁= k_1,2 T_m.

В частности, при P₁=1000 гПа и P₂=500 гПа: H₅₀₀-H_1000≈2 T_m. Таким образом, чем выше средняя температура слоя между изобарическими поверхностями, тем больше толщина данного слоя.

Барометри́ческая ступе́нь (бари́ческая ступе́нь) — величина, определяющая изменение высоты в зависимости от изменения атмосферного давления. Применяется при барометрическом нивелировании и при пересчёте показаний статоскопа в разность высот. Зависит от давления и температуры воздуха. Наглядный смысл барометрической ступени — высота, на которую надо подняться, чтобы давление понизилось на 1 гПа.

Для вычисления геопотенциальных высот (H_p) заданной изобарической поверхности(p=const) над уровнем моря используется соотношение: H_p=H₁₀₀₀ +H^p₁₀₀₀ ,где H₁₀₀₀ – высота стандартной поверхности 1000 гПа над уровнем моря: H₁₀₀₀ =h(p_o-1000), h – величина барометрической ступени. Например, высота поверхности 500 гПа находится как: H₅₀₀=H₁₀₀₀ +H⁵⁰⁰ ₁₀₀₀.

Барометрическая ступень h зависит от температуры и давления и определяется из выражения: dp=-ρg dz, как -dpdz=g1ρ или с учетом уравнения состояния газов: -dpdz=PgRT.

Барометрическая ступень показывает, на сколько метров в атмосфере необходимо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1гПа. В холодной и более плотной воздушной массе барометрическая ступень меньше, чем в тёплой, следовательно, в холодной воздушной массе давление с высотой понижается быстрее. Таким образом, в холодном воздухе высота данной изобарической поверхности будет ниже, чем в тёплой. В холодной воздушной массе толщина слоя, заключённого между двумя изобарическими поверхностями, меньше, чем в тёплой. Для приближённых вычислений принимается: h=0.9 при температуре воздуха выше 15 °С, h=0.8 при температуре воздуха от -15 °С до 15 °С, h=0.7 при температуре воздуха ниже -15 °С.