Синоптический метод изучения погоды.

Исследования по экономике морского транспорта убедительно показали, что затрата времени на переход в большой степени зависит от правильности учета гидрометеорологической обстановки во время плавания. Поэтому знание фактической гидрометеорологической обстановки (синоптических процессов) на трассе перехода и прогноз ее изменения во время плавания совершенно необходимы.

Синоптический метод — метод анализа и прогноза атмосферных процессов и условий погоды — требует быстрого получения метеорологической информации с большой территории, поэтому во всех странах земного шара значительное внимание уделяется сбору и распространению информации в пределах страны, региона, полушария.

В любой стране мира существуют специальные государственные организации — метеорологические службы,— располагающие сетью станций и научных метеорологических учреждений. В Советском Союзе руководство метеорологической службой осуществляет Государственный комитет СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды (Госкомгидромет). В систему Госком-гидромета, кроме сети станций, входят научные институты, гидрометеорологические обсерватории, различные органы службы погоды и др.

Согласование работы национальных метеорологических служб выполняет Всемирная метеорологическая организация (ВМО)— специализированная организация при ООН. Осуществляется международный обмен информацией. Создана Всемирная служба погоды (ВСП). ВСП располагает тремя мировыми метеорологическими центрами, находящимися в Москве, Вашингтоне и Мельбурне, и 25 региональными центрами. Гидрометеорологический центр РФ (Гидрометцентр РФ) является одним из трех мировых метеорологических центров.

Синоптические процессы - это возникновение, перемещение и изменение свойств (трансформация) синоптических объектов. Синоптические процессы изучаемые с помощью карт погоды, являются причиной той или иной погоды на больших географических пространствах.

Совокупность взаимно связанных синоптических объектов над некоторым районом Земного шара, определяющая здесь погоду, есть синоптическое положение.

Синоптический прогноз - это прогноз синоптического положения и условий погоды с помощью синоптического метода.

По сути прогноз погоды структурно состоит из 2-х частей. Первая - это прогноз синоптического положения, и вторая - это на его основе прогноз собственно условий погоды, которые определяются данным синоптическим положением.

Что понимается под "синоптическими объектами"? Это воздушные массы, атмосферные фронты, циклоны, антициклоны, барические и термические ложбины и гребни, очаги тепла и холода, струйные течения, высотные фронтальные зоны и т.д.

Дадим еще раз определения основных синоптических объектов.

1. Воздушные массы - относительно однородные по условиям погоды массы воздуха в тропосфере, соизмеримые по площади с материками и океанами, перемещающиеся в системе Общей циркуляции атмосферы (т.е. в системе макромасштабных воздушных течений над Земным шаром). Общность свойств воздушных масс определяется их формированием в определенном очаге - над однородной подстилающей поверхностью и в однородных радиационных условиях. При формировании воздушной массы должны осуществляться такие циркуляционные условия, которые способствуют ее стационированию в данном очаге. При выходе из очага воздушная масса, перемещаясь, изменяет свои свойства (трансформируется), но при этом внутри воздушной массы сохраняется непрерывность в изменении температуры и другие свойства в горизонтальном направлении.

2. Атмосферные фронты. Это наиболее сложный синоптический объект. Если представить себе встречу двух воздушных масс, обладающих различными свойствами (например, одна из них является теплой, другая - холодной), то ясно, что место их встречи - это во-первых, поверхность синоптического масштаба, довольно узкая по толщине (по сравнению с масштабом воздушных масс, которые она разделяет) с очень сложным ходом метеорологических величин внутри этой поверхности.

Итак, фронтальная поверхность - это переходная зона в трехмерном пространстве между двумя воздушными массами, обладающими различными свойствами.

Если пересечь эту поверхность на нескольких уровнях, представленных картами погоды этих уровней, то получим проекцию фронтальной поверхности на данную карту. Эти переходные зоны на плоскости получили название атмосферных фронтов. В приземном слое ширина АФ не более 100 км, на высоте 5 км - около 1000 км. Длина АФ - несколько тысяч км. Обычно соседние АФ (их называют фронтальными зонами) переходят одна в другую, образуя единую ПВФЗ. Наиболее отчетливо ФЗ прослеживаются на высотных картах. Атмосферные фронты характеризуются резким (скачкообразным) изменением метеорологических величин. Фронты могут быть резко выраженными (в случае большого различия свойств воздушных масс), либо размытыми (свойства различаются слабо).

Давление по обе стороны АФ одинаково, но градиенты давления, как и другие метеорологические величины, испытывают разрыв. Непрерывность давления накладывает отпечаток на пространственную ориентацию Фронтальной поверхности. Фронтальные поверхности располагаются под углом к линии горизонта, причем более холодный воздух подтекает клином под более теплый, который располагается над ним. Протяженность фронтальной поверхности по вертикали ограничивается, как правило, вертикальной протяженностью тропосферы, т.е. около 10 км. А горизонтальная протяженность - это тысячи км, следовательно, наклон фронта очень мал.

Различают холодные, теплые фронты, фронты окклюзии - по типу воздушной массы, которая смещается в данный район вместе с фронтом: например, после прохождения теплого фронта в данный район приходит теплая воздушная масса. Следовательно, теплый фронт движется в сторону холодной воздушной массы, холодный - в сторону теплой. Фронты окклюзии образуются в результате слияния теплого и холодного АФ. Эти фронты также могут быть либо теплыми, либо холодными.

Каждому атмосферному фронту присуща своя система облаков, осадков, барических тенденций по обе стороны фронта, ветра, явлений погоды. Выявление АФ на картах погоды - наиболее сложная операция синоптического анализа.

3. Циклоны - атмосферные вихри с замкнутыми изобарами, кратными 5 гПа, с пониженным давлением, минимальным в центре, и вращением воздуха против часовой стрелки в северном полушарии (по часовой - в южном).

4. Антициклоны - атмосферные вихри с замкнутыми изобарами, кратными 5 гПа, с повышенным давлением, максимальным в центре, и вращением воздуха по часовой стрелки в северном полушарии (против часовой - в южном).

5. Барическая ложбина - система изобар, обычно на периферии циклона, направленная выпуклостью в сторону высокого давления.

6. Барический гребень - система изобар, обычно на периферии антициклона, направленная выпуклостью в сторону низкого давления.

Барические ложбины и гребни имеют горизонтальные оси, являющиеся для ложбины линией сходимости воздушных течений, для гребня - расходимости.

Сходимость воздушных течений к оси барической ложбины приводит к развитию восходящих движений воздуха и образованию облачности и осадков.

Расходимость воздушных течений на оси барического гребня вызывает нисходящие движения и размывание облачности. Ось барической ложбины является удобным местом для встречи воздушных масс различных свойств, т.е. для образования и обострения атмосферных фронтов.

7. Струйное течение - перенос воздуха в виде узкого течения с большими скоростями в верхней тропосфере и нижней стратосфере. Длина СТ - тысячи км, ширина - сотни км, вертикальная мощность - несколько км. Струйное течение имеет ось, где наблюдаются максимальные скорости ветра. Условно за нижний предел скорости для струйного течения принята скорость 30 м/с, на оси струи скорости могут превышать 50-100 м/с. Струйные течения были открыты сравнительно недавно - в 1945 г., при выполнении полетов в верхней тропосфере и стратосфере американскими ВВС в районе Японии.

Сдвиг ветра по вертикали в области струйного течения - около 5-10 м/с на 1 км по вертикали, и 10 м/с на 100 км по горизонтали. Зоны струйных течений - это зоны огромных запасов кинетической энергии атмосферы.

Для учета гидрометеорологических условий при прокладке курса используются гидрометеорологические карты (приземные и высотные карты погоды, карты волнения, распределения льда и поверхностной температуры воды), последние данные о погоде, состоянии моря и прогноз их изменения.

Ознакомившись с фактическими и прогностическими гидрометеорологическими картами, судоводитель должен ясно представить те основные факторы, которые определяют условия погоды и состояние моря на маршруте плавания. При этом необходимо установить:

1) в каких барических системах (циклоне, антициклоне и т. д.) будет проходить плавание и какие условия погоды им соответствуют;

2) какие атмосферные фронты придется пересекать и каковы условия погоды на этих фронтах;

3) какие воздушные массы будут располагаться на маршруте плавания и какие условия погоды в них наблюдаются;

4) каковы состояние моря (волнение, течения), ледовые условия и видимость (туманы) на маршруте плавания (на это необходимо обратить особое внимание).

Исследование синоптических процессов и условий погоды с помощью синоптических карт и вспомогательных средств - синоптический анализ. Метод анализа и прогноза синоптических процессов и условий погоды с помощью синоптических карт - синоптический метод. Таким образом, синоптическая метеорология - учение об атмосферных процессах синоптического масштаба и предсказании погоды на основе их исследования.

Основными принципами синоптического анализа являются: комплексность анализа, трехмерность анализа, историческая последовательность анализа. Важнейшее достоинство синоптического метода - наглядность и оперативность.

К недостаткам относятся - дискретность метеорологической информации во времени и пространстве (по вертикали и горизонтали). Здесь подразумевается отсутствие информации между станциями, в труднодоступных районах (нельзя забывать, что 3/4 Земли занимают океаны и моря).

Кроме этого, отсутствует информация между стандартными поверхностями атмосферы. При этом опускаются многие важные явления погоды. Далее, сложность сбора и обработки информации приводит к некоторой задержке анализа. Конечно, существуют различные методы, позволяющие полностью или частично устранить эти недостатки (интерполяция, экстраполяция, использование асиноптической информации - радиолокационной, спутниковой информации и т.д.)

Для оперативного прогноза погоды на сутки для пункта или небольшого района необходимы данные с территории, радиусом не менее 1000 км, на 2 суток - 20000 км и т.д.

Погодой называют состояние атмосферы над некоторым участком земной поверхности в данный момент, характеризуемое совокупностью значений метеорологических элементов, а также последовательную смену состояний атмосферы за определенный отрезок времени. Таким образом, погода - это конкретное состояние атмосферы, имеющее “адрес” и “дату”, т.е., указание места и времени, где и когда оно наблюдалось. В отличие от погоды климат данного места характеризуется типичными, ха рактерными для данного места состояния атмосферы, независимо от особенностей атмосферных условий в отдельные годы. Поэтому нельзя говорить о климатических условиях данного года, прошедшей зимы и т. п., но можно говорить об условиях погоды в этом или ином сезоне или году.

Погода и ее непрерывные, иногда очень резкие изменения существенно влияют на жизнь человека и его деятельность. Поэтому и практике, говоря о погоде, имеют в виду и ее влияние на деятельность человека. Отсюда введение таких понятий, как “авиапогода”, т. е. совокупность метеорологических элементов и явлений, влияющих на деятельность авиации.

Изменения погоды и данном месте в предстоящие 1-2 суток определяются перемещением весьма обширных областей теплых и холодных воздушных масс с разделяющими их атмосферными фронтами, зонами осадков, сильных ветров и пр., а также изменениями этих объектов и возникновением новых. Скорости перемещения в среднем составляют около 40 км/час, а иногда достигают 80—90 км/час. Это значит, что через 24 часа в данное место могут прийти явления погоды, которые в это же время наблюдаются на расстоянии 1000 -2000 км. Следовательно, составляя прогноз погоды для данного пункта, хотя бы только на 24. часа, необходимо “видеть” состояние атмосферы в радиусе до 2000 км от этого пункта и знать, как оно изменится за время прогноза. Поэтому основной метод синоптической метеорологии — сопоставление результатов одновременных наблюдений обширной сети метеорологических станций. Результаты наблюдений в виде цифр и условных знаков наносят на географическую карту, после чего на ней выделяют области осадков, туманов, гроз и т. п., проводят изобары, фронты и пр. Такие карты называются синоптическими от греческого слова “синоптикос” (одновременно рассматривающий, сопоставляющий), а науку, изучающую атмосферные процессы с помощью этих карт, — синоптической метеорологией.

Синоптический анализ предусматривает исследование погоды и погодообразующих атмосферных процессов над большой территорией с помощью синоптических карт и вспомогательных материалов. При этом руководствуются следующими основными приемами и принципами: сопоставления, показательности, физической логики, исторической последовательности и трехмерности.

Основным приемом синоптического анализа является прием сопоставления. Он заключается в сравнении значений одних и тех же или различных метеорологических величин, полученных по данным наблюдений на нескольких станциях или на одной станции в последовательные моменты времени. Сопоставляя положение и интенсивность барических образований и атмосферных фронтов на картах погоды за различные сроки, устанавливают направление и скорость их перемещения, а также оценивают тенденции в их эволюции.

Принцип показательности (репрезентативности) состоит в том, что данные наблюдений станции должны отражать характерные признаки рассматриваемого процесса, занимающего достаточно большой район.

Принцип физической логики вытекает из взаимодействия различных атмосферных процессов между собой и с подстилающей поверхностью, которое подчиняется определенным законам физики атмосферы. Поэтому если в результате анализа атмосферных процессов и условий погоды выявляются признаки, находящиеся в противоречии с основными законами физики атмосферы, их следует считать физически нелогичными и во внимание не принимать или, по крайней мере, ставить под сомнение целесообразность их учета.

Принцип исторической последовательности определяется непрерывностью (в течение определенного периода — от нескольких - часов до нескольких суток) и последовательностью в развитии и эволюции атмосферных процессов, т. е. текущий процесс и присущие ему условия погоды являются следствием предыдущего развития атмосферных процессов. Поэтому анализ текущих карт погоды необходимо проводить с учетом карт погоды за предыдущие сроки.

Принцип трехмерности вытекает из пространственной структуры синоптических объектов (циклонов, антициклонов, атмосферных фронтов) и зависимости условий погоды от процессов, протекающих во всей толще тропосферы и нижней стратосфере. Поэтому для анализа атмосферных процессов, текущих и ожидаемых условий погоды, кроме приземных карт погоды, привлекаются карты барической топографии, аэрологические диаграммы и вертикальные разрезы.

Синоптический метод имеет глубокую физическую сущность, так как атмосферные процессы и условия погоды, которые находят отражение на синоптических картах, являются отражением объективных физических процессов в атмосфере.

Метеорологическая информация и ее источники. Различные показатели (характеристики) погоды, получаемые с помощью непосредственных наблюдений или измерений, принято называть метеорологической информацией. Метеорологическая информация может быть первичной — сведения о погоде в целом или об отдельных метеорологических величинах (явлениях) у поверхности Земли и на высотах как результат одновременных измерений (наблюдений) и вторичной — сводки метеорологических наблюдений, синоптические карты, аэрологические диаграммы, вертикальные разрезы атмосферы и т. п. Информация может быть регулярной—поступает систематически в установленные сроки и нерегулярной — поступает эпизодически.

Основными источниками метеорологической информации являются:

— наземная сеть метеорологических и аэрологических станций (федеральная, ведомственная);

— сеть станций, включенная в международный обмен, т. е. международная синоптическая сеть;

— сеть автоматических станций;

— сеть специальных радиолокационных метеорологических станций и радиотехнических средств, привлекаемых к получению метеорологической информации;

— метеорологические космические системы (МКС);

— системы уравновешенных шаров-зондов.

Каждый из указанных источников информации не является универсальным, а дополняет друг друга.

Метеорологическая информация, получаемая с наземной метеорологической и аэрологической сети, служит основой для составления всех видов прогнозов погоды, включая прогнозы, разрабатываемые гидродинамическими методами с применением электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Положительным качеством этой информации является ее надежность (измерение метеорологических величин с большой точностью), а недостатком—ее дискретность в пространстве и во времени.

Радиолокационная метеорологическая информация дополняет информацию наземных станций данными об облачности, ливнях и грозах, их местоположении, интенсивности, направлении и скорости перемещения.

Метеорологическая информация, получаемая с помощью МКС, позволяет исследовать явления, которые ранее изучались недостаточно надежно вследствие дискретности данных наземной сети станций. У этой информации много преимуществ по сравнению с другими видами, так как для нее характерны глобальность, пространственная непрерывность, быстрота и синхронность Освещения больших площадей и получения данных практически в любой точке земного шара.

С помощью - уравновешенных шаров-зондов можно осуществлять горизонтальное и вертикальное зондирование атмосферы (только в пределах высоты и трассы полета).

Метеорологические коды. Для передачи результатов метеорологических и аэрологических наблюдений метеорологическая информация кодируется в виде сводок и телеграмм. Закодированные телеграммы состоят обычно из пятизначных цифровых групп. Каждой метеорологической величине или явлению в группе отведено постоянное место, порядок групп в телеграмме строго определен.

Смысловые значения чисел, применяемых для кодирования каждой метеорологической величины и явления, расшифровываются с помощью таблиц и пояснений, содержащихся в соответствующих кодах.

1. Код для передачи данных гидрометеорологических наблюдений с наземных и морских станций, КН-01 (международная форма FM 12-VII SINOP и FM 13-VII SHIP).

В этом коде для удобства машинной обработки информации группы, подлежащие глобальному, региональному и национальному обменам, объединены в разделы со специальными опознавательными цифрами. Кроме того, для повышения точности передаваемых данных в коде предусмотрена возможность передачи дополнительных цифр для температуры воздуха, точки росы, давления, барической тенденции, количества осадков, сведения о прошедшей погоде, высоты снежного покрова; введены новые таблицы для кодирования состояния поверхности почвы, уточнены таблицы для кодирования облаков. Разделы кода 0, 1, 2 полностью соответствуют международной кодовой форме FM 12-VII и FM 13-VII, разделы 3, 4 и 5 являются национальным вариантом этой кодовой формы.

Значения буквенных и цифровых символов в разделах кода КН-01 следующие.

РАЗДЕЛ 0

M_jM_jM_jM_j – буквенный опознаватель кода. Для информации, передаваемой со станций, расположенных на суше M_jM_jM_jM_j =AAXX

При передаче судовых данных:

D....D – позывной сигнал радиостанции судна.

A₁b_wn_bn_bn_b: A₁– номер региональной ассоциации ВМО, где размещен буй, b_w – номер морского района, где размещен буй, n_bn_bn_b – тип и номер буя.

Для станций любого типа:

YYGGi_w: YY – число месяца по среднему гринвичскому времени (СГВ), GG – срок наблюдения по СГВ, i_w – указатель единиц скорости ветра и способа ее определения

Для сухопутных станций:

Iiiii: II– номер района, в котором расположена сухопутная станция, iii – номер станции в пределах которого расположена сухопутная станция. Группа является обязательной для передачи со станций.

При передаче судовых данных:

99L_aL_aL_a: 99 – отличительные цифры, L_aL_aL_a – географическая широта местоположения судна.

Q_cL_oL_oL_oL_o: Q_c – квадрант земного шара, где находится судно, L_oL_oL_oL_o – географическая долгота местоположения судна.

РАЗДЕЛ 1 (для станций любого типа)

i_Ri_x hVV: i_Ri_x – указатели места включения группы осадков – i_R и типа ГМС и включения группы 7wwW₁W₂ – i_R; h – высота основания облаков С_L или С_M над уровнем моря, VV – видимость. Группа передается обязательно, если далее следует хотя бы одна группа раздела 1. В случае отсутствия данных о h и VV группа включается в виде i_Ri_x///.

Nddff: N – общее количество облаков; dd – направление ветра; ff – скорость ветра. Группа передается обязательно, если далее следует хотя бы одна группа раздела 1. В случае отсутствия данных о N и ddff группа включается в виде ///// или 9////, если N=9.

Далее следуют группы с первой отличительной цифрой (при отсутствии данных об элементе эти группы в виде, например, 1//// или 5//// не передаются):

1s_nTTT: s_n – знак и TTT – температура воздуха;

2s_nT_dT_dT_d: s_n – знак и T_dT_dT_d – температура точки росы;

3P_oP_oP_oP_o: P_oP_oP_oP_o – давление воздуха на уровне станции;

4PPPP: PPPP – давление воздуха на уровне моря;

5appp: a – характеристика барической тенденции за последние 3 часа и ppp – ее величина

(6RRRt_R): RRR – количество осадков за период t_R. Если осадков за период t_R не было, то группа не передается.

7wwW₁W₂: ww – погода в срок наблюдения, W₁W₂ –прошедшая погода. Группа 7 не передается, если ww= 00, 01, 02, 03 и одновременно W₁/W₁ -0, 1, 2.)

8N_hC_LC_MC_H: N_h – количество облаков C_L (при их отсутствии – C_M), C_LC_MC_H – формы облаков. Не передается, когда в группе Nddff N=0, 9, /. Когда количество облаков менее 1б (следы облаков), эта группа также не передается. На месте C_L,C_M или C_H ставится 0, если облаков соответствующего яруса нет.

(9hh//): hh – высота самых низких облаков, измеренная инструментально.

РАЗДЕЛ 2 (используется при передаче судовых данных)

222D_sV_s: 222 - отличительные цифры, D_s – генеральное направление движения судна за последние 3 часа, V_s – средняя скорость судна.

Далее следуют группы с первой отличительной цифрой:

0s_nT_wT_wT_w: s_n – знак и T_wT_wT_w – температура воды морской поверхности;

1P_waP_waH_waH_wa: P_waP_wa – период волн, измеренный инструментально, H_waH_wa – высота волн, измеренная инструментально.

2P_wP_wH_wH_w: P_wP_w – период ветровых волн, H_wH_w – высота ветровых волн.

3d_w1d_w1d_w2d_w2: d_w1d_w1 – направление перемещения волн зыби первой системы, d_w2d_w2 – направление перемещения волн зыби второй системы.

4P_w1P_w1H_w1H_w1: P_w1P_w1 – период волн зыби первой системы, H_w1H_w1 – высота волн зыби первой системы

5P_w2P_w2H_w2H_w2: P_w2P_w2 – период волн зыби второй системы, H_w2H_w2 – высота волн зыби второй системы

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: