Содержание-резюме: о чём говорится в лекциях
· Синоптическая метеорология – наука о физических процессах, происходящих в атмосфере и определяющих погоду и характер её изменений на значительных территориях
...Важнейшими метеорологическими элементами, определяющими погоду, являются атмосферное давление, температура и влажность воздуха, ветер, облачность, атмосферные осадки, дальность видимости, ряд особых явлений, связанных с конденсацией водяного пара или ветром (туманы, грозы, метели, шквалы).
...Ученик Аристотеля Теофаст (IV-III века до н.э.) является автором первого трактата о приметах погоды. Здесь в стихотворной форме обработаны имеющиеся в то время приметы и наблюдения за погодой (более 200). Некоторые положения этого трактата известны многим до настоящего времени:
“Если тучи громоздятся в виде башен или скал, –
Скоро ливнем разразятся, налетит жестокий шквал”.
...Первая сеть метеорологических станций была создана в Италии сразу после изобретения ртутного барометра (1654 г.). В России первые регулярные инструментальные метеорологические наблюдения были начаты в Петербурге в 1725 г. по инициативе учрежденной указом Петром I “Академии наук и всяческих искусств”.
2. Метеорологическая информация
...Информация о погоде, с которой работают метеорологи, может быть первичной и вторичной. Первичная информация – это информация о текущей и прошедшей погоде, получаемая непосредственно в результате метеорологических наблюдений. Вторичная информация – информация о погоде в виде сводок, синоптических карт, аэрологических диаграмм, карт облачности и др.
...Плотность пунктов метеорологических наблюдений в России составляет 1 пункт на 9.4 тыс. кв. км (в 1992 г. – на 8.8 тыс. кв. км), что явно недостаточно. Для сравнения, в США 1 пункт приходится на 0.9 тыс. кв. км, в Китае – на 2.6 тыс. кв. км, во Франции – на 3.6 тыс. кв. км.
...Часть станций относят к опорным. Как правило, это репрезентативные (от франц. representatif – показательный) длиннорядные станции. Они передают информацию в международном масштабе, образуя международную метеорологическую сеть (около 8000 станций)...
...Карты погоды различают в зависимости от уровня в атмосфере, для которого составляется карта, а также от сроков их составления.
...Приземные карты погоды составляются по результатам метеорологических наблюдений, передаваемых наземными и морскими метеорологическими станциями
...Большую помощь в работе синоптика оказывают вспомогательные карты особых явлений погоды (гроз, туманов, шквалов, гололёда и др.), осадков, снежного покрова, экстремальных температур воздуха, максимального ветра, тропопаузы, вертикальных движений, влажности и др.
На приземной карте погоды проводятся изобары (изолинии атмосферного давления) и изаллобары (изолинии барической тенденции), обозначаются центры циклонов, антициклонов, областей падения и роста давления, выделяются зоны осадков и явлений погоды, определяется положение атмосферных фронтов, строятся траектории барических образований за предыдущие 12-24 часа.
5. Аэрологические диаграммы и вертикальные разрезы атмосферы
Аэрологические диаграммы предназначены для наглядного представления хода метеорологических элементов с высотой.
Вертикальные разрезы предназначаются для наглядного представления пространственной структуры атмосферы.
6. Ошибочные метеорологические данные на картах погоды
...Наиболее наглядно ошибочные данные выявляются при анализе карт погоды. Например, при проведении изобар и изогипс можно обнаружить неверно нанесённые давление и геопотенциальные высоты, несоответствие форм облаков и осадков, выпадающих из них, указанных на карте погоды.
7. Принципы синоптического анализа
...Основными принципами синоптического анализа являются: комплексность анализа, трёхмерность анализа, историческая последовательность анализа. Важнейшее достоинство синоптического метода – наглядность и оперативность.
...К недостаткам синоптического метода относятся – дискретность метеорологической информации во времени и пространстве
...Для оперативного прогноза на сутки для пункта или небольшого района необходимы данные с территории, радиусом не менее 1000 км, на 2 суток – 20000 км и т.д.
· Синоптические объекты – 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.
Карты погоды всех уровней содержат ряд количественных характеристик погоды, отнесенных к точкам пространства. Но этих характеристик часто недостаточно для решения задач диагноза и прогноза погоды.
В этой связи возникают задачи получения добавочных количественных характеристик путём использования имеющейся на картах погоды информации. Для этого применяют приёмы вычисления производных метеорологических величин, которые затем используют для определения градиентов, лапласианов, якобианов, и приёмы интерполяции и экстраполяции.
...Приёмы интерполяции и экстраполяции используются при расчётах значений метеорологических элементов, положения центров приземных и высотных циклонов и антициклонов, их эволюции.
9. Основные характеристики полей метеорологических величин
...К основным метеорологическим элементам относятся, во-первых, характеристики состояния атмосферы, которые непосредственно наблюдаются и измеряются на метеорологических станциях.
...Кроме этого, к метеорологическим элементам относятся и их функции, не измеряемые величины, а рассчитываемые.
...Некоторые метеорологические элементы не имеют численного эквивалента и могут характеризоваться словесными градациями интенсивности либо другими показателями
...Распределение метеорологических элементов в пространстве называют полем этого элемента.
...Развитие атмосферных процессов, так же, как и изменение всех метеорологических элементов происходит под влиянием адвективных и динамических факторов. Эти факторы всегда действуют одновременно и совместно, но с различной интенсивностью.
...Для прогностических целей представляет интерес рассмотрение характеристик поля скоростей, которые учитывают значение скоростей в соседних точках пространства, хотя вычисляются для определённой точки. Такими характеристиками являются дивергенция, вихрь скорости.
...Воздушные массы имеют тот же порядок, что и основные течения общей циркуляции атмосферы. Линейная протяженность воздушных масс в горизонтальном направлении измеряется тысячами километров. По вертикали воздушные массы простираются вверх на несколько километров тропосферы, иногда до её верхней границы.
...Объекты, возникающие в результате взаимодействия воздушных масс – переходные зоны (фронтальные поверхности), фронтальные облачные системы облачности и осадков, циклонические возмущения, имеют тот же порядок величины, что и сами воздушные массы – сравнимы по площади с большими частями материков или океанов и время их существования –более 2-х суток
Переходные зоны в тропосфере, в которых происходит сближение воздушных масс с различными характеристиками, называются фронтальными зонами или фронтальными поверхностями
...В горизонтальном направлении протяжённость фронтов, как и воздушных масс, имеет сотни или тысячи километров, по вертикали – около 5 км, ширина фронтальной зоны у поверхности Земли – порядка сотни километров, на высотах – несколько сотен километров.
...Проекция фронтальной поверхности на приземную синоптическую карту называется атмосферным фронтом, на карты барической топографии – высотной фронтальной зоной (ВФЗ).
...Фронтальные зоны характеризуются значительными изменениями температуры воздуха, влажности, направлений ветра вдоль горизонтальной поверхности, как на уровне Земли, так и выше.
...Горизонтальная и вертикальная протяжённость фронтальных поверхностей имеет тот же порядок, что и протяжённость воздушных масс, которые они разделяют. Наибольшая протяжённость фронтальных поверхностей по высоте в средних широтах – 8-12 км. Нередко они достигают тропопаузы. Протяжённость фронтальных поверхностей по горизонтали – тысячи километров.
12. Циклоны и антициклоны внетропических широт
...Наиболее крупные атмосферные вихри – внетропические циклоны и антициклоны, имеющие различные размеры и достигающие в диаметре нескольких тысяч километров.
...Обычно с прохождением циклона связывают ненастную погоду с дождями и сильными ветрами. Но циклон состоит из нескольких разнородных воздушных масс, различающихся по характеристикам погоды. В циклоне может быть и ненастная и солнечная погода – в зависимости от свойств воздушных масс в передней и тыловой его частях.
...С антициклонами связывают ясную солнечную погоду без осадков со слабыми ветрами. Но встречаются антициклоны и со сплошной облачностью, осадками, свежими ветрами. Зимой антициклоны приносят с севера морозную погоду с хорошей видимостью. Летом в антициклонах развиваются кучевые и кучево-дождевые облака с ливнями и грозами.
Циклогенез – условия термобарического поля тропосферы, благоприятные для возникновения и развития циклонов, антициклогенез – условия термобарического поля тропосферы, благоприятные для возникновения и развития антициклонов
...Под влиянием местного препятствия на наветренной стороне иногда возникают орографические антициклоны, на подветренной – орографические циклоны.
13. Влияние орографии на атмосферные процессы
...Орографические влияния можно условно разбить на три группы:
• Влияние орографии на формирование климатической картины распределения воздушных течений и давления, планетарных систем и сезонных схем циркуляции (влияния планетарного масштаба),
• Влияние орографии на возникновение, развитие и перемещение циклонов, антициклонов и фронтов (крупномасштабные орографические явления),
• Локальные (мелкомасштабные) орографические влияния – местные ветры, усиление или ослабление осадков, уплотнение или размывание облачности и др.
...В 1945 г. американские пилоты над Японией встретили исключительно сильную струю, скорость в которой была около 250 миль/час (около 140 км/час). Тяжелые американские бомбардировщики, летавшие со скоростями 350-400 км/ч на высоте около 8 км, часто отклонялись от взятого курса или теряли скорость, иногда попадая в зону встречных ветров такой силы, что оставались в воздухе почти в неподвижном состоянии, зависая над теми или иными объектами.
15. Прогноз синоптического положения
Синоптическое положение – это совокупность взаимно связанных воздушных масс, фронтов, циклонов, антициклонов и других атмосферных объектов над некоторым участком Земной поверхности, определяющая состояние погоды
...Прогноз синоптического положения заключается в прогнозе перемещения и эволюции циклонов и антициклонов, атмосферных фронтов и воздушных масс. Прогноз синоптического положения является основой последующего прогноза погоды.
...В настоящее время наиболее эффективным методом прогноза синоптического положения является гидродинамический. На основе гидродинамических моделей предвычисляются поля приземного давления и поля абсолютной топографии различных изобарических поверхностей.
...Атмосферные процессы настолько сложны, что численные методы не во всех случаях могут учесть многие особенности этих процессов с той полнотой и глубиной, как это может сделать квалифицированный синоптик.
16. Основные положения по составлению и оценке прогнозов условий погоды
...Ещё в 1934 г. С.П. Хромовым было замечено, что “...синоптика не является сборником готовых рецептов. Предсказать погоду можно только изучая и понимая её, а не автоматически следуя готовым шаблонам”.
...Ежедневно сотни экипажей воздушных судов и пассажиры ждут, когда авиационный синоптик определит время окончания тумана в аэропорту, повышения нижней границы облаков, смены направления сильного бокового ветра на взлетной полосе и даст добро на взлет. Примерно 10% рейсов задерживаются из-за плохой погоды, из них 1% связан с ошибочными прогнозами, а это 150-200 полетов.
...По своему назначению прогнозы погоды делятся на прогнозы общего пользования и специализированные прогнозы.
...Прогнозы общего пользования предназначены для населения и отраслей экономики и их производственных подразделений, не нуждающихся в специализированном метеорологическом обслуживании.
...Специализированные прогнозы погоды предназначены для потребителей метеорологической информации, в соответствии с требованиями их производственной деятельности.
17. Применение методов математической статистики в синоптической метеорологии
...Атмосферные процессы, обусловленные взаимодействием большого числа факторов, могут рассматриваться, как случайные. Для выявления их основных закономерностей широко используются методы математической статистики.
...Большой интерес представляют поиски различного рода периодичностей в циркуляции атмосферы, которые обусловливают периодичность в ходе основных метеорологических величин и явлений погоды.
...Статистические методы прогноза погоды заключаются в анализе эмпирического материала, накопленного службой погоды, с целью выявления статистическим путем закономерностей в развитии атмосферных процессов. Статистические методы базируются в основном на теории распознавания образов, корреляционном, дискриминантном и регрессионном анализах.
18. Прогноз температуры и влажности воздуха у поверхности Земли
...Воздух у поверхности Земли может нагреваться или охлаждаться под влиянием молекулярного и турбулентного обмена с подстилающей поверхностью, путем поглощения прямой и рассеянной солнечной радиации, а также радиации земной поверхности, вышележащих слоев атмосферы и т.д.
...Здесь большое влияние принадлежит количеству и типам облачности, альбедо подстилающей поверхности и облаков, влажности воздуха и др. Важным является учёт того, происходит теплообмен в движущемся или спокойном воздухе.