Та на висотах

 

Прогноз напрямку та швидкості вітру складають на основі прогнозу полів тиску (приземного та на висотах). Поле тиску тісно пов’язане з полем вітру. Це обумовлено тим, що єдина активна сила, яка призводить до переміщення повітря (вітру) – це горизонтальна складова градієнту тиску. У практиці синоптичного аналізу використовується геострофічна модель зв’язку цих двох полів. Звичайно розглядають карти майбутнього положення баричних утворень та атмосферних фронтів з ретельним контролем швидкості їх переміщення та еволюції. Треба також спостерігати за оперативною інформацією у вигляді штормових оповіщень та попереджень центральних і місцевих органів служби погоди.

 

Прогноз напрямку та швидкості вітру біля поверхні землі. У прогнозі повинні бути вказані напрямок та швидкість вітру, середні за 5…10-хвилинний період часу, а також екстремальні значення і можливі пориви вітру, якщо цього потребують інтереси споживачів.

Порівняно мало є галузей народного господарства, котрих би дуже цікавив прогноз напрямку вітру, виняток становить, мабуть, тільки авіація та спеціалісти-метеорологи. Однак, в будь-якому випадку прогноз напрямку вітру дається синоптичним методом. Синоптик, оцінивши і спрогнозувавши синоптичне положення баричних утворень, визначає переважаючий напрямок вітру, який найбільш часто в прогнозах погоди вказується по восьми румбам.

Лише в інтересах авіації напрямок вітру вказується в десятках градусів для того, щоб оцінити зустрічну (попутну) і бокову складові швидкості вітру (рис. 1.1).

Рис. 1.1 - Номограма для визначення бокового вітру (або бокової складової вітру) за швидкістю вітру и і кутом β _б між напрямом вітру та віссю злітно-посадкової смуги (ЗПС).

 

Визначення бокової складової вітру (рис. 1.1) показано стрілками. Наприклад, при швидкості вітру 13 м·с^-1 і куті між напрямом вітру і напрямом ЗПС в 40° бокова складова швидкості вітру близько 8 м·с^-1.

Нагадаємо, що великі прогностичні центри розробляють прогноз вітру на різних рівнях чисельними методами, результати яких оформляються у вигляді карт.

Більшість споживачів цікавляться швидкістю вітру і, як правило, тільки сильного. Нижче коротко наведемо методи, які дозволяють спрогнозувати вітер будь-якої швидкості. Причому слід пам’ятати, що прогноз швидкості вітру біля поверхні землі складається, частіш за все, з двох основних операцій: прогноз швидкості геострофічного вітру та урахування ряду факторів, під впливом яких формується приземний потік.

Метод О.С.Звєрєва. Очікувана швидкістьвітру визначається за графіком (рис. 1.2) з урахуванням горизонтального градієнта тиску, пори року і часу доби.

 

 

Рис. 1.2 – Графік залежності швидкості вітру від величини горизонтального градієнта тиску.

Метод О.Г.Богаткіна рекомендує визначати швидкість вітру за емпіричною формулою:

 

и = k | pp|, (1.3)

де и – швидкість вітру, м·с^-1; k – напівемпіричний коефіцієнт (k = 2, 5 для північного заходу Європейської території Росії); рр – абсолютна величина баричної тенденції за останній строк спостережень, гПа/3 год.

Формула дає досить задовільні результати, особливо в зонах холодних фронтів.

Прогноз максимальних поривів вітру при грозах за аерологічною діаграмою здійснюється наступним чином. Від прогностичного значення максимальної температури повітря біля поверхні землі (Т_макс) необхідно піднятися по вологій адіабаті до рівня 600 гПа і на цьому рівні визначити величину Δ Т, що дорівнює різниці між температурою на вологій адіабаті і кривій стратифікації (рис. 1.3). Максимальна швидкість вітру при цьому розраховується виразом: и _макс = 2 Δ Т, де и _макс – швидкість вітру, м·с^-1;
Δ Т – різниця температур, °С.

Рис.1.3 – Графік для прогнозу максимальних поривів вітру біля поверхні землі при грозах.

 

Прогноз максимальної швидкості вітру при грозі за даними ранкового зондування можна дати по значеннях температури повітря на рівнях 850 і 600 гПа, визначивши величину δ Т (рис. 1.4), від якої залежить максимальна швидкість вітру (рис. 1.5).

 

 

Рис. 1.4 – Графік для визначення величини δ Т.

 

 

Рис. 1.5 – Графік для визначення максимальної швидкості вітру при грозі.

Визначення швидкості поривів вітру можна проводити, використовуючи напівемпіричну формулу:

 

и _пор = и _ср + k и _ср, (1.4)

 

де и _ср – середня швидкість вітру, м·с^-1.

Коефіцієнт k підбирається для кожного пункту, приблизно він дорівнює 0, 5.

 

Метод прогнозу шквалу Б.Є.Пескова та О.І.Снітковського дозволяє розрахувати и _макс із завчасністю 3…6 год при очікуваному розвитку потужної купчасто-дощової хмарності. На графіку (рис. 1.6) по горизонтальній осі відкладено сумарне значення швидкості вітру ( м·с^-1) на рівні земної поверхні та 850, 700 і 500 гПа, а по вертикальній осі – вертикальна потужність купчасто-дощової хмари
(Δ Н, гПа). Якщо точка попала в зону «шквал», то швидкість вітру уточнюється за графіком (рис. 1.7).

 

Рис.1.6 – Графік для визначення можливості розвитку шквалу.

		Рис. 1.7 – Графік для визначення швидкості вітру при шквалі.

 

 

Метод прогнозу швидкості вітру біля поверхні землі В.М. Яркової за даними про вітер на рівні 850 гПа завчасністю до 12 год передбачає деякий зв'язок цих швидкостей з урахуванням синоптичної ситуації (табл. 1.2), що характеризується коефіцієнтом К.

 

Таблиця 1.2 – Визначення швидкості вітру біля поверхні землі за даними про вітер на рівні 850 гПа

 

и 850, км·год-1	Вітер біля поверхні землі, м·с-1
К = 1, 0	К = 0, 7	К = 0, 5
40…60	10…14	5…9	слабкий
61…70	15…19	10…14	5…9
71…80	20…24	15…19	10…14
81…90	25…29	20…24	10…14
91…100	30…35	25…29	15…19

 

Наприклад, для аеродрому Урай значення К = 1 в тому випадку, якщо одночасно виконуються три умови:

1) на райони Західного Сибіру переміщується циклон;

2) швидкість його переміщення більше 30 км·год^-1;

3) контраст температури повітря на рівні 850 гПа в зоні фронту перевищує 6 °С/1000 км.

Якщо не виконується хоча б одна умова, то К = 0, 7, а в однорідній повітряній масі К = 0, 5.

Метод визначення швидкості вітру в зоні фронту (рис. 1.8) заснований на розрахунку горизонтального градієнта тиску
( гПа/100 км) і швидкості переміщення фронту (V_фр, км·год^-1).

 

 

 

Рис. 1.8 – Графік для визначення швидкості вітру в зоні фронту.

 

Регіональні методи прогнозу вітру для Західного Сибіру і районів Крайньої Півночі.

На півночі для визначення швидкості вітру використовується
(рис. 1.9) різниця значень атмосферного тиску у двох пунктах по потоку (Δ р₁, гПа) і по нормалі до потоку (Δ р₂, гПа). Похилі лінії відповідають прогностичним значенням швидкості вітру в м·с^-1.

 

 

Рис. 1.9 – Графік для визначення швидкості вітру в районах Крайньої Півночі.

 

На півдні Красноярського краю для прогнозу напрямку (рис. 1.10а) і швидкості (рис. 1.10б) вітру використовується метод Ганцевич, в якому вітер визначається за різницею тиску (за величиною і напрямком баричного градієнту).

 

 

Рис. 1.10а – Графік для визначення напрямку вітру в Красноярську.

 

По горизонтальній осі відкладена величина L₃ – різниця тиску біля поверхні землі, взята з останньої кільцевої карти погоди в пунктах Боготол

і Канск, а по вертикальній осі – різниця тиску в пунктах Абакан і Єнісейськ (L_с). Всі пункти знаходяться приблизно на однаковій відстані від Красноярська.

 

Рис. 1.10б – Графік для визначення швидкості вітру в Красноярську.

 

Метод прогнозу швидкості вітру при шквалі в Новосибірську
(рис. 1.11) в якості вихідних даних використовує величину Δ Т = Т_макс – Т_а, де Δ Т – величина, на яку знижується температура повітря при зливі; Т_макс – прогностичне значення максимальної температури повітря; Т_а – значення температури, яке можна знайти, опустившись від рівня конденсації по вологій адіабаті до значення тиску біля поверхні землі (на бланку аерологічної діаграми по даним зондування за ранковий час).

 

 

Рис. 1.11 – Графік для визначення швидкості вітру при шквалі в Новосибірську.

 

Прогноз вітру у граничному шарі атмосфери та на висотах. У граничному шарі атмосфери (ГША) вертикальний розподіл швидкості вітру обумовлюється термічною та динамічною взаємодією струменю
вітру з підстильною поверхнею Землі, що обертається навколо своєї осі. Способи прогнозу вітру у ГША можна розподілити на дві
групи – гідродинамічні та фізико-статистичні, які досить детально викладені в «Практикумі з синоптичної метеорології» та «Практикумі з авіаційної метеорології».

Для прогнозу вітру вище граничного шару використовують прогностичні карти абсолютної топографії (АТ) ізобаричних поверхонь 850, 700, 500, 400, 300, 200 гПа та інші. При необхідності складення прогнозу вітру на рівні, який міститься між цими поверхнями, його отримують за допомогою інтерполяції даних між двома відповідними ізобаричними поверхнями, якщо між ними відсутні струминні течії (СТ).

Напрямок вітру на висотах наближується до напрямку ізогіпс, а швидкість вітру встановлюється за допомогою градієнтної лінійки, або її можна розрахувати за формулою:

 

(1.5)

 

де - горизонтальний градієнт геопотенціалу в районі розрахунку на прогностичній карті, гп.дам/1°мер.; l – параметр Коріоліса; g – прискорення сили тяжіння, м·с^-2.

Для визначення швидкості градієнтного вітру при криволінійних ізогіпсах по розрахованій швидкості геострофічного вітру V_g та радіусу кривизни ізогіпси використовують номограми для урахування циклонічної або антициклонічної кривизни ізогіпси. Цей спосіб прогнозу детально описаний в «Практикумі з синоптичної метеорології».

Абсолютно очевидно, що прогноз вітру на висотах розробляється в основному, лише в інтересах авіації. Однак із-за недоліку часу на складення прогнозу синоптик іноді вимушений заміняти прогноз вітру його фактичними значеннями, що допустимо у вільній атмосфері при швидкостях вітру більше 30 км·год^-1. Крім того, в розпорядженні синоптика майже завжди є прогностичні карти температури і вітру на різних рівнях, за допомогою яких можна вирішити проблему прогнозу швидкості вітру на висотах.

Метод Е.С. Іль’їної дозволяє уточнити прогноз вітру у вільній атмосфері на добу вперед (рис. 1.12). На прогностичній номограмі по горизонтальній осі відкладається фактична швидкість вітру (и ₁), а по вертикальній осі – різниця (и ₁ – и ₂), де и ₂ – швидкість вітру на відстані в 1000 км від точки прогнозу проти потоку; нахилені лінії вказують прогностичне значення швидкості вітру.

 

 

 

Рис. 1.12 – Номограма для прогнозу швидкості вітру на висотах на
24 год за методом Е.С. Іль’їної.

 

Метод Є.Рейтера використовується для визначення максимальної швидкості вітру на осі струминної течії, а також висоти нижньої та верхньої меж, тобто товщини струменю. Відомо, що за межу СТ приймається висота, на якій у вільній атмосфері (вище 5000 м) швидкість вітру перевищує 30 м·с^-1. Для діагнозу і прогнозу СТ застосовуються фактичні і прогностичні карти баричної топографії рівнів 400, 300 і
200 гПа, а також карти максимального вітру. Струминні течії виявляються на них за згущенням ізогіпс у висотних фронтальних зонах. Рівень максимального вітру може не співпадати з основними ізобаричними поверхнями, він визначається з даних температурно-вітрового зондування атмосфери та представлений на окремій карті максимального вітру.

Є.Рейтер запропонував за даними зондування атмосфери у дозвільному масштабі побудувати графік, вихідними даними для якого є висота поверхні і швидкість вітру (рис. 1.13).

 

 

Рис. 1.13 – Визначення максимальної швидкості вітру, висоти осі та потужності струминної течії.

Всі точки, зняті з карт АТ, послідовно з’єднуються між собою відрізками прямих ліній, причому побудова цієї ламаної лінії проводиться як зверху, так і знизу (від верхньої точки вниз і від нижньої точки вверх). Кожна гілка лінії проводиться до одного із двох максимальних значень швидкості вітру. Ці значення не з’єднуються між собою відрізком прямої, а побудова виконується так, як показано на рис. 1.13, тобто по прямій продовжується остання нижня і верхня ділянка ламаної лінії до їх перетину. Ця точка перетину вкаже висоту осі (Н_вст) струменя, а різниця в висотах точок Е і Д дає уявлення про товщину СТ.

Контрольні запитання

1. Перелічіть основних споживачів прогнозу вітру.

2. Якими одиницями вимірюється швидкість і напрямок вітру?

3. Які стихійні гідрометеорологічні явища (СГЯ) пов’язані зі швидкістю вітру?

4. Поле якої величини пов’язане з полем вітру?

5. Охарактеризуйте методи прогнозу вітру біля поверхні землі, у граничному шарі та на висотах.

6. Що називається струминною течією?

7. Яким чином можна спрогнозувати параметри СТ за методом Є.Рейтера?

8. Яка інформація про СТ наноситься на авіаційні карти погоди?

 

Вихідні матеріали

1. Дані температурно-вітрового зондування атмосфери.

2. Лист паперу.

 

Рекомендації щодо виконання роботи

1. Розкодувати дані температурно-вітрового зондування атмосфери із розділу 5 за вказівкою викладача.

2. Побудувати графік для прогнозу СТ за методом Є.Рейтера.

3. Визначити по графіку параметри СТ, необхідні для обслуговування авіації.

Методичні вказівки

1. Дані температурно-вітрового зондування атмосфери розкодувати за допомогою коду КН-04 і записати в формі табл. 1.3.

 

Таблиця 1.3 - Дані температурно-вітрового зондування атмосфери

 

Н, км	р, гПа	Т, °С	D, °С	dd, град	ff, м·с-1

 

2. Вертикальний профіль швидкості вітру побудувати на окремому аркуші в масштабі: по вертикалі 1 см - 1 км, по горизонталі 1 см – 5 м·с^-1.

3. Для визначення висоти осі СТ, максимальної швидкості вітру на її осі та товщини СТ використовувати метод Є.Рейтера.

4. На вертикальному профілі вітру (рис. 1.13) виділити чотири точки, в яких спостерігаються найбільші значення швидкості вітру. Ці точки попарно з’єднати відрізками прямих ліній і продовжити до перетину. Координати точки перетину на графіку вкажуть максимальну швидкість вітру і висоту осі СТ. Товщину СТ визначити так, як указано вище.

 

Звітний матеріал

1. Заповнена таблиця з розкодованими даними температурно-вітрового зондування атмосфери.

2. Побудований на аркуші вертикальний профіль вітру з виділеними параметрами СТ (метод Є.Рейтера) із позначеними ешелонами польоту.