ЛЕКЦИЯ 6 Синоптическая метеорология

 

Синоптической называется метеорология, изучающая закономерности развития атмосферных процессов для предсказания погоды.

Погодой называется состояние атмосферы в определенный момент или промежуток времени над любым пунктом или районом земного шара. Погода характеризуется совокупностью значений метеорологических величин, важнейшими из которых являются давление, температура и влажность воздуха, ветер, облачность, атмосферные осадки, и особых явлений, таких, как туман, гроза, метель, пыльная (песчаная) буря и др.

Изменения погоды можно предвидеть, как правило, только на основе изучения распределения метеорологических величин над географическими районами глобального масштаба, то есть соизмеримыми с размерами океанов и континентов. Для анализа погоды в глобальном масштабе на географические карты специальными условными знаками и цифрами наносятся значения метеорологических величин, а также особые явления погоды, определяемые в единый момент времени на обширной сети метеорологических станций. Такие карты получили название синоптических карт. В настоящее время вместо термина»синоптическая карта» применяется термин «карта погоды».

Карта погоды составляется как по наблюдению у поверхности Земли, так и по аэрологическим наблюдениям для различных уровней или поверхностей. Это дает возможность проводить трехмерный анализ.

Синоптические карты дали название синоптическому методу изучения и предсказания погоды, основанному на выявлении физических закономерностей развития атмосферных процессов с помощью этих карт.

Синоптический метод является мощным средством изучения атмосферных процессов крупного масштаба. Являясь географическим по форме, этот метод имеет глубокую физическую сущность: он позволяет на основе законов физики атмосферы исследовать и выявлять причины изменения погоды.

В настоящее время синоптический метод получает новое содержание в связи с созданием объективных форм анализа и гидродинамических (численных) методов прогноза полей метеорологических элементов.

Основным приемом синоптического анализа является сопоставление характеристик погоды, нанесенных на карты погоды. При этом сопоставляются:

1) значения одной и той же метеорологической величины в разных пунктах, на разных высотах за один и тот же момент времени;

2) значение различных метеорологических величин в одном и том же пункте, в разных пунктах, на разных высотах за один и тот же момент времени;

3) значения одного или различных метеорологических элементов в последовательные моменты времени как в одном, так и в разных пунктах.

 

Основными принципами синоптического анализа являются:

6. Комплексность анализа. Характеристики погоды анализируются не изолированно, а в комплексе, совместно с учетом их взаимосвязи и взаимообусловленности.

7. Трехмерность анализа. Рассматриваются свойства атмосферы не на одном уровне в горизонтальной плоскости, а в значительной толще атмосферы на различных уровнях (тропосфера и нижняя стратосфера).

8. Историческая последовательность анализа. Проводится согласование анализа данной карты погоды с анализом предыдущих карт. Процессы, протекающие в атмосфере, обычно имеют значительную длительность и могут прослеживаться по последовательным картам погоды. При правильном анализе не должна нарушаться логическая последовательность развития атмосферных процессов.

Важнейшими достоинствами синоптического метода являются его наглядность и оперативность.

На одну карту можно нанести сведения о погоде в большом географическом районе, на полушарии или даже на всем земном шаре. Соответственно можно дать прогноз погоды по любому району земного шара, в том числе удаленному от места составления прогноза. Это очень важно для оперативного обеспечения полетов самолетов по авиатрассам большого протяжения.

«Дальнодействие» синоптического метода позволяет с помощью современных средств связи обслуживать всю страну информацией о погоде и прогнозами погоды из сравнительно небольшого числа прогностических центров.

Погода и ее изменения связаны с атмосферной циркуляцией (совокупностью воздушных течений синоптического масштаба). При всей сложности атмосферной циркуляции в ней можно выделить вполне определенные структурные элементы – барические системы, атмосферные фронты и воздушные массы. Именно эти элементы являются основными объектами синоптического анализа, поэтому их называют синоптическими объектами.

Барическими системами называются области пониженного и повышенного атмосферного давления, расположенные не карте приблизительно вдоль одной линии (ось Х).

Если на график, одной осью которого является время, а другой высота (или давление), нанести результаты последовательных зондирований атмосферы в одном пункте, то можно проследить изменение свойств атмосферы на различных высотах над этим пунктом с течением времени. Такой график называется временным или серийным разрезом атмосферы.

Частным случаем разреза атмосферы является график термоизоплет, который характеризует изменения только температуры воздуха на различных высотах над данным пунктом. Временные разрезы составляются преимущественно в научно-исследовательских целях для изучения пространственной структуры атмосферных фронтов, циклонов, антициклонов и т.д.

Вспомогательные линейки, графики, номограммы, таблицы применяются для различного рода расчетов в целях диагноза и прогноза погоды. Например, градиентные линейки служат для вычисления скорости ветра на барическом поле, графики и номограммы – для прогноза температуры, облачности, осадков.

Наиболее существенные непериодические изменения погоды связаны с циркуляционными факторами и при прогнозе погоды учитываются в первую очередь. Перемещающиеся воздушные массы при взаимодействии с подстилающей поверхностью, с изменением притока лучистой энергии и вертикальных движений воздуха постепенно меняют свои свойства, что также отражается на изменении погоды. Такие процессы составляют группу трансформационных факторов (суточный и годовой ход метеорологических элементов). Эти факторы также учитываются при прогнозах погоды, хотя их количественный учет довольно сложен.

Озера, реки, возвышенности, большие города – все эти местные факторы влияют на формирование погоды и не остаются без внимания синоптиков.

Таким образом, имеются три группы факторов, сказывающихся на изменении погоды:

1) циркуляционные,

2) трансформационные,

3) местные.

В настоящее врем существуют следующие методы составления краткосрочного прогноза погоды:

1) синоптический, основанный на анализе карт погоды, качественно-физических выводах из этого анализа и количественных расчетах, не требующих примения электронно-вычислительной техники;

2) численный (гидродинамический), основанный на решении уравнений гидродинамики и термодинамики на ЭВМ:

3) физико-статистический, основанный на статистических закономерностях изменений погоды и вычислении вероятности тех или иных ее характеристик.

Все перечисленные методы дополняют друг друга и используются комплексно.

Важно также, чтобы при прогнозах учитывались все виды информации и такие важнейшие факторы, как глобальность (сопоставимость с территорией континентов или всего земного шара), трехмерность (то есть учет информации не только по площадям земной поверхности, но и по высотам атмосферных слоев), комплексность, то есть включение в метеорологическую информацию всех метеорологических величин, синхронность – проведение метеорологических мероприятий в единые физические моменты на всей территории прогноза, регулярность, то есть учет систематических, а не эпизодических наблюдений за состоянием атмосфер, а также оперативность, что означает поступление прогнозов потребителю в кратчайшие сроки.

 

Синоптический анализ и прогноз

Анализ синоптических карт и других материалов состоит в том, что по сведениям, нанесенным на карту, устанавливается фактическое состояние атмосферы в момент наблюдений: распределение и характер воздушных масс и фронтов, расположение и свойства атмосферных возмущений и, кроме того, расположение и характер облачности и осадков, распределение температуры в связи с условиями атмосферной циркуляции. Атмосферные возмущения, фронты и воздушные массы, нанесенные на синоптические карты, называются синоптическими объектами. Представление синоптических условий на картах дает удобную возможность не только для прогнозов, но и оперативной информации о состоянии погоды.

Прогноз синоптического положения, как бы предваряющий основной прогноз, заключается в определении, как в последующие часы должны будут переместиться и измениться синоптические объекты. Затем делается заключение о том, как в этой связи должны меняться условия погоды в данном районе. То есть речь идет о прогнозе погоды.

 

ПРОГНОЗ ПОГОДЫ – научно обоснованное предвидение изменений погоды, являющееся результатом анализа крупномасштабных атмосферных процессов, и применение известных науке закономерностей их развития.

Прогнозы погоды составляются метеорологическими подразделениями службы погоды всей планеты.

Прогнозы погоды делятся на краткосрочные (от нескольких часов до 1-2 суток), долгосрочные малой заблаговременности (3-10 суток), долгосрочные большой заблаговременности (на месяц, сезон). Прогнозы составляются для территорий (область, край, республика, страна, акватория моря и т.п.), а также для отдельных населенных пунктов, аэропортов, авиатрасс, автомобильных и железнодорожных магистралей и т.п.

Прогнозы погоды подразделяются на специализированные, предназначенные для специальных пользователей (авиация, судоходство, рыбный промысел, сельское хозяйство и т.д.) и общего пользования – для населения.

Пример № 1. Специализированный прогноз для авиации:

П.п. с 09.00 до 18.00 обусловится ложбиной с прохождением

холодного фронта. Облачность 7-10 бал. С 13.00 4-7 бал.

Верхней, средней, кучевой, кучево-дождевой, разорванно-

дождевой Нн 500-800 м, начале 200-300 м. Нв 5-6 км кучево-

Дождевой 9-10 км. дымка в первой половине срока. Дождь,

гроза, болтанка сильной интенсивности, статич. электричество.

Видимость 6-10 км дожде 3-4 км. Ветер в слое 1, 5- 9 км 240-

260 ° 50-70 км/ч. Ветер у земли 120-140 ° с 13-14 час переход

190-210 ° 5-8 м/с, порывы 7-10 м/с. Тем-ра +5+8 °С..

 

Пример № 2. П.п общего пользования:

Завтра ожидается: облачная погода, местами дождь, гроза, тем-ра

+5+8 ° С.

К первому прогнозу относятся также предупреждения об опасных явлениях погоды (ОЯП), в авиации их называют штормовыми предупреждениями (смерч, шквал, гроза, град, сильное обледенение, гололед, туман, метель, сильный ветер, пыльная буря, заморозки и др.).

Метеорологическими подразделениями и службами, кроме штормовых оповещений об ОЯП, подают штормовые оповещения о наблюдающихся особо опасных метеорологических, гидрологических, геофизических, а также аномальных атмосферных и космических явлениях.

Особо опасными считаются явления, которые по своей интенсивности, времени возникновения, продолжительности и площади распространения могут нанести или нанесли значительный ущерб. К ним относятся:

- ветер со скоростью более 30 м/с;

- град диаметром более 30 мм;

- сильный дождь и снегопад с интенсивностью, превышающей критические значения, установленные для данного района;

- повышение уровня воды в реках, водоемах до критических значений, наводнения, заторы, зажоры, угрожающие затоплением районов жизнедеятельности людей, промышленных и стратегических объектов;

- селевые потоки и снежные лавины;

- извержения вулканов;

- землетрясения и цунами.

К аномальным атмосферным и космическим явлениям оптического, электрического и иного происхождения относятся:

- необычные частицы, выпадающие из атмосферы;

- окрашенные осадки или осадки иного необычного вида и свойств;

- необычные световые, акустические, электромагнитные и другие явления в атмосфере и космическом пространстве.

 

При прогнозе синоптического положения приходится пользоваться, прежде всего, экстраполяцией во времени, то есть предполагать, что на некоторый промежуток времени атмосферные процессы будут происходить с теми же скоростями или ускорениями, с какими происходили до сих пор. Этот довольно грубый прием затем дополняется уточнением с использованием тех связей, которые установлены эмпирически за много лет анализа синоптических карт или которые вытекают из законов динамики и термодинамики атмосферы.

О погоде, связанной с будущим положением и свойствами воздушных масс и фронтов, судят по фактическим свойствам этих синоптических объектов, учитывая опять-таки возможное изменение этих свойств.

При всей простоте приемов синоптического анализа их применение требует большого практического опыта у прогнозистов. Состояния атмосферы и закономерности атмосферных процессов приходится при прогнозировании упрощать, что отражается на соответствии результатов вычисления действительности.

Еще сложнее задача долгосрочных прогнозов – на декаду, месяц, сезон вперед. Степень точности здесь неизбежно ниже, чем в краткосрочных прогнозах.

Рациональная постановка задачи долгосрочного прогноза должна сводиться к определению общих характеристик погоды будущего: степени зональности или меридиональности циркуляции, средних месячных температур, отклонений осадков от нормы, самых общих черт в ходе температуры и т.д. Вряд ли когда-нибудь люди достигнут возможности ответить на вопрос: будет ли в таком-то месте дождь такого-то числа в будущем месяце? Сложный комплекс условий, которые будут определять такой дождь, часто нельзя предвидеть даже накануне…

В долгосрочных прогнозах анализ ежедневных синоптических карт уже не подходит, приходится прибегать к способам обобщенного представления атмосферных условий, как сборные и средние карты за те или иные периоды времени. Попытки применить для долгосрочных прогнозов учет инерции в ходе атмосферных процессов (то есть сохранение знака аномалии погоды на некоторое время вперед) приводили к самым ограниченным успехам.

Существенное значение для решения задач долгосрочных прогнозов имеет сопоставление атмосферных процессов с процессами в мировом океане, поскольку между двумя этими сферами Земли происходит взаимный обмен теплом и влагой. Пригоден также подбор аналогов, исходящий из предположения, что за сходными начальными условиями в разных случаях следует сходное дальнейшее развитие. Представляет плодотворным сопоставление атмосферных процессов с солнечной активностью, то есть явлениями, происходящими на поверхности Солнца (пятна и др.).