Тема 2: Основні поняття довготермінової синоптики. Роздріб атмосферних мікропроцесів

ЗМIСТ

1.Синоптичний аналіз і передбачення погоди

2. Повітряні маси

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Синоптичний аналіз і передбачення погоди

До кінця ХХ сторіччя світове метеорологічне співтовариство досягло видатних успіхів у короткостроковому і середньостроковому прогнозуванні погоди. До таких успіхів можна віднести: наукові досягнення в розумінні глобальних атмосферних процесів і динаміки атмосфери, у математичному описі радіації, що надходить від Сонця, переносу, відображення, поглинання короткохвильового і довгохвильового випромінювання, процесів конденсації і випаровування, танення/замерзання опадів, механізмів перемішування повітряних мас, включаючи конвекцію і турбулентність, процесів взаємодії із сушею й океаном;

* розробку в ряді країн глобальних, регіональних і мезомасштабних гідродинамічних чисельних моделей загальної циркуляції атмосфери, що дозволяють прогнозувати поля метеорологічних елементів на 5-7 діб із прийнятної для багатьох споживачів точністю;

* створення у великих метеорологічних центрах, оснащених могутньою обчислювальною технікою унікальних технологій, що дозволяють упровадити ці моделі в оперативну практику;

* створення й організацію безперервного функціонування глобальних міжнародних систем спостережень, телезв'язки й обробки даних, що дозволяють здійснювати спостереження за погодою, передачу даних спостережень у метеорологічні центри і поширення продукції в прогностичні центри Національних метеорологічних служб.

Оперативне складання прогнозів по гідродинамічних моделях загальної циркуляції вимагає постійної підтримки дорогих систем спостережень і автоматизованих технологій збору й обробки глобальної метеорологічної інформації, а також наявність могутнього наукового потенціалу для розвитку й удосконалювання самих моделей. Тому в сфері моніторингу і прогнозування погоди більш 130 років існує тісне міжнародне співробітництво по лінії Всесвітньої Метеорологічної Організації (ВМО). ВМО являє собою комплексну систему, що складається з національних засобів і послуг, що належать окремим країнам, що є членами ВМО. Члени ВМО беруть на себе відповідно своїм можливостям зобов'язання за погодженою схемою для того, щоб усі країни могли одержувати вигоди від об'єднаних зусиль. У рамках ВМО створена міжнародна прогностична індустрія, що складається зі світових (ММЦ) і регіональних (РМЦ) метеорологічних центрів обладнаних сучасними засобами і технологіями за рахунок країн, що взяли на себе добровільні зобов'язання по функціонуванню таких центрів. Продукція світових і регіональних метеорологічних центрів у виді чисельних аналізів і прогнозів метеорологічних полів представляється для використання всім членам ВМО через їх національні метеорологічні центри (НМЦ).

У результаті наукових досягнень технологія складання прогнозу погоди метеорологом у конкретному пункті або районі докорінно змінилася в порівнянні з колишніми роками. Успіхи в розвитку чисельного моделювання атмосфери привели до централізації і навіть глобалізації основного етапу прогнозу - прогнозу полів метеорологічних величин, спираючись на який оперативний метеоролог складає прогноз елементів і явищ погоди для конкретного пункту, району або території. Разом з тим зберігається найважливіша роль прогнозиста в інтерпретації вихідної продукції чисельних моделей і використанні при складанні прогнозу об'єктивних методів прогнозу метеорологічних величин і явищ погоди, а також оперативних даних різних спостережливих систем. Ця роль особливо важлива при складанні прогнозу небезпечних явищ погоди.

Оперативні моделі, використовувані у великих метеорологічних центрах, мають межу передбачуваності в 5-7 діб і відрізняються одна від одної за своїми характеристиками, застосовуваним чисельним процедурам, технології обробки даних і потужності обчислювальних засобів. Тому прогностичні значення метеорологічних величин можуть мати різні, хоча і порівняльні значення. Важливо також відзначити, що великий прогрес у чисельному моделюванні атмосфери стосується, головним чином, великомасштабних погодних систем. Дрібномасштабні утворення довжиною кілька десятків і навіть сотень кілометрів, з якими зв'язані небезпечні гідрометеорологічні явища, поки не можуть бути спрогнозовані чисельними моделями.

Прогноз таких утворень складається фахівцем - синоптиком на основі інтерпретації результатів чисельних моделей і використання додаткової інформації, що відбиває розвиток мезомасштабних процесів (даних радіолокаційних спостережень, супутникових даних і ін.). Тому, незважаючи на розвиток мезомасштабних числових моделей і автоматизованих засобів спостережень, прогнози локальної погоди завжди будуть позв'язані з деякою невизначеністю у відношенні конкретного місця розташування, часу й інтенсивності метеорологічних явищ. Особливо це стосується екстремальних явищ, що виникають рідко і раптово, існують нетривалий час і, які, можливо, найчастіше спрогнозувати тільки з невеликою (1-3 години) завчасністю.

Строго говорячи, невизначеність властива не тільки прогнозам погоди, але і навіть ступеню оцінки поточного стану атмосфери. Якби можна було виразити властиву невизначеність кількісним значенням, то цінність прогнозів для осіб, що приймають рішення значно б зросла. Рішення цієї проблеми складається у використанні групи прогнозів (ансамблю) по ряду початкових умов, що відрізняються, для однієї моделі або групи моделей чисельного прогнозу з різними, але рівномождливими наближеннями. Ансамбль прогнозів охоплює ряд можливих результатів, що забезпечують діапазон даних, де можуть зростати невизначеності. У результаті по ансамблю прогнозів можна автоматично одержати інформацію про йімовірності, стосовно до вимог споживачів.

Деталізовані прогнози метеорологічних величин і явищ погоди або послідовності метеорологічних систем на місяць, на сезон і далі є ненадійними. Хаотичний характер рухів в атмосфері визначає основна межа передбачуваності порядку 10 днів для таких детерміністичних прогнозів. Однак, деяка передбачуваність середніх аномалій температури й опадів існує протягом більш тривалого періоду завдяки, в основному, взаємодії між атмосферою й океаном, а також поверхнею суші і льоду. Разом з тим, у порівнянні з атмосферою океан вивчений мало, і тому подальший прогрес у довгостроковому прогнозуванні погоди неможливий без активізації досліджень регіональних і глобальних процесів в океані.

У прогнозуванні клімату найважливішими вступними даними моделей є майбутні зміни в парникових газах і інших радіаційно активних речовинах. Вони змінюють радіаційний вплив на планету і викликають кліматичні зміни в дуже тривалих тимчасових масштабах. Тому при моделюванні можливого стану майбутнього клімату варто вживати термін «перспективна оцінка», а не «прогноз» або «пророкування». Фізичні процеси, що не є важливими в прогностичних моделях загальної циркуляції на термін 5-7 доби і навіть при довгостроковому прогнозуванні стають визначальними при моделюванні клімату. Особливо це стосується динаміки океанічної циркуляції, зміни ландшафту підстилаючої поверхні і еволюції сніжно - льодового покриву. Вивчення цих процесів потребує значних зусиль, перш ніж з'явиться можливість відтворювати багато аспектів клімату реалистично. Разом з тим, незважаючи на складність фізичних процесів, є визначена впевненість у тому, що існуючі моделі клімату забезпечують корисну перспективну оцінку його зміни. Уже в даний час багато моделей дозволяють задовільно моделювати клімат. Більш того, моделювання цілком у стані відтворити спостережені великомасштабні зміни, що відбулися в приземній температурі повітря за двадцяте сторіччя. Ця великомасштабна погодженість між результатами моделювання і спостереженнями додає впевненість в оцінках темпів потеплення, розрахованих на наступне століття. Моделювання природної мінливості, що спостерігається, (наприклад, явища Ель-Ніньо, мусонної циркуляції, північно-атлантичні коливання) також покращилося. З іншого боку, систематичні помилки усе ще занадто великі. Одним з факторів, що обмежують впевненість у перспективній оцінці зміни клімату, є невизначеність зовнішнього впливу (наприклад, майбутньої концентрації атмосферного двоокису вуглецю й інших парникових газів і аерозольних навантажень). Як і у випадку з прогнозами на середні терміни і довгострокові прогнози, перспективні оцінки клімату по ансамблюі також є надзвичайно важливими. Ансамблі дозволяють виділити більш чітко статистично значущий сигнал зміни клімату.

Успішність метеорологічних прогнозів істотно виросла до кінця ХХ сторіччя. Це зв'язано з розвитком глобальних моделей чисельного прогнозування загальної циркуляції, досягненнями в спостереженнях, системах телезв'язку й в обчислювальній техніці. Проте, кожному прогностичному компонентові властиві свої невизначеності. Деякі з них позв'язані з недостатньою вивченістю винятково складних процесів атмосфери й океану. Інші вимагають подальших зусиль у розвитку наземної і космічної систем спостережень, а також в обчислювальній техніці. Потрібне постійна увага проведенню наукових досліджень і впровадженню отриманих знань у практику прогнозування на основі постійно розвиваються унікальних технологій, що існують у великих метеорологічних центрах.

Синоптична метеорологія вивчає ті атмосферні процеси, що розвиваються на великих територіях і по масштабах відносяться до ланок загальної циркуляції атмосфери.

Дослідження цих процесів спираються на фізичні закони, що визначають зміни властивостей повітря і його рух; при цьому враховуються широта місця, з яким зв'язана кількість сонячної енергії, що притікає, а також характер і властивості поверхні, що підстилає (суша, характер її рельєфу, море) і реалізує цю енергію.

Погодою називають сукупність атмосферних процесів і метеорологічних величин, які характеризують фізичний стан атмосфери в певний момент або проміжок часу. Закономірні зміни погоди - це режим погоди.

Прогноз погоди - це науково обґрунтоване передбачення змін погоди, що є результатом аналізу великомасштабних атмосферних процесів, і застосування відомих науці закономірностей їхнього розвитку. Прогнози погоди складаються метеорологічними підрозділами і службами практично всієї планети. Для збору і передачі метеоінформації між собою, використовується універсальний (міжнародний) метеорологічний код.

Спостереження за елементами погоди проводяться синхронно на метеостанціях всього світу через кожних три години за гринвіцьким часом. Результати спостережень передаються телеграфом, телефоном або за допомогою радіозв'язку в організації Служби погоди для складання синоптичних карт. Служба погоди виникла в зв'язку з потребою в своєчасній інформації населення, адміністративних і господарських установ про стан погоди, її зміни і передбачення умов погоди на майбутній час. Служба погоди складається з сітки синоптичних станцій і центрально-республіканських, обласних, портових та інших бюро погоди.

Відомості про метеоелементи передаються в Гідрометеорологічні центри в зашифрованому вигляді. Цифрами та значками ці дані наносять на синоптичні карти погоди, які складають 4 рази на добу або за кожний термін спостережень. Нині карти складають тільки в основних гідрометеоцентрах і передають за допомогою факсимільної передачі або комп'ютерного зв'язку в регіональні гідрометеоцентри. На синоптичних картах показують такі синоптичні об'єкти, як розподіл тиску, повітряні маси і фронти, розташування і властивості атмосферних хвилювань, характер і поширення хмарності та опадів, розподіл температури тощо. Синоптична карта дає інформацію про стан погоди в момент спостережень, а серія таких карт показує зміни стану атмосфери, рух і еволюцію атмосферних процесів, трансформацію і взаємодію повітряних мас. Головною метою синоптичного аналізу є завбачення погоди.

Прогнози погоди поділяються на короткострокові (від декількох годин до 1-2 діб), довгострокові малої "завчасності" (3-10 діб), довгострокові великої "завчасності" (на місяць і більше). Прогнози погоди складаються для території (область, край, країна, акваторії морів і т.п.), а також віддалених населених пунктів, аеропортів, авіатрас, автомобільних і залізничних магістралей і т.п.

Прогнози погоди підрозділяються на спеціалізовані, призначені для спеціальних користувачів (авіація, судноплавство, рибний промисел, сільське господарство і т.д., і загального користування - для населення.

Короткострокові завбачення не вільні від помилок, але в цілому вважаються задовільними. Можливості поліпшення точності завбачення шукають у введенні обчислювальних методів прогнозу за допомогою електронно-обчислювальних машин, але в більшості випадків вони стосуються лише баричного поля. Прогноз погоди великої завчасності ґрунтується на доборі синоптичних карт - аналогів за минулі роки виходячи з міркувань, що атмосферним процесам властива ритмічність. Так складають прогнози на місяць. Важче скласти прогноз на сезон, оскільки потрібно аналізувати збурення полів температури і тиску на всій земній кулі.

Прогноз складається для великої території. В кожній місцевості його уточнюють за місцевими ознаками або прикметами, які ґрунтуються на зовнішньому вигляді неба, хмap, поведінці тварин, рослин тощо. Наприклад, роса вранці або туман в долинах - на добру погоду.

При завбаченнях погоди користуються передусім методом екстраполяції в часі й просторі на підставі зіставлення синоптичних карт. Іноді уточнюються результати за картами багатьох попередніх років виходячи із законів динаміки і термодинаміки атмосфери.

Отже ми можемо зробити висновок, що синоптичний аналіз і передбачення(прогноз) погоди є дуже важливими у нашому житті,як на 1 - 2 доби- називаний короткостроковим, так і на тиждень, декаду, місяць, сезон -названий довгостроковим. Тепер ми знаємо що для завбачення погоди на 1 добу потрібні відомості на території всієї країни або материка, на 2 доби - відомості про всю півкулю, а на 3 доби - відомості про стан атмосфери на всій Земній кулі.

2. Повітряні маси

2.1 Екваторіальне повітря (ЕП) - повітряні маси, що утворюються в смузі зниженого тиску - формується в екваторіальних широтах, характеризується високою температурою та великим вмістом вологи як над сушею, так і над морями.

2.2 Тропічне повітря(ТП) - повітряні маси, що утворюються в смузі високого тиску Континентальне тропічне повітря (КТП) - формується над материками в тропічних широтах та надтропічними пустелями (пустелі Сахара, Аравії, Тар, Калахарі), а влітку в субтропіках і на півдні помірних широт (південь Європи, Середня Азія і Казахстан, Монголія, Північний Китай); воно сухе, запилене і має високу температуру. Морське тропічне повітря (МТП) - утворюється над тропічними акваторіями океанів і характеризується високими температурами і високою вологістю, хоча відносна вологість знижена.

2.3 Помірне повітря (ПП). - повітряні маси, що утворюються помірних широтах.Континентальне помірне повітря (КПП) - формується над материками помірних широт, узимку - сильно охолоджене і стійке з ясною морозною погодою, влітку сильно прогрівається. Морське помірне повітря (МПП) - формується в областях низького тиску над океанами в середніх широтах і переноситься західними вітрами та циклонами на материки; відрізняється великою вологістю й помірними температурами; взимку приносить відлигу, а влітку прохолодну похмуру погоду.

2.4 Арктичне (антарктичне) повітря(АП) -- повітряні маси, що утворюються над Арктикою й Антарктидою в області високого тиску Континентальне арктичне повітря (КАП) - формується над крижаною Арктикою, Таймиром, басейном Колими, Чукоткою і північною Канадою - взимку, а континентальне Антарктичне повітря (КанП) - над Антарктидою. Це повітря характеризується низькими температурами, малою вологістю, великою прозорістю, стійкістю. Взимку воно приносить в помірні широти сильні морози, а навесні та восени заморозки. Морське арктичне повітря (МАП) - формується в основному в Європейській Арктиці, над вільними від криги морями і океаном й відрізняється більшою вологістю і дещо вищою температурою, при надходженні на охолоджений материк узимку воно викликав невелике короткочасне потепління.

Поверхню або смуту, яка поділяє повітряні маси, називають атмосферним фронтом. Поверхня фронту завжди нахилена, тут різко змінюються температури, вітер, вологість і тиск. Там, де фронтальна поверхня перетинається з земною поверхнею, проходить лінія фронту. Розрізняють теплі й холодні фронти. Якщо лінія фронту рухається в бік холодного повітря, що відступає у вигляді клина і звільняє місце для теплого повітря, яке, в свою чергу, піднімається вверх по схилу холодного повітря, такий фронт називають теплим. При висхідних потоках теплого повітря відбувається його адіабатичне охолодження, конденсація водяної пари, утворення хмар: перистих, перисто-шаруватих, високошаруватих і шарувато-дощових. Смуга фронтальної хмарності може сягати 800 км, в тому числі, шарувато-дощових хмар, які дають опади, до 800 км .

Якщо лінія фронту зміщується в бік теплого повітря. виникає тупий клин холодного повітря, перед яким відступає і пересувається вверх тепле повітря, фронт називають холодним. На цьому фронті висхідні підняття значно потужніші, й тут утворюються купчасто-дощові хмари з інтенсивними опадами і грозами, за якими йдуть шарувато-дощові хмари з опадами меншої активності, а потім високошаруваті і перисто-шаруваті - без опадів.

Між основними зональними типами повітряних мас виникають головні кліматичні фронти: арктичний, полярний, тропічний

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Багров Н.А, Кондратович К.В., Педь Д.А., Угрюмов АИ. Долгосрочные метеорологические прогнозы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985.- 341 с.

2. Бауман И.А, Кондратович КВ., Савичев АИ. Практикум по ДПП. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979.-104 с.

3. Гидродинамические методы прогноза циркуляции атмосферы на декаду и месяц/ Под редакцией Ефимова В. А - Труды ГМЦ СССР, вып. 285, 1987.-219 с.

4. Гире А А, Кондратович К.В. Методы долгосрочных прогнозов погоды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1978.- 343 с

5. Теоретические основы прогноза погоды на средние сроки. Сборник переводных статей. /Под ред. Гандина. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979.-138