Элементы синоптического анализа для прогноза погоды

Прогноз погоды составляется на основе научных знаний, данных наблюдений за атмосферой, и возможностей компьютера. Для прогноза погоды необходимы надежные компьютерные математические модели динамики атмосферы. Непосредственные наблюдения сети гидрометеорологических станций по всему Земному шару обеспечивают эти модели необходимыми для их калибровки (настройки) данными и служат для расчета характеристик будущей погоды.

Система получения гидрометеорологической подразделяется на наземную и космическую подсистемы.

Гидрометеорологические данные получают из всех доступных районов Земли – с наземных и морских метеорологических станций и постов, с помощью самолётов, шаров-пилотов и шаров-зондов, радиозондов, метеорологических ракет и искусственных спутников Земли. В России наземную подсистему получения данных обеспечивают:региональные управления погидрометеорологии и подчиненные им центры по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, гидрометеорологические обсерватории, гидрометеорологические бюро, авиационные метеорологические центры, сотни авиаметеорологических станций, тысячи гидрометеорологических станций и постов, более сотни аэрологических станций, действующие станции в Антарктиде, ионосферно-магнитные, озонометрические и радиометрические станции, станции контроля загрязнения атмосферного воздуха.

Составной частью создания прогноза является анализ карт, показывающих структуру атмосферы по горизонтали и по вертикали. На их основе специалист может оценить развитие и движение синоптических объектов.

Сведения каждой метеорологической станции о погоде наносят на синоптические карты по установленным схемам, обязательным для всех учреждений службы погоды.

Синоптическая карта (карта погоды) – это географическая карта, на которую цифрами и определёнными символами нанесены данные одновременных наблюдений за погодой у поверхности Земли и на определённых уровнях атмосферы. Синоптические карты дают возможность изучать макромасштабные атмосферные движения, пространственные размеры которых соизмеримы по площади с материками и океанами или их частями, и условия погоды над любым районом Земного шара, где собрана метеорологическая информация. Такие карты регулярно составляются в подразделениях службы погоды по несколько раз в день (рис. 5.43).

Карты погоды различают в зависимости от уровня в атмосфере, для которого составляется карта (приземные или высотные), а также от сроков их составления(основные и дополнительные).

Приземные карты погодысоставляются по результатам метеорологических наблюдений, передаваемых наземными и морскими метеорологическими станциями. На приземные карты погоды наносится большой комплекс метеорологических величин и явлений погоды, поэтому они являются наиболее информативными.

Высотные карты погоды составляются на основе данных аэрологических станций, и дают представление о состоянии атмосферы на различных уровнях. Высотные карты погоды – это карты топографические, в качестве основного элемента наносят не давление на каком-либо уровне атмосферы, а высоту, где давление принимает определённое значение (т.е. высоту стандартной изобарической поверхности), например, поверхности в атмосфере, где для всех точек зондирования давление воздуха составляет 850 гПа или 700 гПа или др. Поэтому высотные карты погоды называют картами барической топографии.

Основные карты погоды составляются по данным за основные сроки наблюдений: 00, 06, 12 и 18 часов Гринвичского времени, масштаб карт 1:15000000, 1:20000000.

Рис. 5.43. Карта погоды на 7 февраля 2011 с сайта Среднесибирского УГМС (условные обозначения см. ниже по тексту)

Дополнительные карты погоды, или кольцевые, составляются на основе данных в промежуточные сроки (03, 09, 15 и 21 час по Гринвичу). Масштаб кольцевых карт меньше – 1:5000000.

Значимы в работе синоптиков 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. Для анализа атмосферных процессов и прогноза погоды используют также аэрологические диаграммы, графики, радиолокационные карты, спутниковые снимки.

Кроме макромасштабных атмосферных движений выделяют: мезомасштабные (среднемасштабные) движения, порядка 10–100 км, продолжительностью порядка суток, связанные, например, с бризами и фёнами, образованием облачных гряд и скоплений, облачными ячейками, грозовыми возмущениями; и микромасштабные (мелкомасштабные), порядка до 10 км, продолжительностью менее суток, обусловленные местными орографическими воздействиями, мелкомасштабными вихрями.

На карте погоды в отведённом для этого месте указаны число, месяц, год и час, для которого составляется данная карта. Положение сухопутной станции определяется её номером, положение судна его координатами.

Данные каждой метеорологической станции нанесены в соответствующем кружке (пуансоне), если высота станции более 500 м над уровнем моря, кружок помещён в квадрат, если станция автоматическая, кружок помещён в треугольник.

Значения метеорологических элементов располагаются на площади 1–1.5 см² по широте данного места вокруг кружка станции, диаметр которого составляет 1.5 мм (рис.5.44). Элементы двух соседних станций не должны сливаться. Если информация о каком-либо метеорологическом элементе отсутствует, его место на схеме остается свободным.

Рис. 5.44. Схема размещения отдельных метеорологических элементов и явлений погоды на приземной синоптической карте

Кружком обозначается местоположение пункта наблюдения, внутри этого кружка (N) показывается степень закрытия неба облаками по восьмибальной шкале ( – безоблачно, – 1 из 8 частей неба покрыта облаками (1/8), – 2/8, – 3/8, – 4/8, – 5/8, – 6/8, – 7/8, – 8/8 (сплошная облачность), - Обозначение употребляется, когда небо скрыто дымкой и/или туманом, что не дает определить количество облаков на нем

C_H, C_M, C_L – форма облаков верхнего, среднего и нижнего ярусов; N_h – количество низких облаков, h – их высота;

ТТtт – температура воздуха, целые (ТТ) и десятые (tт) доли градуса Цельсия; T_dT_dt_d – точка росы, целые (TdTd) и десятые (td) доли градуса Цельсия;

WW – погода в срок наблюдения;

VV – горизонтальная дальность видимости. Изображается цифрами кода от 00 до 50 – видимость от 0 до 5 км, например, цифра 14 означает видимость 1,4 км; цифрами от 56 до 80 видимость от 6 до 30 км, например 56 – 6, 61 – 11, 79 – 29 км; цифрами 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88 – 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70 км соответственно; цифрой 89 – более 70 км; цифрой 90 – менее 50 м; цифрой 91 – 50, 92 – 200, 93 – 500 м, 94 – 1, 95 – 2, 96 – 4, 97 – 10, 98 – 20, 99 – 50 км и более;

РРР – атмосферное давление в десятках, единицах и десятых долях гПа (если трехзначное число начинается, с 5 или большей цифры, то при расшифровке следует впереди поставить цифру 9, а если число начинайся с 4 или меньшей цифры, впереди следует поставить цифру 10); pp – величина барической тенденции за последние три часа, в гПа (целые и десятые доли), при росте давления знак не ставится, при падении давления знак «-» ставится обязательно, а – характеристика изменения давления воздуха;

dd – направление и ff – скорость ветра, скорость ветра в метрах в секунду, изображается в виде оперения у конца стрелки направления ветра под углом к ней примерно 120° и черного треугольника; короткое перо соответствует скорости ветра 2,5 м/с, длинное - 5, черный треугольник - 25 м/с. Например, обозначает ветер скоростью 32,5 м/с.

Н – область низкого давления (циклон), В – область высокого давления (антициклон), : – дождь, ^,, – морось, * – снег, = – дымка, – туман,

R – гроза, – метель, – теплый фронт, – холодный фронт, – фронт окклюзии

После дешифрирования метеорологической информации и нанесения данных на карту, производится анализ карт погоды (проведение изобар, изотерм и т.д.). Обработанная синоптическая карта показывает совокупность различных синоптических объектов (объектов погоды), а ряд последовательных карт погоды показывает синоптический процесс. Можно проследить значения одной и той же величины, в различных пунктах, на разных высотах за один и тот же момент времени; различных метеорологических величин в одном и том же пункте, в разных пунктах, на разных высотах за один и тот же момент времени; метеорологических величин в последовательные моменты времени.

На приземной карте погоды проводят изобары (изолинии атмосферного давления) и изаллобары (изолинии барической тенденции), обозначают центры циклонов, антициклонов, областей падения и роста давления, выделяют зоны осадков и явлений погоды, определяют положение атмосферных фронтов, строятся траектории барических образований за предыдущие 12–24 часа.

На картах барической топографии проводят изогипсы (линии равных геопотенциальных высот), изаллогипсы (линии равных изменений геопотенциальных высот за последние 12 или 24 часа), выделяют сухие и влажные воздушные массы. Обработку высотных карт погоды проводят последовательно, начиная с карт нижних уровней. Первой обрабатывают карту АТ₈₅₀, затем карты АТ₇₀₀, АТ₅₀₀ и т.д.

Синоптический метод – метод анализа и прогноза атмосферных макропроцессов и условий погоды с помощью синоптических карт и различных вспомогательных материалов (аэрологических диаграмм, вертикальных разрезов атмосферы и др.)

Синоптическая метеорология – учение об атмосферных процессах синоптического масштаба и предсказании погоды на основе их исследования.

Синоптический масштаб – масштаб атмосферных возмущений или движений, изучаемых с помощью синоптических карт. Это циклоны, антициклоны и связанные с ними воздушные течения.

Синоптические процессы – это возникновение, перемещение и изменение свойств синоптических объектов (воздушных масс, атмосферных фронтов, циклонов, антициклонов, барических и термических ложбин и гребней, очагов тепла и холода, струйных течений, высотных фронтальных зон и т.д.).

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

К трудностям синоптического метода относится отсутствие информации между станциями, в труднодоступных районах (нельзя забывать, что 3/4 Земли занимают океаны и моря), между стандартными поверхностями атмосферы, при этом опускаются многие важные явления погоды, возникает некоторая задержка анализа. Конечно, существуют различные методы, позволяющие полностью или частично устранить эти недостатки (интерполяция, экстраполяция, использование дополнительной информации – радиолокационной, спутниковой и т.д.).

Для оперативного прогноза на сутки для пункта или небольшого района необходимы данные с территории, радиусом не менее 1000 км, на 2 суток – 2000 км и т.д.

Синоптический прогноз – это прогноз синоптического положения и условий погоды с помощью синоптического метода, основным принципом которого является обзор синоптического положения за предыдущие сутки. Только имея правильное представление о предшествующем развитии атмосферных процессов, о перемещении и эволюции синоптических объектов за прошедший период, можно дать правильную оценку их текущего состояния и судить о тенденции их будущего развития.

С.П. Хромов писал (1934): «...синоптика не является сборником готовых рецептов. Предсказать погоду можно только изучая и понимая её, а не автоматически следуя готовым шаблонам».

Оправдываемость прогнозов – среднее за достаточно длительный период отношение числа оправдавшихся прогнозов к общему числу выпущенных.

Наиболее точными являются краткосрочные прогнозы погоды, на период до 2 суток (иногда до трех). Прогнозы на 10 суток и более относятся к долгосрочным прогнозам погоды. Промежуточное место занимают среднесрочные прогнозы. Оправдываемость среднесрочного прогноза постепенно уменьшается от третьего к четвёртому, пятому и последующим дням. Если прогноз на 5–7 суток при неактивных атмосферных процессах (например, обширный малоподвижный циклон или антициклон, малые пространственные контрасты температуры) может быть достаточно точным, то на период более 7 дней оправдываемость прогноза очень низкая. Связано это с накапливающимися ошибками в расчётах будущих положений барических образований и атмосферных фронтов.

По имеющимся оценкам, оправдываемость краткосрочных прогнозов погоды в 30-е годы ХХ в. составляла около 55 %. По данным за 1913 г. процент удачных прогнозов осадков в среднем для Европейской территории России равнялся 74 %, температуры воздуха – 85 %, штормов – для Балтийского моря – 81 %, для Белого моря – 94 %, Чёрного и Азовского – 76 %, Каспийского – 70%.

По данным RuMeteo.ru, в настоящее времяв среднем за год оправдываемость прогнозов погоды на период до 3 суток составляет 85–95 %, на период 3–10 суток – 75–85 %.

Практическая работа № 6