Реферат: Синоптическая метеорология

ПЛАН

1. Из истории развития Синоптической метеорологии…….2

2. Синоптическая метеорология……………………………..4

3. Атмосферные фронты и барические системы……………6

4. Прогноз погоды…………………………………………….10

5. Литература………………………………………………….13

1. Из истории развития синоптической метеорологии

Прежде чем мы обратимся к современным методам прогнозов погоды, позвольте для начала пару определений и немного из истории вопроса.

Прогнозы погоды (П.п.) составляются методами синоптической метеорологии.

Синоптическая метеорология С.М .(от греч. synoptikos – способный всё

обозреть), - раздел метеорологии, изучающий атмосферные процессы, определяющие условия погоды и их изменения с целью разработки методов прогноза погоды.

Первые попытки предвидения погоды, основанные на местных признаках, относятся к глубокой древности. Обычно, столь «выгодным» делом занимались колдуны, шаманы, знахари, жрецы, то есть люди в своём окружении талантливые и наблюдательные. Передавая знания и опыт своим последователям они подмечали какие местные признаки (ветер со стороны на которой мох у деревьев- к похолоданию, иногда не выпавшая утром роса на траве- к образованию тумана, перемена ветра перед сильным дождём и т.д.), означают то или иное состояние погоды. Были в их предсказаниях и ошибки, но их списывали на волю богов, которым поклонялся данный народ. Мы - дети своей истории, зайдите сейчас на пороге ХХI века в любой метеорологический центр и вы услышите от людей не связанных с этой профессией в обращении к синоптикам: «Что наколдовали шаманы?, Я вам бубен принёс, Ну что, боги погоды ?».

В 350 – г.г. до н. э. древнегреческий философ и учёный Аристотель одним из первых научно обосновал и написал логический трактат «О метеорологических вопросах».

После изобретения в ХVII веке барометра, делались попытки предсказания погоды по изменению атм.давления в данном пункте, но единичные данные не давали общей картины для анализа процессов происходящих в атмосфере. Первую попытку построения прогнозных карт предпринял в 1826г. немецкий учёный Г.В. Брандес. Но только изобретение телеграфа создало предпосылки для широкого развития синоптического метода и позволило создать службу погоды . Практическим толчком к этому послужила буря 14 февраля 1854, во время которой в Балаклавской бухте погибло много кораблей англо-французкого флота, действовавшего на Чёрном море в период Крымской войны (1853-1856г.). Французкий учёный Урбен Жан Жозеф ЛЕВЕРЬЕ астроном, член Парижской АН который всю жизнь занимался небесной механикой, вопросами устойчивости Солнечной системы. Будучи к этому моменту директором Парижской обсерватории проследил перемещение этой бури в Европе по данным имевшихся наблюдений и пришёл к выводу, что её можно было своевременно предсказать при условии обмена данными наблюдений между разными странами.

В Главную физическую обсерваторию в Петербурге метеорологические телеграммы начали поступать в 1856г., а в 1872г. в России под руководством М.А. Рыкачёва начато издание ежедневного бюллетеня погоды. Первое штормовое предупреждение по Балтийскому морю было дано 10 октября 1874г.

Ещё до организации службы погоды Г.В. Дове (1837) в Германии пришёл к выводу, что изменения погоды в умеренных широтах объясняются последовательной сменой полярных и экваториальных потоков воздуха и что все атм.движения имеют вихревой характер.

В 60-х гг. английский учёный Р. Фицрой Вице-адмирал, тот самый что возглавлял океанографическую экспедицию на корабле «Бигл», в которой участвовал Ч. Дарвин; во время этой эксп. были произведены съёмки берегов Патагонии, Огненной Земли и Магелланова пролива. Развивая воззрения Дове, Фицрой доказал, что, в атмосфере умеренных широт всегда обнаруживаются перемежающиеся течения полярного и тропического воздуха, на границах между которыми возникают циклоны.

В 20-е годы ХХв. Норвежские учёные В. Бьеркнес, Т. Бержерон и др. более точно сформулировали представления о воздушных массах и атмосферных фронтах, предложили схемы эволюции циклонов и антициклонов и развили волновую теорию циклогенеза. Циклогенез - процесс возникновения и развития циклона, Антициклогенез – процесс возн. и разв. антициклона.

Дальнейшее развитие С.М. происходило под знаком внедрения в синоптич. анализ аэрологических наблюдений, ставших возможными после изобретения радиозонда, первая конструкция к-рого была предложена П.А. Молчановым. В конце 40 -нач. 50-х гг. рост аэрологич. сети и увеличение высоты подъёма радиозондов позволили обогатить С.М. новыми представлениями, в частности о струйных течениях. С 50-х гг. также интенсивно развивались методы описания и прогноза атм. процессов с помощью составления и численного решения уравнений атм. гидротермодинамики.

В 60-е гг. начался новый этап развития С.М. 28 февраля 1967. запущен первый метеорологический спутник. На базе гидродинамич. теории и численных методов анализа, прогноза полей давления, температуры и ветра оказалось возможным перейти к рассмотрению атм. процессов в целом, в масштабе всей планеты (Дж. Смагоринский и др.,США) и численному краткосрочному а также долгосрочному прогнозу общего характера погоды для больших территорий.

И наконец 90-е г.г. подарили С.М. персональные компьютеры с их мобильностью, и мировой метеорологической сетью. Что позволяет современным метеорологическим службам значительно повысить наглядность, качество и оперативность прогнозов погоды.

2. Синоптическая метеорология

С.м. изучает, те атмосферные процессы, которые развиваются на обширных территориях и по масштабам относятся к звеньям общей циркуляции атмосферы.

Исследования этих процессов опираются на физические законы, определяющие изменения свойств воздуха и его движение; при этом учитываются широта места, с которой связано количество притекающей солнечной энергии, а также характер и свойства подстилающей поверхности (суша, характер её рельефа, море), реализующей эту энергию.

Циркуляция атмосферы (Ц.а.) – система крупномасштабных воздушных

течений над земным шаром.

В тропосфере сюда относятся пассаты, муссоны, воздушные течения, связанные с циклонами и антициклонами, в стратосфере – преимущественно западные переносы воздуха с наложенными на них длинными волнами. Создавая перенос воздуха, а с ним тепла и влаги из одних широт и регионов в другие, Ц.а. является важнейшим климатообразующим процессом. Характер погоды и его изменения в любом месте Земли определяются не только местными условиями теплооборота между земной поверхностью и атмосферой, но и Ц.а.

Существование Ц.а. обусловлено неоднородным распределением атмосферного давления (наличием барического градиента ), вызванным прежде всего неодинаковым притоком солнечной радиации в различных широтах Земли и различными физическими свойствами земной поверхности, особенно в связи с её разделением на сушу и море. Неравномерное распределение тепла на земной поверхности и обмен теплом между ней и атмосферой приводят в результате к постоянному существованию Ц.а., энергия которой расходуется на трение, но непрерывно пополняется за счёт солнечной радиации.

Вследствие силы Кориолиса движение воздуха при общей Ц.а. является квазигеострофическим, т.е. оно достаточно близко к геострофическому ветру, направленному по изобарам, перпендикулярно барическому градиенту. А т.к. атмосферное давление распределяется над земным шаром в общем зонально (изобары близки к широтным кругам), то и перенос воздуха имеет зональный характер. Распределение атм.давления над земной поверхностью, а с ним и течения Ц.а. зональны лишь в общих чертах. В действительности Ц.а. находиться в непрерывном изменении как в связи с сезонными изменениями в распределении источников и стоков тепла на земной поверхности и в атмосфере, так и в связи с циклонической деятельностью которая осуществляет обмен воздуха между низкими и высокими широтами Земли. В низких широтах Земля получает больше тепла от Солнца, чем теряет его путём собственного излучения, в высоких широтах – наоборот. Междуширотный обмен воздухом приводит к переносу тепла из низких широт в высокие и холода из высоких широт в низкие, чем сохраняется тепловое равновесие на всех широтах Земли.

Поскольку температура воздуха в тропосфере в среднем убывает от низких широт к высоким, атмосферное давление в среднем также убывает в каждом полушарии от низких широт к высоким. Поэтому начиная примерно с высоты 5км , где влияние материков, океанов и циклонической деятельности на структуру полей давления и движения воздуха становится малым, устанавливается западный перенос воздуха (отсюда «погода к нам идёт с запада») см (рис 1, а), почти над всем земным шаром (за исключением при экваториальной зоны).

В верхней тропосфере Выше 20км северным У земной поверхности

и нижней стратосфере летом

с с с

низкое высокое высокое

низкое

высокое

высокое

высокое низкое

высокое

низкое

низкое низкое высокое

Рис.1 а ю б ю в ю

Схема зональных переносов при общей циркуляции атмосферы (на различной высоте над земной поверхностью).

Зимой в данном полушарии западный перенос захватывает не только верхнюю тропосферу, но и всю стратосферу и мезосферу. Однако летом стратосфера над полюсом сильно нагревается и становиться значительно теплее, чем над экватором, поэтому меридиональный градиент давления начиная примерно с 20км меняет своё направление и зональный перенос воздуха соответственно меняется с западного на восточный см (рис.б).

У земной поверхности и в нижней тропосфере зональное распределение давления сложнее, поскольку оно в большей степени определяется циклонической деятельностью. В процессе последней циклоны, перемещаясь в общем к востоку, в тоже время отклоняются в более высокие широты, а антициклоны – в более низкие. Поэтому в нижней тропосфере (и у земной поверхности) образуются две субтропические зоны повышенного давления по обе стороны от экватора см (рис.в),вдоль которого давление понижено (экваториальная депрессия); в субполярных широтах образуются две зоны пониженного давления (субполярные депрессии); в самых высоких широтах давление повышено. Этому распределению давления соответствуют западный перенос в средних широтах каждого из полушарий и восточный перенос в тропических и высоких широтах.

Теперь, когда мы разобрались с общей циркуляцией атмосферы «опустимся» с небес на землю.

Между подстилающей поверхностью и атмосферой существует непрерывный обмен теплом , влагой и примесями разного рода. В различных областях Земли под влиянием теплообмена с земной поверхностью формируются воздушные массы тропосферы с разными свойствами ; пограничные зоны между ними при определённых условиях превращаются в резкие атмосферные фронты.

3. Атмосферные фронты и барические образования.

Атмосферные фронты А.ф.– промежуточные, переходные зоны между

воздушными массами в тропосфере.

Зона А.ф. очень узка по сравнению с разделяемыми ею воздушными массами, поэтому её приближённо рассматривают, как поверхность раздела двух воздушных масс разной температуры и называется фронтальной поверхностью. По той же причине на синоптических картах А.ф. изображают в виде линии (линия фронта). Если бы воздушные массы были неподвижны, поверхность А.ф. была бы горизонтальной, с холодным воздухом внизу и теплым над ним, но поскольку обе массы движутся, она располагается наклонно к земной поверхности, причём холодный воздух лежит в виде очень пологого клина под тёплым. Тангенс угла наклона фронтальной поверхности (наклон фронта) – порядка 0,01гр . Размеры А.ф.: по горизонтали - от 500км до 5000км и более, по вертикали - до высот 5000 – 7000м . На картах погоды: тёплый А.ф. наносят линией красного, холодный А.ф.- синего, а фронт окклюзии коричневого цвета.

А.ф. характерны для внетропических широт Земли, в особенности для умеренных широт, где между собой граничат основные воздушные массы тропосферы. Основная причина возникновения А.ф. - фронтогенез – наличие таких систем движения в тропосфере, которые приводят к сближению (сходимости) масс воздуха, обладающих разной температурой. Первоначально широкая переходная зона между воздушными массами становится при этом резким фронтом. В процессе общей циркуляции атмосферы между воздушными массами разных широтных зон с достаточно большими контрастами температуры возникают длинные (тыс. км ), вытянутые преимущественно по широте главные фронты – арктические, антарктические, полярные, на которых происходит образование циклонов и антициклонов .

Циклон (Ц.) - (от греч. kyklon – кружащийся, вращающийся), атмосферное

возмущение с пониженным давлением в центре и вихревым движением воздуха. На картах обозначается буквой Н .

Различают Ц. внетропические и тропические. Последние обладают особыми свойствами и возникают гораздо реже. Минимальное атмосферное давление в Ц. приходится на центр Ц., к периферии оно растёт, т.е. горизонтальные барические градиенты направлены снаружи циклона внутрь. Замкнутые изобары (линии равного давления) неправильной, но в общем овальной формы ограничивают область пониженного давления (барическую депрессию ) поперечником от нескольких сотен км. до 2-3 тысяч км . В этой области воздух находится в вихревом движении. В свободной атмосфере, выше пограничного слоя атмосферы (ок.1000 м ) он движется приблизительно по изобарам, отклоняясь от барического градиента на угол, близкий к прямому, вправо в Северном полушарии и влево в Южном (вследствие влияния отклоняющей силы Кориолиса и центробежной силы, возникающей при движении по криволинейным траекториям). У земной поверхности ветер образует с барическим градиентом угол порядка 60гр, т.е. к вращательному движению воздуха присоединяется течение воздуха вовнутрь Ц. (рис 4). Скорости ветра в Ц. сильнее, чем в смежных областях атмосферы ; иногда они достигают более 20 м/с (шторм) и даже более 30 м/с (ураган). В связи с восходящими составляющими движения воздуха, особенно вблизи фронтов, в циклонах преобладает облачная погода и выпадает основная часть осадков. Вследствие вихревого движения воздуха в область Ц. втягиваются различные по температуре воздушные массы из разных широт Земли. С этим связана температурная асимметрия Ц.; в различных его секторах температуры воздуха различны. С высотой изобары теряют замкнутую форму. Это происходит в зависимости от стадии развития Ц. и распределения температуры в нём. В начальной стадии развития подвижной (фронтальный) Ц. охватывает лишь нижнюю часть тропосферы. В стадии наибольшего развития Ц. может распространяться на всю высоту тропосферы и даже простираться в нижнюю стратосферу.

Подвижные циклоны перемещаются в атмосфере в общем с З. на В. В каждом отдельном случае направление перемещения определяется направлением общего переноса воздуха в верхней тропосфере. Средние скорости перемещения Ц. порядка 30-45 км/ч , но встречаются Ц., которые движутся быстрее (до 100км/ч ).

Перемещаясь, Ц. способствует переносу тёплого воздуха в передней (восточной) части к высоким широтам и холодного воздуха в тыловой части (западной) к низким широтам. В южной части Ц. в нижних слоях создаётся тёплый сектор, ограниченный тёплым и холодным фронтами (стадия молодого Ц.),(рис.5). В последующем, при смыкании холодного и тёплого фронтов (окклюзия Ц.) происходящего вследствие большей скорости холодного фронта нежели тёплого он всегда догоняет последний, смешиваясь, они образуют сложный фронт именуемый фронтом окклюзии . Тёплый воздух оттесняется холодным от земной поверхности в высокие слои. Тёплый сектор ликвидируется и в Ц. устанавливается более равномерное распределение температуры (стадия окклюдированного Ц.) (рис.6). Запас энергии, способной превратиться в кинетическую, в Ц. иссякает; Ц. затухает, размывается или объединяется с другим Ц.(стадия старого Ц.), (рис.7).

ХВ

ТВ

Рис.5. Стадия молодого циклона

тёплый фронт

Рис. 4. Схема циклона в Северном холодный фронт

полушарии: линии - изобары, - тёплый воздух

стрелки - направление ветра. – холодный воздух

ХВ

ТВ

Рис.6.Стадия окклюдированного Рис.7.Стадия старого (размывающегося)

циклона циклона. Он заполняется на месте.

- фронт окклюзии

На главном фронт обычно развивается серия (семейство) циклонов, состоящая из нескольких Ц., перемещающихся один за другим. В конце развития серии отдельные ещё не затухшие Ц., объединяясь, образуют обширный, малоподвижный, глубокий и высокий центральный Ц., состоящий из холодного воздуха по всей своей толщине. Постепенно и он затухает. Одновременно с образованием Ц. возникают между ними промежуточные антициклоны с высоким давлением в центре. Весь процесс эволюции отдельного Ц. занимает несколько дней; серия циклонов и центральный Ц. могут существовать одну-две недели. В каждом полушарии в каждый момент можно обнаружить несколько главных фронтов и связанных с ними серий Ц.; общее число Ц. за год составляет много сотен над каждым полушарием. Ц. несёт нам пасмурную, дождливую (снежную) ветреную в передней и южной части тёплую погоду.

Ветер в А. дует, огибая центр А, в Северном полушарии по часовой стрелке, в Южном – против часовой стрелки, образуя тем самым гигантский вихрь (рис.8г). Размер А. в поперечнике порядка тысяч км . А. несёт нам ясную, солнечную, (зимой морозную) безветренную погоду.

4. Прогноз погоды.

Теперь, когда мы с вами имеем минимальный багаж знаний о процессах происходящих в атмосфере, попробуем перейти наконец к главному вопросу нашей темы. Так что такое прогноз погоды ?

ПРОГНОЗ ПОГОДЫ (П.п.) - научно обоснованное предвиденье изменений

погоды, являющиеся результатом анализа крупномасштабных атмосферных (атм.) процессов, и применения известных науке закономерностей их развития.

Прогнозы погоды (П.п.) составляются метеорологическими подразделениями и службами практически всей планеты. Для сбора и передачи метеоинформации между собой, используется универсальный (международный) метеорологический код.

П.п. делятся на краткосрочные (от нескольких часов до 1-2 сут. ), долгосрочные малой заблаговременности (3-10 сут. ), долгосрочные большой заблаговременности (на месяц и более). П.п. составляются для терр. (область, край, страна, акватории морей и т.п.), а также отд. населённых пунктов, аэропортов, авиатрасс, автомоб. и ж.-д. магистралей и т. п.

П.п. подразделяются на специализированные , предназначенные для спец. пользователей (авиация, судоходство, рыбный промысел, сельское х-во и т.д., и общего пользования – для населения.

Пример № 1 Спец.прогноза 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 500-800м, начале 200-300м. Нв 5-6км кучево-дождевой 9 -10км. Дымка в первой половине срока Дождь, Гроза, Болтанка сильной интенсивности, Статич. электр-во. Видимость 6-10км дожде 3-4км. Ветер в слое 1,5-9км 240-260гр 50-70км/ч. Ветер у земли 120-140гр с 13-14час переход 190-210гр 5-8м/с порывы 7-10м/с. Тем-ра +5+8гр.

Пример № 2 П.п. Общего пользования :

Завтра ожидается : Облачная погода, местами Дождь, Гроза. Тем-ра +5+8гр.

Пример №2 это повседневный прогноз который мы слышим каждый день в СМИ и даётся он по очень большой площади т.е. не конкретно.

К первыму относятся также предупреждения об опасных явлениях погоды (ОЯП) в авиации их называют штормовыми (гроза, смерч, шквал, град, сильное обледенение, гололёд, туман, метель, сильный ветер, пыльная буря, заморозки и др.),которые могут вызвать затруднения в работе отдельных отраслей жизнедеятельности человека или причинить ущерб, а также угрожать безопасности населения.

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

Особо опасными явлениями 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, водоёмах 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 свойства ;

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

- В краткосрочных П.п . и предупреждениях ожидаемые условия погоды указываются более детально, чем в долгосрочных. Так, напр., в П.п. для авиации сообщаются ожидаемые условия погоды на высоте полёта самолёта (вид и количество облачности, направление и скорость ветра, зондирование атмосферы, наличие таких ОЯП как болтанка, обледенение, грозовые разряды). В аэропорту посадки (высота нижней границы облаков, видимость, направление и скорость ветра, температура воздуха, наличие осадков).

- В долгосрочных П.п . малой заблаговременности характер погоды на предстоящий период описывается в более общем виде: преобладание ясной или облачной погоды, возможность выпадения осадков, пределы дневных и ночных температур, резкие изменения погоды, преобладающее направление и скорость ветра. П.п. на месяц содержит знак и величину отклонения средней месячной температуры и осадков от нормы, а также указания периодов наиболее существенных изменений погоды: похолоданий и потеплений, переходов от сухой к ненастной погоде и т.п.

- Как мы уже оговорились в начале, П.п. составляются методами синоптической метеорологии . Для этой цели по данным наблюдений метеорологических и аэрологических станций готовят синоптические карты погоды для разных уровней атмосферы , от земной поверхности до высоты 30км .

Метеорологические наблюдения – наблюдение за погодой у земли.

Облачность, явления погоды (снег, дождь и т.п.), напр. и скорость ветра, видимость, температуру, влажность, давление и т. д.

Аэрологические наблюдения - зондирование атмосферы. Аэрологический

Радиолокатор принимает сигналы с поднимающегося в атмосферу радиозонда , что позволяет измерить напр. и скорость ветра, температуру, давление и влажность до 30-40км.

Повсеместно используется информация, получаемая от метеорологических спутников. Анализ этого материала позволяет вывить на картах погоды крупные атмосферные образования: воздушные массы, разделяющие их фронты, циклоны и антициклоны и пр., с движением и эволюцией которых связаны основные изменения погоды.

На сегодняшний день крупными зональными центрами вся поступающая метео. и аэро. информация собирается и обрабатывается на мощных компьютерах. С помощью соответствующих программ машина составляет всевозможные синоптические, аэрологические, спутниковые корты погоды. Кроме того, с помощью компьютера создаются прогностические карты погоды, на которых нанесено будущее положение барических систем, фронтов, осадков, опасных явлений погоды, вероятных температур и т.д. на сутки, двое – до недели.

Эти методы дают представление об общем фоне погоды, который детализируется синоптиком для местных условий (близость морей, крупных рек, промышленных объектов с их дымами и теплом и т.д.). Анализируя реальное и будущее положение синоптических процессов на интересующей его территории синоптик составляет прогноз погоды на интересующий потребителя срок.

Точность всех прогнозов в пределах периода, на который они составляются, убывает со временем. В среднем из 100 краткосрочных П.п. или долгосрочных прогнозов малой заблаговременности оправдываются более 80 прогнозов. Основная причина наиболее крупных ошибок – неточности в расчётах барического поля, направления и скорости перемещения циклонов и атм. фронтов, а также их эволюции; эти ошибки обусловлены несовершенством применяемых методов (меняющаяся экология, постоянное загрязнение атмосферы, общее потепление на планете и др.), отсутствием достаточной информации с океанов и малонаселённых территорий, в особенности же из высоких слоёв атмосферы. Методы долгосрочных П.п. большой заблаговременности находятся в постоянной разработке, а сами прогнозы не обладают нужным качеством. Достаточно точный долговременный П.п. – одна из труднейших задач человечества.

Используемая литература:

1. С. Питерсен «Анализ и прогнозы погоды» пер. с англ. 1961 г.

2. А.С. Зверев «Синоптическая метеорология» 1968 г.

3. С.П. Хромов «Основы синоптической метеорологии» 1948 г.

4. Э. Пальмен, Ч. Ньютон «Циркуляционные системы атмосферы»

пер. с англ. 1973 г.

5. М.И. Юдин «Новые методы и проблемы краткосрочного

прогноза погоды» 1993 г.

6. В.И. Воробьёва (редактор) «Практикум по синоптической

метеорологии» 1983 г.