III. Навчальні питання

Вступ

В даний час існують 3 основні групи методів відновлення метеорологічних полів:

- чисельні методи;

- синоптичні методи;

- методи відновлення полів за допомогою супутникової інформації.

Відновлення чисельним і синоптичним методами здійснюється шляхом екстраполяції* полів метеорологічних елементів з району вихідного положення, де метеорологічної інформації вистачає для визначення синоптичного положення і синоптичних умов з необхідною деталізацією на район відновлення.

Район відновлення - це територія з рідкою мережею метеостанцій або їх повною відсутністю, над якою виконується відновлення метеорологічних полів.

1) Чисельні методи засновані на принципі вирішення рівнянь гідродинаміки і термодинаміки з використанням ЕОМ. Перевагою чисельних методів є об'єктивність аналізу синоптичної обстановки. Недолік - великі труднощі по їх використанню в оперативній роботі через необхідність виконання великого об'єму роботи і відсутності сучасних ЕОМ.

2) Синоптичні методи засновані на аналізі карт погоди, фізико- статистичних зв'язків і розрахунків, що не вимагають використання ЕОМ. Перевага - порівняльна простота і можливість використання в практичній діяльності метеопідрозділів.

3) Методи відновлення метеорологічних полів за рахунок супутникової

інформації засновані на взаємозв'язку полів хмарності з баричним полем та деякими іншими характеристиками стану атмосфери. Перевага методів – велика об’єктивність в порівнянні із синоптичними методами.

1. Відновлення баричного поля синоптичним методом.

Баричне поле – це просторове розподілення атмосферного тиску. На земній поверхні характеризується системою ліній рівного тиску – ізобар.

Визначення положення осей улоговин і гребенів, центрів баричних утворень в середині тропосфери визначається конфігурацією ізогіпс**.

Визначення баричного поля за межею відновлення починається з визначення поля абсолютного геопотенціалу в середній тропосфері. Причини:

1. На цих висотах перебудова баричного поля відбувається повільніше, ніж приземного поля;

2. Великомасштабні гребені і улоговини існують довше і зміщуються з

меншою швидкістю;

3. Геометрична структура поля геопотенціалу на цьому рівні набагато простіша в порівнянні баричним полем біля поверхні Землі;

4. Дрібні баричні утворення в середній тропосфері, як правило, відсутні, і поле геопотенціалу представлене улоговинами, що чередуються з гребенями.

*Екстраполяція – розповсюдження висновків, одержаних від спостереження за однією частиною явища, на іншу його частин

**Ізогіпси – це горизонталі, тобто лінії на карті, які з’єднують точки земної поверхні з однаковою абсолютною висотою, що в сукупності передають форму рельєф

Особливо добре ця властивість виявляється в тих випадках, коли вісі улоговин і гребенів проходять півночі на південь. При цьому середня відстань між зміщеними суміжними вісями улоговин і гребенів на рівні 500 гПа складає 30° довготи на широті 45°; 35° на широті 55° і 40° на широті 65°.

Ці характеристики поля геопотенціалу в першу чергу використовуються при певних положеннях вісей улоговин і і гребенів на рівні 500 гПА за різницею відновлення.

І. В тому випадку, якщо виміряні відстані між вісями улоговин і гребенів в районі вихідного положення, близькі по середньому значенню, то поля геопотенціалу відновлюються таким чином:

1. У районі вихідного положення знаходяться осі улоговин і гребенів, найближчих до межі відновлення і на φ= 45°, 65°, 55° визначається в градусах довготи відстань між ними.

2. Виміряні відстані відкладають від найближчої осі улоговини або гребеня вздовж φ у бік відновлення.

3. Отримані крапки поєднують і отримують вісь відновленого гребеня або улоговини.

II. Якщо виміряна відстань між вісями улоговин і гребенів в районі вихідного положення відрізняється від середнього значення більш ніж на 5° довготи, то виходять з наступного припущення: з переходом на район відновлення відстані між вісями суміжних улоговин і гребенів поступово наближаються до їх середніх значень. В цьому випадку положення відновлених вісей улоговин і гребенів розраховується шляхом послідовного зменшення або збільшення виміряної відстані на 5°.

Завершивши відновлення положення вісей улоговин і гребенів необхідно приступити до проведення ізогіпс. Це можна зробити, використовуючи характерні для поля геопотенціалу властивості симетрії ізогіпс по відношенню до вісей улоговин і гребенів. Це виконується таким чином:

5. У районі вихідного положення проводиться вісь до найближчої межі відновлення, вісь улоговини та гребеня, яка береться за вісь симетрії.

6. Кожну ізогіпсу, перехідну в район відновлення продовжують так, щоб вона була симетрична ділянці, розташованій по іншу сторону осі симетрії.

7. Ізогіпси проводять з таким розрахунком, щоб швидкість градієнтного вітру була не менша 100-120 км/год, що відповідає середній швидкості струменевої течії над Європою. Цей метод називається методом дзеркального відображення.

Якщо в баричному полі досить добре виражена ВФЗ, то напрям ВФЗ зазвичай різких змін не зазнає. Слід враховувати, що поблизу центральної частини ВФЗ густина ізогіпс на осі баричних улоговин має бути дещо більше, ніж на осі гребенів.

При відновленні поля геопотенціалу на рівні 500гПА необхідно враховувати наступні особливості:

- дуже часто поле абсолютного геопотенціалу буває представлено добре вираженим циклоном і антициклоном і має вигляд висотного деформаційного поля (ВДП), що складається з двох Ц і двох АЦ, розташованих в шаховому порядку. Тому, за наявності в районі вихідного положення трьох елементів ВДП, відсутній баричний елемент відновлюється як елемент, симетричний по розмірах і інтенсивності баричного утворення того ж знаку;

- у тих випадках, коли в районі вихідного положення є лише 2 елементи ВДП, відсутні баричні утворення відновлюються також із застосуванням симетрії ВДП, але вже відносно гіперболічної крапки. Інтенсивність відновлених баричних утворень по відношенню до однотипних в районі вихідного положення має бути різною. Оскільки в помірних широтах майже завжди Ц, розташовані в північній частині ВДП мають велику глибину і займають велику площу, ніж Ц в південній частині ВДП. Між АЦ існує зворотний зв'язок: у північній частині ВДП АЦ слабкіше.

При відновленні поля геопотенціалу на рівні 500гПа слід також враховувати взаємне розташування Ц і АЦ. В тому разі якщо висотний холодний Ц розташований північніше висотного теплого АЦ, то контрасти температури, бар. градієнти і швидкість вітру у ВФЗ між ними мають бути значно більшими, ніж тоді, коли Ц розташовано південніше АЦ.

Відновлення приземного баричного поля.

Відновлення приземного баричного поля (ВПБГІ) слід цочинати з аналізу синоптичних процесів у вихідному положенні. Він проводиться по синоптичних картах за декілька термінів. Визначаться положення баричних утворень, їх інтенсивність, еволюція, швидкість і напрямок руху. Потім проводиться відновлення приземних Ц і АЦ, які відновлюють елементи деформаційного поля методом дзеркального відображення.

При цьому необхідно враховувати наступні правила:

1. якщо в районі вихідного положення є 2 Ц, які є елементами однієї циклонної серії, то слід вважати, що відновлюється принаймні ще один Ц, що належить до цієї серії. Відновлення в цьому випадку виконується виходячи з припущення, що центри всіх Ц, що входять в серію, розташовуються на одній прямій і відстані між центрами однакові. Якщо в районі вихідного положення циклонічна серія представлена не 2-ма Ц, а великою кількістю рухомих Ц, то при визначенні положення відновленого Ц враховується лише останні 2 Ц;

2. за наявності в районі вихідного положення 1-го Ц у багатьох випадках вдається визначити положення наступного за ним Ц даної серії, розташованої за межею відновлення. В цьому випадку центр останнього розташовується зазвичай близько продовженню прямої, що сполучає точки, в яких центр Ц знаходився в терміни, що відрізняються інтервалом 12 годин. Для уточнення положення відновленого Ц слід відкласти уздовж вказаної прямої відстань в 1,5 разів що перевищує відрізок, що сполучає центри ізалобаричних центрів рухливого Ц;

3. якщо в районі вихідного положення, поблизу МВ, є широтно-орієнтована смуга підвищеного Р, то з великою упевненістю її можна продовжити за цей кордон на відстань 700-1000км, не змінюючи напряму.

Рекомендації:

1. якщо на північ і південь від смуги підвищеного Р є рухомі в широтному напрямі Ц, то смугу підвищеного Р можна продовжити до заходу за обріз карти на 2-3 тис .км;

2. якщо рухомий в широтному напрямі Ц є лише на північ від смуги підвищеного Р, а південніше неї активна циклонна діяльність не спостерігається, то смугу підвищеного Р можна продовжити до заходу на 1000 км. і далі її вісь поступово відхилювати на південь;

3. якщо активна циклонна діяльність спостерігається на південь від цієї смуги, а на північ її процеси малоактивні, то смугу підвищеного Р можна продовжити до заходу на 1000 км. і далі її вісь поступово відхилювати на північ;

4. При відновленні приземного баричного поля поблизу гірських масивів необхідно враховувати особливості перевалювання через них Ц. Вплив гір на зміну Р і еволюцію Ц залежить від висоти хребтів, крутості схилів і напряму руху Ц відносно гірської системи. Необхідно враховувати наступні особливості:

• найбільший ефект в зміні Р і еволюції Ц спостерігається в тих випадках

коли напрям його переміщення перпендикулярний гірському масиву або відхилений від цього напряму на кут не більш 30°;

- Ц на навітряній стороні хребта заповнюється, а на підвітряній заглиблюється;

- добре розвинені Ц при перевалюванні через невисокі хребти змін не зазнають;

- Ц. які слабо розвинені по вертикалі при перевалюванні через хребти або повністю заповнюються перед хребтом, або розділяються на 2 Ц. Якщо гірський хребет витягнуто в широтному напрямі, обидва центри можуть існувати тривалий час.

5. Активність АЦ і глибина Ц в холодне півріччя більша, ніж влітку. Глибина Ц в помірних широтах зазвичай на 15-20гПа менше, ніж на півночі. Глибина Ц над океанами на 10-30мб більше, ніж над сушею. Відновлене приземне баричне поле має бути погоджене з відновленим висотним баричним полем, при цьому необхідно враховувати стадію розвитку баричних утворень і нахил їх просторових осей. У північній півкулі просторова вісь Ц зазвичай нахилена на північний захід у бік холоду, а АЦ на південний захід, південь, у бік тепла, тому приземні центри Ц як правило, знаходяться в передній частині висотних улоговин, а АЦ - на східній периферії висотних гребенів.