покрова sss, высота волн (HwaHwa, HwHw, Hw1Hw1, Hw2Hw2), период волн (PwaPwa, PwPw, Pw1Pw1, Pw2Pw2) и направление перемещения волн зыби (dw1dw1, dw2dw2).

3.3. Составление высотных карт погоды

На высотные карты погоды наносятся данные одновременных аэрологических наблюдений, переданных в виде телеграмм, закодированных кодом КН-04.

Высотные карты погоды – это карты топографические. Поэтому 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), т.е., например, поверхности в атмосфере, где для всех точек зондирования давление воздуха составляет 850 гПа, либо 700 гПа, 500 гПа и т.д. Поэтому высотные карты погоды называют картами барической топографии.

Рассмотрим некоторые понятия, принятые в синоптической практике – такие, как геопотенциал и геопотенциальная высота, барометрическая ступень, абсолютная и относительная топография.

3.3.1. Геопотенциал

Положение любой точки в атмосфере можно задать её высотой над уровнем моря. Для этой же цели можно воспользоваться потенциалом силы тяжести (или геопотенциалом).

iГеопотенциал (Φ) в данной точке на высоте Z представляет собой работу,

которая затрачивается на преодоление силы тяжести при перемещении единицы массы от центра Земли до заданного уровня. Для удобства геопотенциал на уровне моря принимается равным нулю

Различают абсолютный геопотенциал (отсчитываемый от уровня моря) и относительный (отсчитываемый не от уровня моря, а от нижележащей изобарической поверхности).

На бесконечно малом отрезке dz, вдоль которого ускорение силы тяжести g можно считать постоянным, эта работа при перемещении единицы массы равна dΦ=g dz, а на конечном пути от уровня моря до Z для абсолютного геопотенциала:

Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии

Φ= ∫z g dz ,

0

а для относительного геопотенциала для слоя от Z1 до Z2:

Φ2-Φ1= Z2∫g dz ,

Z1

Считая g=сonst (что практически можно принять до высоты 20 км в атмосфере),

Φ=gZ – для абсолютного геопотенциала, или Φ2-Φ1=g(Z1-Z2)=g δZ – для относительного геопотенциала.

В метеорологии для практического использования вводится величина:

δH= Φ2 −Φ1 ,

9.8

таким образом δH≈δZ или в случае Z=0, H≈Z, где Н – высота в геопотенциальных метрах.

Геопотенциальный метр является практической единицей геопотенциала и определяется при δZ=1 м: [гп.м]=[м2с-2]. До высоты 20 км можно принять, что геопотенциальный метр численно равен высоте данного уровня в геометрических метрах, но следует помнить, что размерность геопотенциального метра является размерностью работы.

3.3.2. Барометрическая формула геопотенциала

Из основного уравнения статики dp=-ρg dz (при условии того, что атмосфера находится в состоянии покоя) путём замены

dΦ=g dz,

и плотности из уравнения состояния газов

ρ= RTPw ,

где Tw – виртуальная температура воздуха, определяемая соотношением Tw=(1+0.0006q)T, и позволяющая учесть роль водяного пара, содержащегося в воздухе, получим

dΦ=-RTw dP/p=-RTwdlnp.

Интегрируя в слое от P1 до P2:

Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии

P2

Φ2-Φ1= ∫- RTw dlnp .

P1

Это выражение называется барометрической формулой геопотенциала и устанавливает связь относительного геопотенциала с температурой слоя воздуха, заключенного между изобарическими поверхностями P1 до P2.

Поскольку различия между T и Tw обычно не превышают десятых долей градуса, можно принять Tw=Tm, где Tm – среднее значение температуры воздуха для слоя от P1

до P2. Учитывая также, что H2-H1= Φ2 −Φ1 и переходя к десятичным логарифмам:

9.8

ln p1 =2.3lg p1 , получим рабочую барометрическую формулу: p2 p2

H2-H1=6.74Tm lg p1 (в геопотенциальных декаметрах), p2

где H1, H2 – высоты изобарических поверхностей P1 и P2. Для заданных изобарических поверхностей P1 и P2:

H2-H1=H12 = k1,2 Tm.

В частности, при P1=1000 гПа и P2=500 гПа:

H500-H1000≈2 Tm.

Таким образом, чем выше средняя температура слоя между изобарическими поверхностями, тем больше толщина данного слоя.

3.3.3. Барометрическая ступень

Для вычисления геопотенциальных высот (Hp) заданной изобарической поверхности(p=const) над уровнем моря используется соотношение:

Hp=H1000 +H 1000р ,

где H1000 – высота стандартной поверхности 1000 гПа над уровнем моря:

H1000 =h(po-1000), h – величина барометрической ступени.

Например, высота поверхности 500 гПа находится как: H500=H1000 +H1000500 .

Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии