- •Нина Александровна Дашко
- •Часть 1
- •1. ВВЕДЕНИЕ
- •1.1. Состав и строение атмосферы
- •1.2. История развития метеорологии как физической науки
- •1.2.1. Древнегреческий период развития науки
- •1.2.2. Эллинистический период развития науки
- •1.2.3. Простонародная метеорология
- •1.2.4. Развитие науки на Востоке
- •1.2.5. Развитие научных связей Европы и Востока
- •1.2.6. Изобретение метеорологических приборов
- •1.2.6. Научные общества и академии
- •1.3. Развитие синоптической метеорологии
- •1.4. ВМО – Всемирная метеорологическая организация
- •1.5. Гидрометеорологическая служба России
- •2. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
- •2.1. Требования к гидрометеорологической информации
- •2.2. Виды гидрометеорологической продукции
- •2.3. Потребители гидрометеорологической информации:
- •2.4. Кодирование гидрометеорологической информации
- •2.4.1. Структура кода КН-01
- •Схема кода КН-01:
- •Раздел 0
- •Раздел 1
- •Раздел 2 – для судовых или буйковых станций
- •Раздел 3
- •Раздел 4
- •Раздел 5
- •Раздел 0
- •Для сухопутных станций:
- •Передача судовых данных:
- •Раздел 1 (для станций любого типа)
- •Раздел 2 (используется при передаче судовых данных)
- •Раздел 3
- •Раздел 4 (для высокогорных станций)
- •Раздел 5
- •2.4.2. Структура кода КН-04
- •ЧАСТЬ "A" КОДА КН-04
- •ЧАСТЬ "B" КОДА КН-04
- •Особые точки по температуре воздуха:
- •Особые точки по ветру:
- •3. СОСТАВЛЕНИЕ КАРТ ПОГОДЫ
- •3.1. Виды карт погоды
- •3.2. Приземные карты погоды (составление и чтение)
- •Раздел 1
- •Раздел 2
- •Раздел 3
- •3.3. Составление высотных карт погоды
- •3.3.1. Геопотенциал
- •3.3.2. Барометрическая формула геопотенциала
- •3.3.3. Барометрическая ступень
- •3.3.4. Карты барической топографии
- •3.4. Составление вспомогательных карт погоды
- •4. АНАЛИЗ КАРТ ПОГОДЫ
- •4.1. Первичный анализ приземных карт погоды
- •4.1.1. Правила оформления приземной карты погоды
- •4.1.2. Проведение атмосферных фронтов на картах погоды
- •4.2. Первичный анализ высотных карт погоды
- •4.2.1.Правила оформления высотных карт погоды
- •4.2.3. Анализ карт относительной топографии
- •4.3. Анализ вспомогательных карт погоды
- •5. АЭРОЛОГИЧЕСКИЕ ДИАГРАММЫ И ВЕРТИКАЛЬНЫЕ РАЗРЕЗЫ АТМОСФЕРЫ
- •5.1. Аэрологические диаграммы
- •5.1.2. Построение аэрологической диаграммы
- •5.1.3. Анализ аэрологической диаграммы
- •5.1.4. Графические расчёты с помощью аэрологических диаграмм
- •5.2. Вертикальные разрезы атмосферы
- •5.2.1. Правила построения вертикальных разрезов атмосферы
- •5.2.2. Анализ вертикальных разрезов атмосферы
- •5.2.3. Временные разрезы атмосферы
- •Температура воздуха, °С
- •6. ОШИБОЧНЫЕ ДАННЫЕ НА КАРТАХ ПОГОДЫ
- •7. ПРИНЦИПЫ СИНОПТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
- •7.1. Основные синоптические объекты
- •7.2. Информативность карт барической топографии
- •7.4. Обзор синоптического положения за предыдущие сутки
- •8.1. Вычисление производных
- •8.2.1. Прямолинейная интерполяция
- •8.2.2. Криволинейная интерполяция
- •8.2.3. Формальная экстраполяция
- •8.3.1. Траектории воздушных частиц
- •Способ обратного переноса:
- •Рис. 8.4. Способ обратного переноса
- •Способ прямого переноса:
- •8.3.2. Линии тока воздушных частиц
- •9. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЕЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
- •9.1.1. Градиент метеорологической величины
- •9.2. Поле атмосферного давления
- •9.2.3. Локальные изменения давления
- •9.3. Динамические изменения давления воздуха
- •9.4. Распределение атмосферного давления на Земном шаре
- •9.5. Поле ветра
- •Цилиндрическая система координат
- •Сферическая система координат
- •Натуральная система координат
- •9.5.2. Силы, действующие в атмосфере
- •Сила барического градиента
- •Центробежная сила
- •Отклоняющая сила вращения Земли
- •Сила трения
- •9.6. Уравнения движения
- •9.6.1. Геострофический ветер
- •9.6.3. Градиентный ветер
- •9.6.4. Действительный ветер
- •9.7. Особенности ветрового режима над Японским морем
- •9.8. Особенности ветрового режима над Охотским морем
- •9.9. Дивергенция и вихрь скорости
- •9.9.1 Дивергенция вектора скорости ветра
- •9.9.2. Вихрь вектора скорости ветра
- •9.9.3. Уравнение тенденции вихря скорости
- •Характерные синоптические масштабы:
- •9.9.5. Уравнение дивергенции скорости
- •9.10. Поле вертикальных движений атмосферы
- •9.10.1. Классификация вертикальных движений атмосферы
- •9.10.2. Упорядоченные вертикальные движения атмосферы
- •9.10.3. Расчёт вертикальных движений атмосферы
- •9.11. Поле температуры воздуха
- •9.11.1. Температурные градиенты
- •9.11.2. Адиабатические изменения температуры воздуха
- •9.11.3. Термический ветер
- •9.11.4. Локальные изменения температуры воздуха
- •10. ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ
- •10.1. Масштабы воздушных масс
- •10.2. Очаги формирования воздушных масс
- •10.3. Географическая классификация воздушных масс
- •10.5. Трансформация воздушных масс
- •10.6. Термодинамическая классификация воздушных масс
- •10.7. Характеристики устойчивых воздушных масс
- •10.7.1. Тёплая устойчивая воздушная масса
- •10.7.2. Холодная устойчивая воздушная масса
- •10.8. Характеристики неустойчивых воздушных масс
- •10.8.1. Тёплая неустойчивая воздушная масса
- •10.8.2. Холодная неустойчивая воздушная масса
- •10.9. Оценка устойчивости воздушных масс
- •11. АТМОСФЕРНЫЕ ФРОНТЫ
- •11.1. Ориентация и размеры фронтальной поверхности
- •11.2. Классификация фронтов
- •11.2.1. Географическая классификация атмосферных фронтов
- •11.3. Перемещение фронтов
- •11.4. Профиль движущегося фронта
- •11.5. Общие характеристики фронтов
- •11.5.1. Фронты в барическом поле
- •11.5.2. Фронты в поле ветра
- •11.5.3. Фронты в поле барических тенденций
- •11.5.4. Фронты в поле температуры воздуха
- •11.5.5. Фронты в поле влажности и облачности
- •11.6. Тёплый фронт
- •11.7. Холодный фронт
- •11.7.1. Холодные фронты 1-го рода
- •11.7.2. Холодные фронты 2-го рода
- •11.7.3. Вторичные холодные фронты
- •11.8. Фронты окклюзии
- •11.8.1. Облака и осадки холодного фронта окклюзии
- •11.8.2. Облака и осадки тёплого фронта окклюзии
- •11.10. Образование и размывание атмосферных фронтов
- •11.10.3. Оценка тропосферного фронтогенеза и фронтолиза
- •11.10.4. Приземный фронтогенез и фронтолиз
- •12. ЦИКЛОНЫ И АНТИЦИКЛОНЫ УМЕРЕННЫХ ШИРОТ
- •12.1. Основные определения
- •12.1.1. Вертикальная протяжённость барических образований
- •12.1.2. Оси барических образований
- •12.1.3. Фронтальные и нефронтальные барические образования
- •Модель циклона по Ли
- •Модель циклона по Бьеркнесу и Сульбергу
- •Основные теории возникновения циклонов
- •Конвекционная теория циклонов
- •Механическая теория циклонов
- •Волновая теория циклонов
- •Дивергентная теория циклонов
- •12.2. Условия возникновения барических образований
- •12.3. Стадии развития циклонов
- •12.3.1. Начальная стадия развития циклона
- •12.3.2. Стадия молодого циклона
- •12.3.3. Стадия максимального развития циклона
- •12.3.4. Стадия окклюдирования циклона
- •12.3.5. След циклона
- •12.3.6. Серии циклонов
- •12.4. Стадии развития антициклонов
- •12.4.1. Начальная стадия развития антициклона
- •12.4.2. Стадия молодого антициклона
- •12.4.3. Стадия максимального развития антициклона
- •12.4.4. Стадия разрушения антициклона
- •12.5. Регенерация барических образований
- •12.5.1. Регенерация циклонов
- •12.5.2. Регенерация антициклонов
- •12.6. Перемещение барических образований
- •12.7. Центры действия атмосферы
- •Постоянные центры действия атмосферы:
- •Сезонные центры действия атмосферы:
- •12.7.1. Характеристика ЦДА Северо-Атлантического региона
- •Азорский антициклон
- •Исландская океаническая депрессия
- •12.7.2. Характеристика ЦДА Северной Америки
- •Канадский максимум
- •Калифорнийский минимум
- •12.7.3. Характеристика ЦДА Азиатско-Тихоокеанского региона
- •Азиатский антициклон
- •Алеутский минимум
- •Южноазиатская депрессия
- •Северотихоокеанский антициклон
- •Переходные зоны между центрами действия атмосферы
- •12.7.4. Летние синоптические процессы над Охотским морем
- •12.8. Погода в циклонах на разных стадиях развития
- •12.8.1. Погода в передней части молодого циклона
- •12.8.2. Погода в тёплом секторе молодого циклона
- •12.8.3. Погода в тыловой части молодого циклона
- •12.8.4. Погода в окклюдированном циклоне
- •12.9. Погода в антициклонах
- •12.9.1. Инверсии в антициклонах
- •12.9.2. Фронты в антициклоне
- •12.9.3. Погода в антициклоне
- •13. ВЛИЯНИЕ ОРОГРАФИИ НА АТМОСФЕРНЫЕ ПРОЦЕССЫ
- •13.1. Горные ветры
- •Бора
- •13.2. Облакообразование и осадки
- •13.3. Влияние орографии на атмосферные фронты
- •14. СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ
- •15. ПРОГНОЗ СИНОПТИЧЕСКОГО ПОЛОЖЕНИЯ
- •15.3. Прогноз эволюции барических образований
- •15.4. Прогноз возникновения новых барических образований
- •15.5. Прогноз перемещения и эволюции атмосферных фронтов
- •15.6. Расчёт давления в точках поля
- •15.6.1. Адвективный способ расчёта давления в точках поля
- •15.7. Оценка приземной прогностической карты
- •16.1. О прогнозе погоды в США и Японии
- •16.1.1. Служба погоды в США
- •16.1.2. Служба погоды в Японии
- •Примечание 1
- •Примечание 2
- •Примечание 3
- •17.1. Критерии определения объёма выборки
- •17.2. Определение свойств выборки
- •17.3. Законы распределения метеорологических величин
- •17.3.2. Нормальный закон распределения
- •17.4. Точность и достоверность оценок выборки
- •17.5. Анализ статистических характеристик
- •17.5.1. Исследование трендовой составляющей
- •17.5.3. Процентили
- •17.5.4. Приёмы аппроксимации
- •17.6.1. Выбор предикторов
- •17.6.2. Формирование обучающей выборки
- •17.6.3. Корреляционный анализ
- •17.6.5. Отбор информативных предикторов
- •17.7.1. Оценки свойств уравнений регрессии
- •17.7.2. Применение пошаговой процедуры расчета
- •17.7.3. Процедура отбора оптимальных уравнений
- •17.11. Статистическая оценка прогнозов
- •17.11.1. Количественные прогнозы
- •17.11.2. Альтернативные прогнозы
- •18.1. Прогноз температуры воздуха у поверхности Земли
- •18.1.1. Адвективные изменения температуры воздуха
- •18.1.2. Трансформационные изменения температуры воздуха
- •18.1.3. Суточный ход температуры воздуха
- •18.2. Прогноз влажности воздуха у поверхности Земли
- •СОДЕРЖАНИЕ
- •АТМОСФЕРНЫЕ ФРОНТЫ
- •СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ |
14 |
развития цивилизации. Человек добывал знания об окружающем его мире в суровой борьбе за существование.
Эволюция формировала сознание человека, накапливала знания и представления о мире, объяснения окружающих явлений, остатки которых сохранились и в нашем языке.
Как и у первобытного человека, у нас Солнце “ходит”, месяц “смотрит” Другого способа понять природу, как уподобить её себе, живому существу, наделить её чувствами и сознанием, у первобытного человека не было. Из попытки понять природу развились и научные знания, и религиозные представления. Человек обогащался реальными знаниями о небесных светилах, растениях и животных, о движении и силах, о метеорологических явлениях. Накопленные знания, передаваясь от человека к человеку, от поколения к поколению создали первоначальный фон будущей науки.
Наука прошла сложный путь развития. По мере развития общества накапливались предпосылки для создания устойчивой цивилизации. Значительную роль здесь сыграло возникновение земледелия. Благоприятные условия для получения устойчивых урожаев на одном и том же месте и из года в год возникли в Северной Африке в долине Нила, а также в Двуречье между реками Тигр и Ефрат, где уже в 4 тысячелетии до н.э. стали складываться древнейшие государства, ставшие колыбелью современной науки. Общественные потребности привели к появлению письменности (иероглифов в Египте, клинописи в Вавилонии), к возникновению астрономических и математических знаний.
В Египте и Вавилонии зародились основы алфавитного письма, были заложены основы начал математических знаний, сформировалась фундаментальная идея числа и основные операции с числами. Первой из естественных наук, с которой началось развитие естествознания, была астрономия. Здесь человек впервые описал звёздное небо, движения Солнца, Луны и планет, создал основы измерения времени. Возможно, толчком к зарождению астрономии явились наблюдения смены дня и ночи, времен года. Для развития астрономии нужны были математические знания.
1.2.1. Древнегреческий период развития науки
iПодлинной родиной современной науки стала Древняя Греция, где наука не
сводилась к сумме практических рецептов, а получил развитие научный метод
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
ВВЕДЕНИЕ |
15 |
Из греческого языка пришли к нам названия наук: механика, математика, физика, биология, география. Мы употребляем греческие буквы в формулах. Многие века известны имена греческих учёных: Фалеса, Пифагора, Демокрита, Аристотеля, Архимеда, Евклида, Птолемея. Древние греки сумели поставить задачу понимания природы без привлечения божественных сил. Люди стали заниматься наукой не только потому, что это нужно, но и потому, что это интересно, ощутили радость познания. Первые учёные стали называться философами (“любители мудрости”) и в греческом обществе впервые возникла потребность в учителях – так возникла профессия учёного и учителя.
Возникновение греческой науки относят к 7-6 вв. до н.э. Но уже с 5 в. до н.э. в Древней Греции стали производить и первые наблюдения за погодой. Официальные сообщения о погоде "Парапегмы" вывешивались на видных местах для всеобщего обозрения. Древние греки справедливо называли ветры правителями погоды, поэтому и наблюдения касались, главным образом, направления и силы ветра, что было очень важно для народа, жизнь которого в значительной мере была связана с мореплаванием.
В Афинах сохранилась 8-угольная Башня Ветров, построенная во 2 в. до н.э. На крыше башни была расположена флюгарка-тритон, которая, вращаясь, показывала, откуда дует ветер. На каждой стороне башни были изображения мифологических скульптур, характеризующих приносимую ветрами погоду. Так, на северной стороне башни изображен старик в тёплой одежде – Борей, приносящий холодный северный ветер, на противоположной – ласковый и нежный Зефир, бог юго-западного ветра, приносящий тёплую погоду.
С5 в. до н.э. нам известны утверждения: “Всё течёт” и “Нельзя дважды войти в одну
иту же реку” философа Гераклита, который говорил, что “Мир – единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим”.
Философ Эмпедокл, живший в 490-430 гг. до н.э., выдвинул концепцию законов сохранения: “Ничто не может произойти из ничего, и никак не может то, что есть, уничтожиться”.
С5 в. до н.э. центр греческой науки переместился в Афины. В Афинах в это время высокого уровня достигли искусство и литература.
Здесь был создан знаменитый Акрополь, здесь греческий драматург Софокл писал свои трагедии.
Здесь учил математике знаменитый Гиппократ (ок. 460-377 гг. до н.э.).
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
ВВЕДЕНИЕ |
16 |
Здесь философ и физик Анаксагор (ок. 500-528 гг. до н.э.) учил, что Луна, Солнце, планеты и звёзды не имеют божественной природы, а являются раскаленными камнями. За свои слишком смелые учения для того времени он повергся изгнанию из Афин.
Здесь создал свою теорию атомов Демокрит (ок. 460-370 гг. до н.э.): “Атомы бес-
конечны по числу и бесконечно разнообразны по форме”, “Из ничего не происходит ничего”, “Ничто не совершается случайно, но всё совершается по какому-нибудь основанию и с необходимостью”, “Бесчисленные миры образуются и снова исчезают одни рядом с другими и одни после других”. Несмотря на то, что позже Платон приказывал своим ученикам истреблять сочинения Демокрита, его атомное учение, развиваясь, стало основой современного естествознания.
Около 400 г. до н.э. в Афинах появилось первое в мире учебно-научное заведение, явившееся предшественником современной высшей школы – Академия Платона (427-347 гг. до н.э.), который был учеником Сократа (469-399 г. до н.э.). “Пусть не входит никто, не знающий математики” – была надпись над входом а Академию.
Познавательное отношение к Природе вскоре нашло отражение в научных трудах древних греков. В древности словом "Метеор" обозначали любое атмосферное явление, и, как известно, название "Метеорология" впервые встречается у Платона. Гиппократ (460377 г. до н.э.) оставил труд по лечебной метеорологии "Воздух, вода и места".
Замечательный ученик Платона Аристотель (384-322 гг. до н.э.) в 366 г. до н.э. восемнадцатилетним юношей прибыл в Афины в Академию Платона, где около 20 лет работал вместе с её основателем. После смерти Платона Аристотель основал свой лицей. Научное наследие Аристотеля огромно. Оно образует полную энциклопедию научных знаний того времени. Аристотеля называли предтечей Христа в истолковании Природы.
Аристотелевская картина мира наряду с правильными и интересными мыслями содержит и реакционные положения, например, о неподвижности Земли, ограниченности Вселенной. Аристотель впервые систематизировал новую науку в своей замечательной "Метеорологике" (ок. 384-322 г. до н.э.). Конечно, с токи зрения современных знаний, можно относиться к "Метеорологике" Аристотеля весьма критично, но ряд важных утверждений всё же был сделан. Например, о взаимосвязи атмосферы и океана, о круговороте воды в Природе и др.
В знаменитой «Метеорологике» Аристотеля имелась глава, посвященная океану. В ней он говорил о распределении суши и воды. Аристотель считал, что океан, омывающий сушу, един и указывал, что названия Атлантический и Эритрейский (Индийский) только
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
ВВЕДЕНИЕ |
17 |
принадлежат различным его частям. Аристотель был современником Александра Македонского, и, несомненно, пользовался массой обстоятельных сведений, которые были собраны при походах этого величайшего завоевателя и государственного деятеля древности.
Ученик Аристотеля Теофаст (372-287 в. до н.э.) является автором первого трактата о приметах погоды. Здесь в стихотворной форме обработаны имеющиеся в то время приметы и наблюдения за погодой (более 200). Некоторые положения этого трактата известны многим до настоящего времени:
"Если ветер дует к вечеру – моряку бояться нечего, Если дует он с утра – моряку не ждать добра". “Если тучи громоздятся в виде башен или скал, – Скоро ливнем разразятся, налетит жестокий шквал”
Древним грекам принадлежит первое изложение идеи о сферичности земли (сама идея, по-видимому, была заимствована Талесом от египтян), первые попытки изображения земной поверхности на плоскости (Гомер – 10 столетие до н.э. и Анаксимандр – 7 столетие до н.э.). В 5 в до н.э. географическая карта в Греции уже не представляла новости. С таким способом изображения земной поверхности образованный мир Греции был знаком уже настолько, что о географических картах упоминается уже в комедиях Аристофана.
1.2.2. Эллинистический период развития науки
Но Афины не устояли в военном столкновении с Македонией. В 337 г. до н.э. Коринфский конгресс закрепил гегемонию Македонии над Афинами и Грецией. Войны Александра Македонского, который подчинил себе Персию, Египет, среднеазиатские государства, изменили лицо Древнего Мира и привели в соприкосновение греческую и восточную цивилизации. На обломках распавшейся после смерти Александра Македонского империи возникали новые государства с новыми центрами культурной и экономической жизни (Антиохия, остров Родос в Азии, Александрия в Африке).
Афины превратились в провинцию, хотя пульс философской и научной жизни продолжал биться и после смерти Аристотеля. Этот период, получивший название эллинистического (эллин – грек), продолжался от конца 4-начала 3 вв. до н.э. до завоевания Египта Римом в 1 в. до. н.э.
В эллинистическую эпоху греческая математика, механика, астрономия достигли своего наивысшего развития. Из единой ранее Науки выделились и развились отдельные
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
