Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
синоптика.pdf
Скачиваний:
1329
Добавлен:
13.03.2016
Размер:
13 Мб
Скачать
☆

8. Вычисления по картам погоды

5

8.2.Способы формальной интерполяции

иэкстраполяции метеорологических величин

Часто по картам погоды необходимо определить промежуточные значения метеорологической величины по данным в дискретных точках (между станциями или на станции между сроками). Эта процедура называется интерполяцией. При проведении изолиний метеорологических величин как раз и используются приёмы интерполяции.

Различают линейную (прямолинейную) и криволинейную интерполяцию.

8.2.1. Прямолинейная интерполяция

Прямолинейную интерполяцию можно осуществить по наблюдениям в двух точках пространства или по двум последовательным промежуткам времени (рис. 8.2).

При этом изменение метеорологической величины от точки А к точке В в направлении прямой АВ (или от момента времени t1 к t2) считается постоянным:

∂f

=

∆f

= C

,

∂f

=

∆f

= C

 

,

∂2

f

= 0,

∂2

f

= 0 .

∂s

∆s

∂t

∆t

 

∂s2

∂t 2

 

1

 

 

 

2

 

 

 

∆si

A

 

(d)

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

∆s

Рис. 8.2. Схема расположения точек при прямолинейной интерполяции

Пусть в т. А значение элемента f1, в точке В – f2. Требуется найти значение fi в точ-

ке (d), расположенной на расстоянии ∆si от т. А (или отстоящем по времени на ∆ti ): fi = f1 + ∂∂fs ∆si = f1 + C1∆si ,

или, в случае временного интервала ∆ti :

f i = f1 + ∂∂ft ∆ti = f1 + C1∆ti .

Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии

8. Вычисления по картам погоды

6

Значение fi в т.(d) может быть определено и от т. В для пространственного (∆si) или временного ( ∆ti ) интервала, соответственно:

fi = f2 − ∂∂fs (∆s − ∆si ) = f2 +C1∆sk ,

где (∆s − ∆si ) = ∆sk ,

fi = f2 + ∂∂ft (∆t − ∆ti ) = f1 +C1∆tk ,

где (∆t − ∆ti ) = ∆tk .

С учётом вычисленных производных с помощью расчётной сетки можно записать:

fi = f1 +

f2 − f1

∆si ,

fi = f1 +

f 2 − f1

∆ti .

∆s

∆t

 

 

 

 

8.2.2. Криволинейная интерполяция

Криволинейная интерполяция или интерполяция с учётом ускорения предусматривает наблюдения в трёх точках пространства или за три последовательных интервала времени.

При криволинейной интерполяции считается, что

∂f

=

∆f

≠ const,

∂f

=

∆f

≠ const,

∂2

f

= const,

∂2

f

= const .

∂s

∆s

∂t

∆t

∂s2

∂t 2

 

 

 

 

 

 

Требуется определить значение элемента fi в точке, отстоящей от т.f2 на расстоянии

∆si или по времени – на ∆t (рис. 8.3). При этом шаг сетки ∆s (или ∆t) для простоты выбирают одинаковым.

 

∆s (∆t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∆si (∆ti)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f1

f2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∆s (∆t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8.3. Схема расположения точек при криволинейной интерполяции

Обозначим

∂2

f

= a

,

∂2 f

= a

 

, тогда:

∂s2

∂t 2

 

 

1

 

 

2

 

Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии

8. Вычисления по картам погоды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

∂2 f

 

=

 

1

 

[

( f

3

− f

2

)

 

−

( f

2

− f

1

)

] =

 

1

( f

1

+ f

3

− 2 f

2

),

 

∂s2

∆s

 

 

 

∆s

 

 

 

 

 

 

 

 

∆s

 

 

 

 

∆s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fi = f2 ±

∂f

∆si +

 

∂2 f (∆si )2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂s

 

∂s2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

=

f

 

 

±

( f

3

− f

1

)

∆s

 

+

( f

3

+ f

1

− 2 f

2

) (∆s

)2

.

 

 

 

i

2

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

2∆s

 

 

 

 

 

 

 

(∆s)2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Знак минус ставится, если расчёты f производятся слева направо от центральной точки, знак плюс – при расчётах справа налево.

8.2.3. Формальная экстраполяция

Если требуется найти значение метеорологической величины за пределами известных значений в точке пространства или времени, процедура расчёта называется экстраполяцией. При этом расчёты производятся так же, как и при интерполяции.

Например, для точки, лежащей правее т. В (см. рис.8.2) на расстоянии ∆l значение элемента fl, рассчитанное методом прямолинейной интерполяции, составит:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fl = f2 +

 

f2 − f1

∆l ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∆s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

методом криволинейной интерполяции:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fl =

f2 +

( f

3

− f

1

)

(∆s + ∆l) +

 

( f

3

+ f

1

−

2 f

2

) (∆s + ∆l)2

,

 

2∆s

 

 

 

 

 

 

 

 

(∆s)2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

l

= f

3

+

( f

3

− f

1

)

∆l

+

( f

3

+ f

1

− 2 f

2

)

(∆l)2

.

 

 

 

 

 

2∆s

 

 

 

 

 

 

 

(∆s)2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приёмы интерполяции и экстраполяции используются при расчётах значений метеорологических элементов, положения центров приземных и высотных циклонов и антициклонов, их эволюции.

Рассмотренные приёмы обычно называют приёмами формальной интерполяции и экстраполяции, поскольку при их использовании не учитываются особенности развития атмосферных процессов.

Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии