- •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 |
18 |
науки, естественные и гуманитарные. Появились специалисты более узкого профиля: инженеры, врачи, астрономы, математики, географы и историки. Зародилась научная информация в виде научных сочинений, лекций, диспутов и переписки учёных.
Походы А. Македонского требовали конкретных знаний по естественным наукам, которые стали просто необходимыми. Наследники империи Александра проявляли большую заботу об учёных, создавали им условия, обеспечивающие возможность спокойной научной работы. Были созданы знаменитая Александрийская библиотека и первое научное учреждение древнего мира – прототип и предшественник современных научноисследовательских институтов – Александрийский музей. Здесь к услугам учёных были библиотека, обсерватории, коллекции, учёные получали полное содержание и могли не заботиться о средствах существования. Нередко эллинистический период развития науки называют Александрийским.
Почти каждый учёный эллинистической эпохи был связан с Александрией если не личным контактом, то научной перепиской, которая получила широкое развитие в этот период. Знаменитый Архимед (287-212 гг. до н.э.) сообщал александрийским математикам свои результаты в форме писем из Сиракуз (Сицилия), а Александрии жили и работали крупные учёные: геометр Евклид (жил в 3 в. до н.э.), географ и математик Эратосфен, позже – астроном Клавдий Птолемей. Полученные Архимедом в 3 в до н.э. научные результаты получили современную формулировку и доказательства только в 19 в. Кроме математики и механики, Архимед занимался оптикой и астрономией.
В 1 в. н.э. александрийский мореплаватель Гиппал открыл существование муссонов и способ ими пользоваться для плавания в Индию и обратно, чем облегчил и ускорил сношения европейцев с востоком.
За упадком цивилизации в Древней Греции и в течение греко-римского периода в истории науки следовал упадок философской мысли, эллинская языческая культура уступала свои позиции новой, христианской. В результате последовало длительное господство религиозной идеологии в духовной жизни, и последующие столетия немного дали в смысле философских обобщений о Природе. Замечательные достижения античной науки оказались забытыми или утраченными. Была разгромлена Александрийская библиотека.
1.2.3. Простонародная метеорология
Зато опыт наблюдений за погодой накапливал народ. Именно в средние века появляется погодный фольклор – приметы, которые выражали результаты народных наблюде-
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
ВВЕДЕНИЕ |
19 |
ний за погодой. Простонародная метеорология, получившая свое отражение в народном погодном фольклоре, хранит в себе многовековой опыт земледельца Спектр народных примет о погоде весьма обширен. Они получили широкое распространение во всех странах мира, и, передаваясь от поколения к поколению, отходили от мест их возникновения, видоизменялись, группировались и, наконец, дошли до нашего времени.
Многочисленны приметы о погоде, касающиеся реакции растений на ожидаемые изменения погоды:
листопад – на тяжелый год, “Если берёза опушается наперед клёна и ольхи – жди сухого лета” и
многие другие.
Здесь возможности растений в отношении предсказания погоды и, в частности, сезонных её изменений, мягко говоря, сильно преувеличены. Рост и развитие растений подчиняются строгим законам и определяются в соответствии с биологическими потребностями каждого растения, и не будущим состоянием погоды, а характеристиками предшествующего периода, в частности, его тепловой ёмкостью. Можно наблюдать, как периоды длительных возвратов тепла осенью заканчиваются набуханием почек на деревьях и даже появлением цветов и листьев. В Русских летописях отмечены такие аномально тёплые зимы на Руси, что в январе зацветали сады и зеленели поля. Ну а последствия таких катаклизмов Природа для земледельца предсказать несложно: “Бойся январской весны”, “Тёп-
Такие наблюдения связаны именно с зимними потеплениями, приводящими к катастрофическим последствиям для целых народов – голодным годам.
Не могут не вызвать улыбки приметы, типа “Чёрная и пёстрая корова впереди стада – к ненастью, белая и рыжая – к ведру”, “Если собаки много спят и мало едят – будет дождь”, “Собаки катаются по земле – быть дождю или снегу”
оправдываемость этих “наблюдений за погодой”, а также утверждения типа “Кошка лижет
хвост к непогоде” или “Коли за ужином весь горшок каши выедят дочиста – завтра будет вёдро”.
Сюда же можно отнести приметы погоды, описывающие состояние самого наблю-
дателя: “Звон в ушах зимой – к оттепели, летом – к ненастью”, “Икота – к ведру, ломота – к
и др. Конечно, и относиться к таким приметам следует с известной долей юмора, – интересны они, пожалуй, как народный фольклор, не имеющий, впрочем, никакого отношения к изменениям погоды.
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
ВВЕДЕНИЕ |
20 |
Данные приметы – из группы суеверий, которых, как и чёрных кошек, к сожалению, много ещё встречается в нашей жизни, и, как указывал, А.И. Воейков, блестящий русский учёный с мировым именем, борьба с которыми «находится в прямой зависимости от успехов метеорологии». С другой стороны, А.И. Воейков, Д.И. Менделеев, и многие другие метеорологи не считали вопрос о приметах достаточно простым и однозначным, чтобы не уделять ему должного внимания, как к многовековому народному опыту. Приметы погоды всех групп и направлений получили широкое распространение во всех странах мира, и, передаваясь от поколения к поколению, отходили от мест их возникновения, видоизменялись, группировались и, наконец, дошли до нашего времени.
Если вспомнить слова Б.П. Мультановского, замечательного русского метеоролога:
“Стремление человечества к предсказанию погоды также старо, как само человечество”, и
учесть, что научному прогнозу погоды немногим более 100 лет, то нет сомнения, что долгое время народный погодный календарь являлся единственным практическим руководством по прогнозу погоды и проведению сельскохозяйственных работ. Такие приметы,
как «Серёжки на клёнах – сей свёклу», «Зацвела фиалка – сей морковь и петрушку», «Если лист
берёзы развернётся полностью – можно сажать картофель», имеют вполне научное обосно-
вание, поскольку учитывают требования, предъявляемые растениями к условиям среды. Известно, например, что береза зеленеет за 5-6 дней до перехода средней суточной
температуры воздуха через 10 °С в сторону её увеличения. А оптимальная температура для произрастания картофеля 10-12 °С, что и было замечено древними агрометеорологами много столетий тому назад, когда ещё не изобрели прибора для измерения температуры воздуха.
Но, несмотря на сложившуюся практику бытового использования примет о погоде, доверять им следует с известной долей осторожности. Многие из этих примет можно рассматривать только как народный фольклор, имеющий весьма отдаленное отношение к прогнозу погоды.
1.2.4. Развитие науки на Востоке
В начале 7 в. н.э. под знаменем новой религии – ислама, провозглашенной купцом Мухаммедом, произошло объединение кочевых и полукочевых племен. И в короткое время было создано сильное и воинственное государство, завоевавшее Иран, страны Древнего Востока, Египет, проникшее в Европу на Пиренейский полуостров. В результате в период раннего средневековья (7-11 вв.) ведущую роль в развитии науки играл Восток.
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
ВВЕДЕНИЕ |
21 |
Лишь позже (11-15 вв.), начиная с крестовых походов, оживляется европейская наука, возникают университеты, появляются крупные учёные. С конца 15 в. возникает опытное естествознание.
i7-9 века – это период бурного развития науки на Востоке
Восток был миром роскоши и богатства. Здесь нашла приют гонимая христианской церковью наука древности. Позже труды Аристотеля и Птолемея пришли на кафедры средневековых европейских университетов в арабских переводах. Следует отметить, что задолго до арабов достижения античной науки стали известными в странах Закавказья – Армении и Грузии, где ещё в 5-7 вв. были переведены труды Аристотеля и Платона.
Дальние путешествия, торговля стимулировали развитие географических и астрономических знаний.
Новая математика, получившая начало с работами Хорезми (ок. 780-850 гг.), была удобна для решения вычислительных задач. Хорезми написал трактат “Аль-Джабар”, давший название новому разделу математики – алгебре.
Физик, математик, историк и естественник Аль-Бируни (973-1048 гг.), который был блестящим учёным, проводил опыты по астрономии и математике, можно удивляться точности, с которой сделаны его вычисления по определению угла наклона эклиптики к экватору, радиуса Земли. Аль-Бируни вел научную переписку с учёным Ибн Синой (Авиценной, 980-1037 гг.), с которым обсуждает ряд естественнонаучных вопросов, и, в частности, работы Аристотеля, где критикуется ряд его утверждений.
В это время впервые дана оценка высоты атмосферы современником Бируни египтянином Ибн аль Хайсам (Алхазен) – 52000 шагов. И хотя результат не был точным, но принцип определения по продолжительности сумерек явился большим достижением средневековой оптики.
Но если Бируни переводил Птолемея, определял радиус Земли, размышлял о гелиоцентрической системе мира, то в Европе господствовали представления о Земле, как о лепёшке, накрытой хрустальным колпаком. В 11 в. норвежские мореплаватели постепенно открыли Гренландию, Лабрадор, берега Северо-восточной Америки. В течение около 3-х столетий они поддерживали плавания к этим берегам, но эти открытия не имели никакого влияния на расширение сведений в Европе. Средневековый застой был так могущественен, что открытие норманнов успешно забылось, и Америку пришлось потом открывать вторично.
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии
