Синоптическая метеорология

ПЛАН

1. Из истории развития Синоптической метеорологии…….2

2. Синоптическая метеорология……………………………..4

3. Атмосферные фронты и барические системы……………6

4. Прогноз погоды…………………………………………….10

                 5. Литература………………………………………………….13

 1.      Из истории развития синоптической метеорологии

Прежде чем мы обратимся к современным методам прогнозов погоды, позвольте для начала пару определений и немного из истории вопроса.

Прогнозы  погоды (П.п.) составляются методами синоптической                               метеорологии.

Синоптическая метеорология С.М.(от греч. synoptikos – способный всё

обозреть), - раздел  метеорологии, изучающий атмосферные процессы, определяющие условия погоды и их изменения с целью разработки методов прогноза погоды.

Первые попытки предвидения погоды, основанные на местных признаках, относятся к глубокой древности. Обычно, столь «выгодным» делом  занимались колдуны, шаманы, знахари, жрецы, то есть люди в своём окружении талантливые и наблюдательные. Передавая  знания и опыт своим последователям они подмечали какие местные признаки (ветер со стороны на которой мох у деревьев- к похолоданию, иногда не выпавшая утром роса на траве- к образованию тумана, перемена ветра перед сильным дождём и т.д.), означают то или иное состояние погоды. Были в их предсказаниях  и ошибки, но их списывали на волю богов, которым поклонялся данный народ. Мы - дети своей истории, зайдите сейчас на пороге ХХI века в любой метеорологический центр и вы услышите от людей не связанных с этой профессией в обращении к синоптикам: «Что наколдовали шаманы?, Я вам бубен принёс, Ну что, боги погоды ?».

В 350 – г.г. до н. э. древнегреческий философ и учёный Аристотель одним из первых научно обосновал и написал логический трактат «О метеорологических вопросах».

После изобретения в ХVII веке барометра, делались попытки предсказания погоды по изменению атм.давления в данном пункте, но единичные данные не давали общей картины для анализа процессов происходящих в атмосфере. Первую попытку построения прогнозных карт предпринял в 1826г. немецкий учёный Г.В. Брандес. Но только изобретение телеграфа создало предпосылки для широкого развития синоптического метода и позволило создать службу погоды. Практическим толчком к этому послужила буря 14 февраля 1854, во время которой в Балаклавской бухте погибло много кораблей англо-французкого флота, действовавшего на Чёрном море в период Крымской войны (1853-1856г.). Французкий учёный  Урбен Жан Жозеф ЛЕВЕРЬЕ астроном, член Парижской АН который всю жизнь занимался небесной механикой, вопросами устойчивости Солнечной системы. Будучи к этому моменту директором Парижской обсерватории проследил перемещение этой бури в Европе по данным имевшихся наблюдений и пришёл к выводу, что её можно было своевременно предсказать при условии обмена данными наблюдений между разными странами.

 В Главную физическую обсерваторию в Петербурге метеорологические телеграммы начали поступать в 1856г., а в 1872г. в России под руководством М.А. Рыкачёва начато издание ежедневного бюллетеня погоды. Первое штормовое предупреждение по Балтийскому морю было дано 10 октября 1874г. 

Ещё до организации службы погоды Г.В. Дове (1837) в Германии пришёл к выводу, что изменения погоды в умеренных широтах объясняются последовательной сменой полярных и экваториальных потоков воздуха и что все атм.движения имеют вихревой характер.

 В 60-х гг. английский учёный Р. Фицрой  Вице-адмирал, тот самый что возглавлял океанографическую экспедицию на корабле «Бигл», в которой участвовал Ч. Дарвин; во время этой эксп. были произведены съёмки берегов Патагонии, Огненной Земли и Магелланова пролива. Развивая воззрения Дове, Фицрой  доказал, что, в атмосфере умеренных широт всегда обнаруживаются перемежающиеся течения полярного и тропического воздуха, на границах между которыми возникают циклоны. 

В 20-е годы ХХв. Норвежские учёные В. Бьеркнес, Т. Бержерон и др. более точно сформулировали представления о воздушных массах и атмосферных фронтах, предложили схемы эволюции циклонов и антициклонов и развили волновую теорию циклогенеза. Циклогенез - процесс возникновения и развития циклона, Антициклогенез – процесс возн. и  разв. антициклона.

Дальнейшее развитие С.М. происходило под знаком внедрения в синоптич. анализ аэрологических наблюдений, ставших возможными после изобретения радиозонда, первая конструкция к-рого была предложена П.А. Молчановым. В конце 40 -нач. 50-х гг. рост аэрологич. сети и увеличение высоты подъёма радиозондов позволили обогатить С.М. новыми представлениями, в частности о струйных течениях. С 50-х гг. также интенсивно развивались методы описания и прогноза атм. процессов с помощью составления и численного решения уравнений атм. гидротермодинамики.

В 60-е гг. начался новый этап развития С.М. 28 февраля 1967. запущен первый метеорологический спутник. На базе гидродинамич. теории и численных методов анализа, прогноза полей давления, температуры и ветра оказалось возможным перейти к рассмотрению атм. процессов в целом, в масштабе всей планеты (Дж. Смагоринский и др.,США) и численному краткосрочному а также долгосрочному прогнозу общего характера погоды для больших территорий.   

И наконец 90-е г.г. подарили  С.М. персональные компьютеры с их мобильностью, и мировой метеорологической сетью. Что позволяет современным метеорологическим службам значительно повысить наглядность, качество и оперативность прогнозов погоды.

2.              Синоптическая   метеорология

С.м. изучает, те атмосферные процессы, которые развиваются на обширных территориях и по масштабам относятся к звеньям общей циркуляции атмосферы.

Исследования этих процессов опираются на физические законы, определяющие изменения свойств воздуха и его движение; при этом учитываются широта места, с которой связано количество притекающей солнечной энергии, а также характер и свойства подстилающей поверхности (суша, характер её рельефа, море), реализующей эту энергию.

Циркуляция  атмосферы (Ц.а.) – система крупномасштабных воздушных              

                                                            течений над земным шаром.

В тропосфере сюда относятся  пассаты, муссоны, воздушные течения, связанные с циклонами и антициклонами, в стратосфере – преимущественно западные переносы воздуха с наложенными на них длинными волнами. Создавая перенос воздуха, а с ним тепла и влаги из одних широт и регионов в другие, Ц.а. является важнейшим климатообразующим процессом. Характер погоды и его изменения в любом месте Земли определяются не только местными условиями теплооборота между земной поверхностью и атмосферой, но и Ц.а.

Существование Ц.а. обусловлено неоднородным распределением атмосферного давления (наличием барического градиента), вызванным прежде всего неодинаковым притоком солнечной радиации в различных широтах Земли и различными физическими свойствами земной поверхности, особенно в связи с её разделением на сушу и море. Неравномерное распределение тепла на земной поверхности и обмен теплом между ней и атмосферой приводят в результате к постоянному существованию Ц.а., энергия которой расходуется на трение, но непрерывно пополняется за счёт солнечной радиации.

Вследствие силы Кориолиса движение воздуха при общей Ц.а. является квазигеострофическим, т.е. оно достаточно близко к геострофическому ветру, направленному по изобарам, перпендикулярно барическому градиенту. А т.к. атмосферное давление распределяется над земным шаром в общем зонально (изобары близки к широтным кругам), то и перенос воздуха имеет зональный характер. Распределение атм.давления над земной поверхностью, а с ним и течения Ц.а. зональны  лишь в общих чертах. В действительности Ц.а. находиться в непрерывном изменении как в связи с сезонными изменениями в распределении источников и стоков тепла на земной поверхности и в атмосфере, так и в связи с циклонической деятельностью которая осуществляет обмен воздуха между низкими и высокими широтами Земли. В низких широтах Земля получает больше тепла от Солнца, чем теряет его путём собственного излучения, в высоких широтах – наоборот. Междуширотный обмен воздухом приводит к переносу тепла из низких широт в высокие и холода из высоких широт в низкие, чем сохраняется тепловое равновесие на всех широтах Земли.

Поскольку температура воздуха в тропосфере в среднем убывает от низких широт к высоким, атмосферное давление в среднем также убывает в каждом полушарии от низких широт к высоким. Поэтому начиная примерно с высоты 5км, где влияние материков, океанов и циклонической деятельности на структуру полей давления и движения воздуха становится малым, устанавливается западный перенос воздуха (отсюда «погода к нам идёт с запада») см (рис 1, а), почти над всем земным шаром (за исключением при экваториальной зоны).                                                 

В верхней тропосфере              Выше 20км северным                 У земной поверхности

и нижней стратосфере                           летом

                с                                           с                                              с

              низкое                                         высокое                                     высокое

                                                                                                                                                       низкое                                                                       

                                                                                                        высокое

                       высокое                                                                                                          

               высокое                                                                                                                            низкое 

                                                                                                        высокое

                                                                                                                                                   низкое

              низкое                                            низкое                                        высокое

Рис.1   а          ю                               б           ю                                в          ю

Схема зональных переносов при общей циркуляции атмосферы (на различной высоте над земной поверхностью).

Зимой в данном полушарии западный перенос захватывает не только верхнюю тропосферу, но и всю стратосферу и мезосферу. Однако летом стратосфера над полюсом сильно нагревается и становиться значительно теплее, чем над экватором, поэтому меридиональный градиент давления начиная примерно с 20км меняет своё направление и зональный перенос воздуха соответственно меняется с западного на восточный см (рис.б).

У земной поверхности и в нижней тропосфере зональное распределение давления сложнее, поскольку оно в большей степени определяется циклонической деятельностью. В процессе последней циклоны, перемещаясь в общем к востоку, в тоже время отклоняются в более высокие широты, а антициклоны – в более низкие. Поэтому  в нижней тропосфере (и у земной поверхности) образуются две субтропические зоны повышенного давления по обе стороны от экватора см (рис.в),вдоль которого давление понижено (экваториальная депрессия); в субполярных широтах образуются две зоны пониженного давления (субполярные депрессии); в самых высоких широтах давление повышено. Этому распределению давления соответствуют западный перенос в средних широтах каждого из полушарий и восточный перенос в тропических и высоких широтах.

Теперь, когда мы разобрались с общей циркуляцией атмосферы «опустимся» с небес на землю.

Между подстилающей поверхностью и атмосферой существует непрерывный обмен теплом , влагой и примесями разного рода. В различных областях Земли под влиянием теплообмена с земной поверхностью формируются воздушные массы тропосферы с разными свойствами ; пограничные зоны между ними при определённых условиях превращаются в резкие атмосферные фронты.

3. Атмосферные фронты и барические образования.

Атмосферные фронты  А.ф.–  промежуточные,  переходные  зоны  между                                                                           

          воздушными массами в тропосфере.

Зона  А.ф. очень узка по сравнению с разделяемыми ею воздушными массами, поэтому её приближённо рассматривают, как поверхность раздела двух воздушных масс разной температуры и называется фронтальной поверхностью. По той же причине на синоптических картах А.ф. изображают в виде линии (линия фронта). Если бы воздушные массы были неподвижны, поверхность А.ф. была бы горизонтальной, с холодным воздухом внизу и теплым над ним, но поскольку обе массы движутся, она располагается наклонно к земной поверхности, причём холодный воздух лежит в виде очень пологого клина под тёплым. Тангенс угла наклона фронтальной поверхности (наклон фронта) – порядка 0,01гр. Размеры А.ф.:  по горизонтали - от 500км  до  5000км и более,                                          по вертикали   - до  высот  5000 – 7000м. На картах погоды: тёплый А.ф. наносят линией красного, холодный А.ф.- синего, а фронт окклюзии коричневого цвета.