струйных течений

Компетенция 1: «Непрерывный анализ и мониторинг
метеорологической ситуации»
Анализ синоптической
обстановки
Лектор: Капустин А.В.
Содержание темы
1. Содержание комплексного анализа синоптической
обстановки.
2. Связь тропосферных струйных течений с эволюцией
барических образований.
3. Цикличность в развитии барических образований,
высотных фронтальных зон и струйных течений.
Введение
Анализ атмосферных процессов невозможен без
всестороннего учета основных погодообразующих условий
и детального исследования различных метеорологических
характеристик, наблюдающихся над значительным
пространством.
Понятие комплекса погоды включает в себя сочетание
значений
метеорологических элементов, определяющее состояние
погоды в данный срок наблюдений или распространенное
на другой, более длительный период.
Взаимная связь и взаимная обусловленность атмосферных
процессов создают большое многообразие состояний
погоды и их изменений, которые наблюдаются в
атмосфере.
Содержание
комплексного анализа
синоптической
обстановки
к содержанию темы
Понятие комплексного анализа
Синоптические карты, как приземные, так и
высотные, являются комплексными картами.
На синоптические карты для каждой станции нанесен
комплекс значений метеорологических элементов,
относящийся к данному сроку наблюдений.
Пример синоптической карты
Пример синоптической карты
Анализ синоптических карт погоды совместно с
анализом другой метеорологической информации
является комплексным анализом.
Комплекс аэросиноптических материалов о
фактическом состоянии погоды
 приземные синоптические карты погоды;
 карты барической топографии;
 карты максимальных ветров (струйных течений);
 карты тропопаузы;
 вертикальные разрезы атмосферы;
 карты радиолокационной информации;
 фотомонтажи, фотосхемы и карты нефанализа по данным
МИСЗ;
 фактическая погода и штормовые оповещения,
поступающие с других аэродромов и аэропортов;
 бортовая погода, поступающая от летающих экипажей, и
данные воздушной разведки погоды.
Синоптический анализ
При анализе состояние метеорологических характеристик,
необходимо учитывать, что ряд метеорологических станций
расположен в специфических районах и результаты
наблюдений будут сильно подвержены местным влияниям.
Сопоставление различных характеристик погоды,
нанесенных на карты погоды, является основным приемом
синоптического анализа.
При этом сопоставляются:
 одновременные значения одного и того же
метеорологического элемента на различных станциях;
 одновременные значения различных метеорологических
элементов на одной и той же станции и на различных
станциях;
 изменения значений одного или различных
метеорологических
 элементов в последовательные моменты времени как на
одной, так и на различных станциях.
Одним из важных принципов синоптического анализа является
комплексный подход с соблюдением исторической
последовательности и пространственной трехмерности анализа
исследуемых процессов погоды.
Этапы синоптического анализа
Техническая обработка или первичный анализ
Обработка приземных карт
Обработка карт абсолютной барической топографии
Характеристика поля P, t, f и ветра на основных изобарических
поверхностях, на различных высотах
Анализ карт АТ
Анализ карт
500
ОТ 1000
Анализ состояния атмосферы по аэрологической диаграмме и
вертикальным разрезам атмосферы
Связь тропосферных
струйных течений с
эволюцией барических
образований
к содержанию темы
Особенности барических систем
Барические системы в начале своего развития перемещаются
вдоль струйного течения, которое характеризует интенсивность
и направление ВФЗ.
Скорость перемещения циклонов в отдельных случаях может
достигать 100 км/ч и даже несколько превышать эту величину.
В 89% случаев перемещающихся под осями струйных течений
циклонов наблюдается увеличение или сохранение их прежней
интенсивности.
Случаи, когда антициклоны располагаются непосредственно в
зоне струйного течения, встречаются почти в 10 раз реже по
сравнению с повторяемостью циклонов. При этом все
антициклоны являются низкими холодными барическими
образованиями, смещающимися вдоль оси струйного течения.
Ось струйного течения является как бы демаркационной
линией,
разграничивающей в средней тропосфере области низкого
давления и низких температур от области высокого
давления и высоких температур.
Если антициклон становится хорошо развитым по высоте, то
ось струйного течения смещается на его северную
периферию, огибая теплый высотный гребень.
Схема
Под интенсивным струйным течением, связанным с
высотной фронтальной зоной средних и нижних слоев
тропосферы, на атмосферных фронтах часто возникают
быстро смещающиеся волновые возмущения, которые
впоследствии становятся
самостоятельными циклонами.
Это случается чаще тогда, когда вдоль оси струйного
течения над районами фронтальных волн имеют место
интенсивные области максимального ветра
Схема
Вертикальные движения воздуха в различных
частях циклонов и антициклонов
Для синоптического анализа важно совместное
рассмотрение распределения барических образований,
высотных фронтальных зон, струйных течений и
упорядоченных вертикальных движений воздуха.
Подобный анализ должен способствовать установлению
прогностических связей между рассматриваемыми
синоптическими объектами и их метеорологическими
характеристиками и выявлению некоторых
закономерностей в развитии циркуляционных процессов.
Разделение барических образований
При выяснении характера распределения вертикальных
движений воздуха в различных частях циклонов и
антициклонов барические образования можно условно
поделить на географические секторы:
 северный,
 западный,
 южный
 восточный.
Анализ синоптических карт показал, что:
 восходящие движения чаще всего наблюдаются в
северном и восточном секторах циклона,
 нисходящие -преимущественно в северном и
восточном секторах антициклона.
Центры областей восходящих (нисходящих) движений
воздуха в основном располагаются в радиусе 200 км от
центров циклонов (антициклонов).
Наряду с восходящими движениями в циклонах и
нисходящими в антициклонах в некоторых случаях имеет
место обратное явление, когда восходящие движения
наблюдаются в антициклонах, а нисходящие – в
циклонах.
Схема
Во всех случаях при объяснении причин изменения
эволюции барических систем и интенсивности ВФЗ и СТ
нужно подходить с позиции исторической
последовательности развития синоптических процессов,
т.к. верхнетропосферные процессы самым тесным образом
связаны с процессами в нижних слоях.
Схема
Интенсивность циклонов и антициклонов зависит от того, как
они перемещаются относительно расположения областей
вертикальных токов.
Схема
Обобщающая схема взаимного расположения областей
вертикальных движений, барических систем (у земли) и
проекций осей струйного течения такова, что циклоны и
области восходящих движений располагаются в
основном слева по течению от оси струйного течения.
Схема
Однако это заключение относится к хорошо развитым
барическим образованиям, а не к начальным стадиям, когда
циклонические вихри наблюдаются справа, а
антициклонические - слева от оси струйного течения.
Характер вертикальных движений в области циклона во
многом зависит от стадии его развития. При описании
характеристики погоды в различных частях движущегося
циклона удобнее указывать не его секторы, а его части по
движению, особенно если в циклоне наблюдается
аномальное распределение температур и циклон движется,
например, с юга на север.
В подобных случаях удобнее говорить о погоде «в передней
части циклона» или о погоде «в тыловой части циклона»
(при географической ориентации это будут соответственно
северный и южный секторы).
Схема
Схема
Схема
Схема
В стадиях молодого и
максимально развитого
циклона интенсивность
восходящих движений в
передней и центральной
частях циклона усилилась.
Заключительная стадия заполнение циклона характеризуется в основном
нисходящими движениями
воздуха почти на всех
высотах, за исключением
восходящих движений над
тыловой и центральной
частями циклона в нижней
стратосфере.
Анализ ежедневных карт осадков на ETC совместно со
струйными течениями за период январь - июнь показал,
что зоны осадков и проекций осей струйных течений на
эти зоны совпадают только местами.
Интенсивность осадков, так же как и интенсивность
восходящих движений, носит очаговый характер. Эта
связь наиболее выражена на участках фронтов,
расположенных ближе к циклоническому центру.
Выводы
 в циклонах восходящие движения воздуха на поверхности
500 мбар наиболее часто встречаются в северном и
восточном секторах. В южном и западном секторах циклона
восходящие движения наблюдаются значительно реже;
 в антициклонах нисходящие движения наиболее часто
встречаются в северном и восточном секторах и реже в
западном и южном секторах. Такое распределение
расчетных диагностических вертикальных движений
воздуха находится в соответствии с фактическим
распределением зон облачности и осадков или зон с
малооблачной погодой.
Цикличность в развитии
барических образований,
высотных фронтальных
зон и струйных течений.
к содержанию темы
При установлении связи между струйными течениями,
атмосферными фронтами и барическими образованиями
возникают значительные трудности, которые заключаются в
следующем:
Угол наклона фронтальной поверхности одного и того же
атмосферного фронта на различных его участках может
быть разным, и колеблется в весьма значительных
пределах.
Положение проекции оси фронтального струйного
течения не располагается на одинаковых расстояниях от
фронта.
Не всякая высотная фронтальная зона имеет связь с
атмосферным фронтом, прослеживающимся в приземном
слое.
Перемещение струйного течения на высотах и
атмосферных фронтов у земли имеет существенные
различия.
Положение фронта в приземном слое уточняется по
очень многим признакам, а положение оси струйного
течения определяется только по скорости ветра и по
характеру потока.
Фронт часто продолжают обозначать, учитывая
только историческую последовательность, когда он
уже почти не выражен по ряду признаков.
При анализе струйного течения, если ветер стал
менее 100 км/ч, часто считают, что струйное течение
«разрушилось», и его не выделяют на картах
максимального ветра.
Участки осей струйного течения, имеющих связь с
различными атмосферными фронтами, иногда
настолько сближаются, что их объединяют (комплекс
струйных течений), хотя в приземных слоях фронты
могут находиться на значительном удалении друг от
друга.
В развитии барических систем в нижних и верхних
слоях тропосферы наблюдается заметная
асинхронность (рассогласованность во времени).
Изменение расположения барических систем и их
эволюция не могут не сказаться на положении и
эволюции оси струйного течения, так как поля
температуры, давления и ветра изменяются во
взаимной связи.
Большое внимание в комплексном анализе следует
уделять областям максимального ветра (ОМВ).
Схема
Зона максимума ветра характеризуется тем, что в центре
ОМВ скорость движения воздуха больше, чем в его
передней и тыловой частях, и горизонтальный приток
воздуха не компенсирует его оттока из центра ОМВ.
Область максимума ветра имеет вертикальную мощность в
несколько тысяч метров, а ее горизонтальные размеры
составляют сотни километров.
Над значительным пространством, где имеет место
максимум скорости ветра, наблюдаются уменьшение массы
воздуха (дефицит массы) и восходящие движения,
сопровождаемые одновременным падением давления,
разрежением изобар у земли под зоной ОМВ и появлением
неустойчивых волн на атмосферном фронте.
Схема
Дальнейшее развитие волнового циклона на фронте
сопровождается наличием не только восходящих, но и
нисходящих движений, система которых в итоге приводит к
перемешиванию значительных слоев воздуха и к
выравниванию количества движения воздуха по вертикали,
что может способствовать ослаблению ОМВ
Схема
Нисходящие движения холодного тропосферного воздуха,
наблюдаемые в тыловой части циклонов в нижних
слоях, приводят к появлению областей роста давления.
Кроме того что более холодный воздух имеет большую
плотность, он имеет и большую скорость движения, так как
нисходящие движения способствуют переносу сверху вниз
частиц воздуха, имеющих большие значения количества
движения.
Схема
Наряду с этим наблюдается и переход потенциальной
энергии положения в кинетическую энергию.
По мере развития циклона в высоту, увеличения его
горизонтальных размеров усиливаются также вынос
теплого воздуха по его восточной периферии и заток холода
в его тыловой части, углубляется ложбинная и
усиливается гребневая части высотной фронтальной зоны.
Аналогичное влияние на преобразование барического
поля на высотах оказывают и антициклоны
Схема
Развившиеся до больших высот барические системы
образуют высотное деформационное поле, в котором
наблюдается формирование высотных фронтальных зон
и развитие новых барических систем.
Схема
Образование циклонов обычно наблюдается под
циклонически изогнутой частью высотной фронтальной
зоны или под зоной смены знака кривизны изогипс и
значительно реже под ее гребневой частью.
Начавшееся развитие циклона может идти следующими
путями:
А
Волновой циклон может быстро войти в систему
старого циклона и объединиться с ним.
Схема
Б
новый волновой циклон начинает развиваться в
самостоятельное барическое образование, а прежний
(высотный) циклон постепенно заполняется.
Схема
Если же процесс вихреобразования не затрагивает нижних
слоев и наблюдается только на высотах, то цикличность в
развитии высотных фронтальных зон и струйных течений
будет иной.
Соблюдение принципов исторической последовательности
в комплексном анализе развития атмосферных процессов
весьма важно и необходимо, так как это позволит
установить природу струйных течений, предсказать их
эволюцию и положение, а также выявить их роль в
развитии барических образований.
Выводы
Опыт исследования процесса цикло- и антициклогенеза в
связи со струйными течениями показывает, что начало
развития барических систем во многом определяется
положением областей максимумов ветра в зоне
струйных течений.
Эволюция и перемещение ОМВ в значительной мере
зависят от эволюции и перемещения развивающихся
барических систем. Эта связь проявляется не всегда четко
и требует дифференцированного подхода.
Заключение
Рассматривая развитие атмосферных процессов за
прошедшие сроки и сопоставляя их с текущим ходом
погоды как у земли, так и на высотах, авиационный
синоптик, руководствуясь основными принципами
физической логики, должен дать физическое объяснение
каждому явлению и процессу, наблюдаемому в атмосфере,
и на основе частных выводов дать обоснованный общий
анализ синоптического положения в целом.
Опыт показывает, что если в процессе анализа возникают
противоречивые толкования и суждения о ходе развития
атмосферных процессов или выявлено несоответствие
выводов и фактического состояния условий погоды, то
необходимо установить причину такого несоответствия и
сделать правильные выводы. В противном случае за
физически неточным анализом может последовать
физически необоснованный прогноз погоды.
Тест для проверки знаний по
данной теме расположен в
разделе «Контроль знаний»
Тест 1.1