Прогноз высотного барического поля

Компетенция: «Непрерывный анализ и мониторинг
метеорологической ситуации»
Прогноз
синоптического
положения
Лектор: Капустин А.В.
Содержание темы
Общие принципы и приемы
прогноза синоптического
положения и перемещения
барических систем
К содержанию темы
Прогноз – это научно обоснованное предположение о будущем
состоянии погоды.
Конечной целью комплексного анализа погоды является выявление и
установление направленности в развитии атмосферных процессов и
выбор прогностического метода, позволяющего определить
дальнейшую эволюцию этих процессов и связанных с ними погодных
условий.
Вначале составляется прогноз синоптического положения, а затем на
его основе - прогноз значений различных метеорологических элементов
и характеристик погоды.
Прогноз синоптического положения включает в себя :
прогноз будущего положения воздушных масс с их свойствами
прогноз положения барических систем и атмосферных фронтов
Понятие о прогнозе синоптического положения
Прогноз синоптического положения является подготовительным
и в то же время основным этапом разработки детализированного
прогноза погоды.
Прогноз синоптического положения отражает только фон
крупномасштабных процессов, на которые местные условия могут
оказать существенное влияние.
Синоптические методы прогноза синоптического положения
приемы формальной экстраполяции
приемы физической экстраполяции
качественную оценку синоптика о предполагаемом развитии
атмосферных процессов
Синоптический метод прогноза погоды
Основные этапами прогноза синоптического положения являются:
прогноз высотного барического поля
определение будущего положения и эволюции барических
образований, воздушных масс и атмосферных фронтов
Недостатки синоптического метода прогноза погоды
Личный опыт синоптика и уровень его знаний во многом
предопределяют качество разрабатываемых им прогнозов
синоптического положения и прогнозов погоды.
Прогноз высотного
барического поля
К содержанию темы
Понятие о прогнозе высотного барического поля
Прогноз высотного барического поля осуществляется по
предвычисленным картам барической топографии, рассчитанным по
численным методам (прогностические карты). Если таких расчетных
карт нет используются синоптические методы прогноза.
В тех случаях, когда нет резких эволюционных изменений и активной
перестройки барического поля используется метод формальной
экстраполяции.
Для определения будущих значений метеорологических элементов
или будущего синоптического положения используется экстраполяция
во времени в метеорологии.
При этом отправным положением для расчета служат те тенденции,
которые уже наметились в предшествующем развитии процесса.
При прямолинейной экстраполяции используют две карты, а при
криволинейной - три и более последующих карт.
Метод экстраполяции
Методы прямолинейной экстраполяции требуют внесения корректив,
так как развитие атмосферных процессов может протекать ускоренно
или замедленно.
На уменьшение скорости перемещения барических систем указывают:
ослабление интенсивности очагов падения и роста геопотенциала
в окрестности данного барического образования;
увеличение со временем расстояния между центрами барических
систем и очагами падения и роста геопотенциала в их передних
частях (циклонов с областью падения, антициклонов с областью
роста);
развитие барических систем в высоту и уменьшение наклона их
вертикальных осей.
Прогноз положения барических систем
Положение высотных циклонов, антициклонов, а также высотных
ложбин и гребней прогнозируется с учетом следующих эмпирических
положений:
чем меньше длина барической волны, тем больше скорость
их перемещения
при длине волны, равной 1000 - 3000 км (короткая волна),
волна перемещается со среднезональной скоростью V;
при длине волны 7000 - 10000 км (длинная волна), она
малоподвижна и поле давления меняется медленно и на
малые значения.
Локальное изменение давления зависит от переноса (трансляции)
барической системы, т. е. от ее положения в атмосфере и от
эволюционного изменения давления, которое связано с эволюцией
барического поля или, иными словами, с изменением интенсивности
барической системы.
Эволюция высотного барического поля определеннее связана с
эволюцией приземных барических образований.
Так, например, циклон (антициклон) на уровнях изобарических
поверхностей 700, а затем и 500 Мбар будет углубляться (усиливаться)
при его углублении (усилении) в приземном слое
Рисунок
Однако это правило для прогноза эволюции высотного
циклона применимо только в период его развития. В конце развития циклон
у земли может заполняться, а на высотах будет наблюдаться его углубление.
Антициклон на высотах будет усиливаться или сохранять свою
интенсивность и после прекращения роста давления (усиления
антициклона) у земли.
При углублении циклона у земли и одновременной адвекции холода в
тылу циклона высотный циклон (ложбина) будет также углубляться,
регенерация циклона у земли также приводит к циклогенезу на
высотах.
Надежными признаками антициклонического преобразования
высотного барического поля являются рост давления у земли и
адвекция тепла в нижней тропосфере.
Рисунок
Прогноз перемещения
барических систем у
земли
К содержанию темы
Экстраполяция представляет собой распространение выводов,
полученных из наблюдений над одной частью явления, на другую
часть его в пространстве или во времени.
Рисунок
Формальная экстраполяция
- это экстраполяция во времени, основанная на предположении о
сохранении скорости или ускорения происходящего процесса
независимо от определения его физических причин.
При формальной экстраполяции физическая сущность происходящих процессов
не рассматривается и не учитывается, а тенденция процесса (движения)
считается неизменной.
К приемам формальной экстраполяции, получившим наибольшее применение в
синоптике, относятся прямолинейная (линейная) экстраполяция и
криволинейная (параболическая) экстраполяция.
Прямолинейная экстраполяция
Сущность прямолинейной экстраполяции заключается в том,
что рассматриваемый синоптический объект в ближайшее время
будет смещаться в том же направлении и с той же скоростью, как и в
предшествующий промежуток времени.
Для разработки прогноза с помощью прямолинейной экстраполяции
достаточно иметь карты одного предшествующего срока.
Криволинейная экстраполяция
Криволинейная экстраполяция учитывает фактор ускорения движения,
которое определяется по изменению скорости и направления
движения рассматриваемого объекта за два последовательных
промежутка времени.
При этом считается, что угол отклонения от прямолинейного
направления будет сохраняться.
Пример прямолинейной (а) и криволинейной (б) экстраполяции при
определении перемещения циклона
Экстраполяционные формулы, используемые для прогноза
перемещения циклонов и антициклонов, основываются на
предположении постоянства среднего ускорения перемещения
барических систем.
Например зная векторы предыдущего перемещения центров
барических систем отличаются векторы L1 L2 друг от друга и чем
точнее они определены, тем точнее можно определить будущее
смещение центра барической системы по формуле:
L+24=5L2-3L1
Схема построения вектора ожидаемого перемещения барической
системы с заблаговременностью 24 ч (L + 24)
векторы L1 и L2 отличаются друг от друга, и чем точнее они определены,
тем точнее можно определить будущее смещение центра барической
системы по формуле 1.1.
Если имеется возможность определить векторы перемещения центра
барической системы за последние 3, 12 или 24 ч, то, исходя из
предположения о постоянстве средней скорости перемещения
рассматриваемого циклона или антициклона, траекторию суточного
перемещения центра барической системы можно рассчитать по
формулам:
К числу приемов физической экстраполяции относятся метод
траекторий и правило ведущего потока (правило переноса).
Траектория движущейся частицы воздуха - это путь, по
которому перемещалась данная частица.
Частицы - значительные массы воздуха, которым присущи
метеорологические характеристики, составляющие понятие «погода».
Метод траекторий позволяет определить:
откуда переместилась или откуда переместится частица воздуха в
данный пункт за некоторый предыдущий промежуток времени;
куда переместилась или куда переместится частица воздуха из
данной точки за некоторый последующий промежуток времени.
Графический способ расчета траекторий
Графический способ расчета траекторий наглядно показывает, как
двигалась частица в сохраняющемся или изменяющемся барическом
поле.
Метод траектории обычно используют при прогнозе температуры,
влагосодержания и пр.
При грубой оценке траектории за направление перемещения
частицы принимают направление изобар приземной карты.
Скорость перемещения частицы определяют как среднее значение
между скоростью ветра в приземном слое и скоростью
геострофического ветра, вычисленного по полю изобар.
Для получения скорости переноса следует умножить осредненное
значение скорости ветра между соседними станциями на
коэффициент 1,3, полученный эмпирическим путем.
Правило изаллобарической пары
Приземный центр циклона (антициклона) перемещается параллельно
линии, соединяющей центры изаллобарических очагов этого циклона
(антициклона), в сторону падения (роста) давления.
Если же с барическим образованием связан только один
изаллобарический очаг, то направление перемещения зависит от
формы изобар и направления изаллобарического градиента
(асцендента), проведенного от центра барического образования.
Правило применяется для прогноза
перемещения центра барической
системы, когда в области
барической системы имеется четко
выраженная изаллобарическая
пара* и положение центров
определяется достаточно
определенно.
*Изаллобарические пары - области падения и роста давления
Правило наклона оси
Если проекция высотной оси совпадает с горизонтальным
500
температурным градиентом на карте ОТ1000
, то приземный центр
циклона (антициклона) перемещается перпендикулярно к проекции
своей высотной оси, т.е. линии, соединяющей географическое
положение центра циклона (антициклона) на приземной карте и центра
этой барической системы, спроецированного на приземную карту с
карты АТ700, причем высотный центр циклона остается слева, а центр
антициклона - справа.
Правило изобар теплого сектора
Приземный центр циклона перемещается параллельно изобарам
теплого сектора, оставляя его справа
Хорошая оправдываемость этого прогностического указания
наблюдается только в том случае, если изобары в теплом секторе
500
параллельны изогипсам карты ОТ1000
Прогноз перемещения барических систем
При прогнозе перемещения высоких барических систем необходимо
брать среднюю векторную сумму поля скоростей верхней тропосферы
в значительной толще стратосферы над центральной и передней
частями (150 - 200 км от центра) барических образований.
Осредненное по высоте значение геопотенциальных высот
изобарических поверхностей (Н̅)
Определение направления будущего перемещения
центра циклона
Значения, вычисленные для разных точек, наносят на бланк карты
и проводят изолинии, кратные четырем.
Далее проводят две нормали к изолиниям Н:
одну через центр циклона,
другую - на расстоянии около 200 км в передней части циклона.
К каждой из этих нормалей проводят перпендикулярные линии,
проходящие через центр циклона и его переднюю часть.
Далее обозначают промежуточное направление между этими
линиями, которое и будет указывать направление будущего
перемещения центра циклона.
Прогноз скорости переноса барических систем
Для прогноза скорости переноса барических систем (или их изобар),
вихря скорости, фронтов, изаллобар, изаллогипс и т. д. используют
формулу:
C = KU1
где:
к — коэффициент переноса, равный в среднем 0,8 (для 700 мбар) или
0,6 (для 500 мбар);
U1 — скорость ветра на уровне изобарической поверхности 700 или
500 мбар.
где U t - средняя скорость термического ветра.
Порядок операций при расчете будущего положения
центра барической системы или участка атмосферного
фронта
На исходные карты АТ700 или АТ500 проецируют положение
приземного центра барической системы или участка (точки)
фронта;
Рассчитывается начальная скорость С0 перемещения барического
центра (точки фронта);
При расчетах в геострофическом приближении значения U700 или
U500 определяют с помощью градиентной линейки;
Строится траектория ожидаемого перемещения барического
центра (точки фронта);
При этом полагают, что в период t0÷t+12 это перемещение
происходит со скоростью С0 вдоль соответствующей изогипсы
исходной карты AT.
Отметив положение конечной точки 12-часовой траектории на
предвычисленной карте AT, аналогичным образом строят
траекторию перемещения барического центра (точки фронта) в
период t+12÷t+24
В тех случаях, когда скорость ветра вдоль траектории
существенно изменяется, определяют средние (сглаженные) по
горизонтали значения геопотенциала с помощью формулы:
Такого рода расчеты
производятся с
использованием специальной
географической сетки.
Мелкомасштабные возмущения барического поля рекомендуется
сглаживать путем осреднения значений геопотенциальных высот в
точках сетки с шагом 500 - 1000 км.
Выбор прогностической траектории
Рисунок
Рисунок
Если воздушные потоки на
уровнях АТ700 и АТ500
различаются, то в качестве
прогностической траектории
следует взять среднюю
траекторию.
При расчете траектории движения
барической системы важно
учитывать изменение
направления ведущего потока под
воздействием развивающегося
барического образования.
Дополнительные признаки позволяющие определить
направление и скорость движения барических систем
1. Если выражена только изаллобарическая область падения давления,
то центр циклона смещается в направлении между его большой осью
(осью ложбины) и прямой, соединяющей центр падения давления с
центром циклона.
Рисунок
2. Циклон, очерчиваемый сильно вытянутыми изобарами, смещается в
направлении между его большой осью и прямой, соединяющей
центры очагов роста и падения давления.
Рисунок
3. Вновь возникшее циклоническое возмущение и ложбина циклона
движутся по периферии старой глубокой депрессии,
прослеживающейся до значительных высот, в направлении
циклонической циркуляции.
Рисунок
4. Области температурно-симметричных барических систем являются
малоподвижными. При этом положение центра за счет
неравномерного роста или падения давления в таких системах
может значительно изменяться.
При прогнозе положения антициклонов также успешно используют
методы формальной и физической экстраполяции. Однако
антициклоны несколько хуже подчиняются указанным правилам
перемещения, что вызвано иной природой их развития.
При развитии циклона вследствие затока холода в его тыловой части
образуется холодный низкий гребень или ядро повышенного давления.
Это обычно низкое барическое образование в основном смещается
вслед за циклоном.
Другая область высокого давления, выраженная в виде теплого гребня,
располагается впереди по потоку от движущегося и развивающегося
циклона.
Рисунок
Вынос тепла с юга в передней части циклона приводит к усилению
теплого высотного гребня, который становится более обширным по
площади, малоподвижным и имеет значительные вертикальные
размеры.
Рисунок
Развитие последующих циклонов в области рассматриваемой
фронтальной зоны создает дополнительные условия для его
усиления.
В то время как очередные циклоны данной циклонической серии могут
быстро смещаться вдоль высотной фронтальной зоны, высокие
теплые антициклоны могут стабилизировать свое положение на
весьма длительное время.
Рисунок
Рисунок
Обычно развивающийся антициклон смещается в сторону наибольшего
роста давления.
Для развивающихся антициклонов, как и для циклонов, характерно
наличие температурной асимметрии:
высотные и приземные центры не совпадают и их вертикальные
оси имеют значительный наклон в пространстве;
ось температурно-асимметричного антициклона наклонена в
сторону теплого воздуха.
Когда процесс цикло- и антициклогенеза над теми или иными
районами прекращается, циклоны и антициклоны становятся
температурно-симметричными.
Обширные высокие циклоны и антициклоны в такой стадии называют
центрами действия атмосферы.
Рисунок
Изогипсы и изотермы почти
параллельны друг другу;
ветер с высотой в пунктах
зондирования, расположенных в
областях подобных барических
систем, усиливается, не меняя
направления;
значительных изменений в
характере погоды во всем
тропосферном слое, за
исключением суточного хода, не
наблюдается.
Тест для проверки знаний по данной теме
расположен в разделе «Контроль знаний»
Тест 1.2