Вертикальная и горизонтальная неоднородность атмосферы и причины их обуславливающие

Гидрометеорология

Вертикальная и горизонтальная неоднородность атмосферы и причины их обуславливающие

Земная атмосфера крайне неоднородна и по горизонтальному и по вертикальному направлению по температуре, давлению и влагонасыщению. Эти противоречия порождают ветер, а поскольку Земля вращается, то в нижних слоях атмосферы ветер будет носить не прямолинейный, а вихревой характер. Вихри бывают крупномасштабные: фронтальные, тропиеские циклоны, антициклон; мелкомасштабные — торнадо, смерчи. По вертикале атмосферу принято делить на пять основных слоев (сфер) и четыре переходных слоя (паузы): тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу, тропопаузу, стратопаузу, мезопаузу и термопаузу. В основе деления атмосферы на слои положены изменения температуры воздуха с высотой. По электрическому состоянию атмосферу делят на нейтросферу (до высот 40 км), переходный слой и ионосферу (более 80 км).

Еще более неоднородна атмосфера (особенно ее нижняя часть — тропосфера) в горизонтальном направлении. Неоднородность обусловливается главным образом неравномерным нагревом атмосферного воздуха, вызывающим неравномерное распределение атмосферного давления. Приземная атмосфера расчленена на отдельные объемы воздуха, имеющие более или менее однородные свойства,— воздушные массы. На особо обостренных атмосферных фронтах могут зарождаться мезомасштабные вихри — циклоны и антициклоны, способствующие широтному воздухообмену на планете.

Существуют три основные причины расчленения тропосферного воздуха на воздушные массы: неравномерное распределение лучистой энергии Солнца по подстилающей поверхности Земли, обусловливаемое астрономическими причинами (элементами движения планеты); неравномерное распределение материков и океанов на Земле и их термические отличия; возникающие крупномасштабные воздушные и океанские течения, перемещающие огромные количества тепла и влаги на большие расстояния во всех направлениях.

 

Комплектация штатной судовой гидрометеостанции

Барометр анероид; барограф(суточный недельный); Аспирационный психометр (термометр в оправе); анимометр (ручной, дистанционный, автоматический); флюгер; круг СМО (прибор для определения истинного направления и скорости ветра); атлас облаков; психометрическая таблица; атлас океанов; таблицы приливов; лоция морей и океанов; таблица МТ.

Температурные градиенты.

Изменчи­вость метеорологического элемента в пространстве удобно харак­теризовать градиентом этого поля. Градиентом метеорологи­ческого поля называется падение данной величины по нормали к поверхности равного значения этой величины, рассчитанное на единицу расстояния.

Для практических целей нецелесообразно оперировать прост­ранственными градиентами метеорологических элементов, а нахо­дят их проекции на горизонтальную (уровенную) поверхность — горизонтальный градиент и вертикальную ось — вертикальный градиент. Вертикальный температурный градиент — dt/dz обозначается γ и единицей измерения для него является градус температуры на 100 м высоты. Горизонтальный температурный градиент — dt/dn измеряется в градусах на градус меридиана (примерно 100 км).

 

Барическая тенденция.

Изменчивость барического поля во времени для практических целей характеризуют величиной барической тенденции — величиной изменения давления за последние 3 ч перед сроком наблюдения, т. е. дельтаР=Р3-Р0. Барическая тенденция имеет знак, величину и характеристику. Последняя показывает скорость и характер изменения давления.. Характеристика Б. Т. определяется по форме кривой барографа за указанный промежуток времени и выражается в метеорологических телеграммах соответствующей цифрой по коду; числовая величина Б. Т. выражается в десятых долях миллибара со знаком плюс или минус. В теоретических работах Б. Т. отождествляется с локальной производной от давления по времени dp/dt.

ТЕНДЕНЦИЯ БАРИЧЕСКАЯ в метеорологии, величина и характер изменения атм. давления в данном пункте за 3 часа, предшествовавшие наблюдению. Т. б. определяется по кривой барографа. Сведения о Т. б. наносят на приземные карты погоды (см. Синоптические карты), используемые для её прогноза.

 

Геострофический ветер.

Равномерное прямолинейное горизонтальное движение воздуха в отсутствие силы трения, при равновесии силы горизонтального барического градиента и отклоняющей силы вращения Земли. Г.В. направлен по параллельным прямолинейным изобарам, отклоняясь от барического градиента на прямой угол — в северном полушарии вправо и в южном влево. Числовая величина скорости Г. В. определяется уравнением

а проекции ее на оси координат:

Если выразить скорость в м/с и барический градиент в миллибарах на 1° меридиана, то

Геострофический ветер — частный случай градиентного ветра.

 

Методы предсказания погоды.

Предсказание погоды с научной точки зрения – одна из сложнейших задач физики атмосферы. Существуют различные методы для прогнозирования метеорологических явлений и их величин, но в полном объеме ни один метод не обеспечивает пока точного прогноза. Имеется прямая зависимость между заблаговременностью прогнозов и ростом их ошибок.

Синоптический метод составления прогнозов погоды основан на анализе карт погоды. Сущность этого метода состоит в одновременном обзоре состояния атмосферы на обширной территории, позволяющем определить характер развития атмосферных процессов и дальнейшее наиболее вероятное изменение погодных условий в интересующем районе. Осуществляется такой обзор с помощью карт погоды, на которые наносятся данные метеорологических наблюдений на различных высотах, а также у поверхности земли, производимых одновременно по одной программе в различных точках земного шара. На основе подробного анализа этих карт синоптик определяет дальнейшие условия развития атмосферных процессов в определенный период времени и рассчитывает характеристики метеоэлементов – температуру, ветер, облачность, осадки и т.д.

Численные (гидродинамические) методы прогноза погоды основаны на математическом решении системы полных уравнений гидродинамики и получение прогностических полей давления, температуры на определенные промежутки времени. Вычислительные центры Москва, Вашингтон, Токио, Рейдинг (Европейский прогностический центр) используют различные численные схемы развития крупномасштабных атмосферных процессов.

Точность численных прогнозов зависит от скорости расчета вычислительных систем, от количества и качества информации, поступающей с метеостанций. Чем больше данных, тем точнее расчет. Если техническая и математическая сторона метода ежегодно улучшается, то, к сожалению, в последние годы на территории нашей страны значительно уменьшилось число метеорологических и аэрологических станций, что существенно влияет на конечный результат.

Статистические методы прогноза позволяют по прошлому и настоящему состоянию атмосферы спрогнозировать на определенный будущий период времени состояние погоды, т.е. предсказать изменения различных метеоэлементов в будущем.

В оперативной практике синоптики используют несколько методов, иногда несовпадающих по ряду параметров. Поэтому последнее слово всегда остается за прогнозистом, выбирающим с его точки зрения лучший метод прогнозирования. Часто выбирается комплексный подход – использование сразу нескольких частных методов прогноза одной и той же характеристики состояния атмосферы с целью выбора окончательной формулировки прогноза.

Приморские синоптики, используя все передовые методы и технологии при составлении прогнозов погоды, знание региональных особенностей развития синоптических процессов, учитывая уникальность географического положения края и опираясь на долголетний опыт, предсказывают погоду с высокой степенью оправдываемости.

 

Образование фронтов окклюзии

Сложные (комплексные) фронты образуются путем смыкания холодного и теплого фронтов при окклюзии циклона. В образовании фронта окклюзии участвуют три воздушные массы – тёплая и две холодных. В случае, когда холодная воздушная масса за холодным фронтом теплее, чем холодная масса перед фронтом, она, вытесняя теплый воздух вверх, одновременно будет натекать на переднюю, более холодную массу. Такой фронт называется фронтом теплой окклюзии. Наоборот, если воздушная масса за холодным фронтом холоднее воздушной массы перед теплым фронтом, то этот воздух будет подтекать как под теплую, так и под переднюю холодную (относительно теплую) воздушную массу. Образовавшийся фронт носит название фронта холодной окклюзии.

В своем развитии фронты окклюзии проходят три стадии. Особенно сложные погодные условия на фронтах наблюдаются в момент смыкания теплого и холодного фронтов. Облачная система представляет собой сложное сочетание облаков, характерных как для теплого, так и для холодного фронтов. Предфронтовые обложные осадки из слоисто-дождевых и кучево-дождевых облаков переходят в ливневые непосредственно в зоне фронта. Направление и скорость ветра при прохождении фронтов окклюзии меняются так же, как и на простых фронтах. С течением времени теплый воздух вытесняется вверх и фронт окклюзии постепенно размывается, вертикальная мощность облачной системы уменьшается, и в облачном покрове появляются просветы. При этом слоисто-дождевая облачность постепенно переходит в слоистую, высоко-слоистая – в высококучевую, а перисто-слоистая, в свою очередь в перисто-кучевую. Эта перестройка облачных систем приводит к прекращению осадков.

 

Регенерация циклонов

Вторичное углубление циклона, уже начавшего заполняться (после окклюзии); сопровождается увеличением скорости поступательного движения циклона. Р. Ц. чаще всего является результатом внедрения в область циклона свежей массы холодного воздуха и усиления или возникновения заново температурного контраста в области циклона. Такой процесс происходит при сближении окклюдированного полярнофронтового циклона с арктическим фронтом. Реже Р. Ц. происходит при внедрении в область циклона массы теплого воздуха. Р. Ц. возможна также вследствие перехода циклона с суши на море, где трение в приземных слоях воздуха меньше, и вследствие увеличения неустойчивости стратификации воздушных масс в циклопе; при слиянии двух циклонов также возможно образование возмущения, более глубокого, чем каждое из объединившихся.

 

Погодные условия в циклонах

Фронтальные циклоны имеют 4 стадии развития: 1. Зарождение (депрессия). По статистике, только одна из десяти депрессий превращается в фронтальный циклон. 2. Молодой циклон 3. Окклюдированный циклон(стадия окклюзии) именно на этой стадии ветер в циклоне достигает максимальной силы 4. Стадия заполнения, циклон максимально растянут в длинну

Главное условие зарождения фронтального циклона – соседство противоположных по свойствам воздушных масс: холодных и теплых, влажных и сухих.

 

Маневрирование в ураганах.

Если предпринятый маневр уклонения с зоной ураганных ветров тропического циклона оказался неудачным или запозда­лым, необходимо немедленно предпринять меры по выходу из опасной зоны. С этой целью необходимо:

1. Определить направление и расстояние до центра урагана. Направление на центр циклона определяют с помощью баричес­кого закона ветра (Воздух стремится двигаться от высокого давления к низкому по наиболее короткому пути — по направлению барического градиента, т. е. по нормали к изобари­ческим поверхностям.). Расстояние до центра тропического циклона можно определить по величине атмосферного давления и скорости ветра.

2. Определить половину циклона, в которой находится суд­но. С этой целью нужно проанализировать изменение направления ветра. Если ветер поворачивает по часовой стрелке (в северном полушарии), судно находится в правой половине циклона, если против часовой стрелки — в левой. Постоянство направления ветра означает, что судно находится на пути циклона.

3. Обозначить на карте предполагаемый путь циклона и местоположение судна.

Нередко тропический циклон движется так медленно, что судно, если оно находится в его передней части, достаточно быстро может из циклона выйти, а находясь в тыловой части — обойти его. В любом случае при решении вопроса о выборе маневра главная цель у судоводителя — избежать центральной области урагана (50 миль от центра). Наиболее безопасно идти курсом по внешней периферии урагана, на расстоянии не менее 200 миль от его центра, где сила ветра редко превышает 7 баллов.

Судно, оказавшееся в наиболее опасной четверти урагана, должно привести ветер справа по носу и, держа курсовой угол 232 ветра 10—20°, идти полным ходом до тех пор, пока позволяют ветер и волнение.

При дальнейшем усилении ветра и волнения необходимо увеличить курсовой угол ветра до 30—40° для выхода судна из зоны ураганного ветра.

Судно, находящееся на пути движения или в менее опасной половине урагана, должно лечь на такой курс, чтобы ветер был с кормовых курсовых углов правого борта в северном полушарии и левого — в южном. Хотя ветер и будет постоянно заходить к траверзу, а затем с носовых курсовых углов, судно не должно изменять первоначально принятого курса.

Если же из-за сильного ветра и волнения или по другим причинам судно теряет ход и ложится в дрейф, необходимо поставить судно в северном полушарии правым бортом к ветру, а в южном — левым бортом. В этом случае центр урагана пройдет за кормой.

Зыбь. Мертвая зыбь.

Волны, возбуждаемые ветром на поверхности моря, подраз­деляются на два основных типа: ветровые и зыбь.

Ветровые волны находятся под непосредственным воздействи­ем ветра; зыбь — это волнение, оставшееся после ветра, его выз­вавшего, или ослабевшего, или изменившего свое направление более чем на 45 °.

Зыбью называется волнение, которое существует за счет накопленной энергии волны Е. когда передача энергии ветра к волнам прекращается (Е_и — 0).

В океанах и морях встречаются следующие случаи формиро­вания зыби:

1. Возникновение зыби непосредственно в зоне шторма при некоторых колебаниях в скорости дующего ветра. Так как среди совокупности ветровых волн наблюдаются волны в различной стадии своего развития, то достаточно скорости ветра немного уменьшиться, чтобы скорость некоторого числа волн превысила скорость ветра и они превратились бы в зыбь.

2. Если в данном районе перемещается циклон, в котором ско­рость ветра достигает значительных значений, то при этом волны, выходя из области шторма, превращаются в зыбь. Формирование зыби в этом случае определяется дисперсией и угловым рассея­нием.

Нередко в океане можно встретить зыбь со скоростью распро­странения более 60 км/ч и длиной волн 400—800 м.

Зыбь, существующая при полном отсутствии ветра, называ­ется мертвой зыбью. Она характерна двухмерными однородными по элементам волнами с малой крутизной.

Гидрометеорология

Вертикальная и горизонтальная неоднородность атмосферы и причины их обуславливающие

Земная атмосфера крайне неоднородна и по горизонтальному и по вертикальному направлению по температуре, давлению и влагонасыщению. Эти противоречия порождают ветер, а поскольку Земля вращается, то в нижних слоях атмосферы ветер будет носить не прямолинейный, а вихревой характер. Вихри бывают крупномасштабные: фронтальные, тропиеские циклоны, антициклон; мелкомасштабные — торнадо, смерчи. По вертикале атмосферу принято делить на пять основных слоев (сфер) и четыре переходных слоя (паузы): тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу, тропопаузу, стратопаузу, мезопаузу и термопаузу. В основе деления атмосферы на слои положены изменения температуры воздуха с высотой. По электрическому состоянию атмосферу делят на нейтросферу (до высот 40 км), переходный слой и ионосферу (более 80 км).

Еще более неоднородна атмосфера (особенно ее нижняя часть — тропосфера) в горизонтальном направлении. Неоднородность обусловливается главным образом неравномерным нагревом атмосферного воздуха, вызывающим неравномерное распределение атмосферного давления. Приземная атмосфера расчленена на отдельные объемы воздуха, имеющие более или менее однородные свойства,— воздушные массы. На особо обостренных атмосферных фронтах могут зарождаться мезомасштабные вихри — циклоны и антициклоны, способствующие широтному воздухообмену на планете.

Существуют три основные причины расчленения тропосферного воздуха на воздушные массы: неравномерное распределение лучистой энергии Солнца по подстилающей поверхности Земли, обусловливаемое астрономическими причинами (элементами движения планеты); неравномерное распределение материков и океанов на Земле и их термические отличия; возникающие крупномасштабные воздушные и океанские течения, перемещающие огромные количества тепла и влаги на большие расстояния во всех направлениях.