Вход

Метеорологический прогноз

Реферат по географии, экономической географии
Дата добавления: 21 августа 2004
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 671 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Содержание. Введение 3 Служба погоды 4 Синоптический анализ и прогноз 6 Прогнозирование текущей погоды 9 Долгосрочные прогнозы 10 Предсказание в масштабах от сезона до межгодового 11 Перспективная оценка будущего климата 12 Многоходовая метеоклиматическая программа 13 Заключение 14 Литература 15 Введение. Национальные м етеорологические и гидрологические службы выпуск ают еже годно десятки миллионов прогнозов пог оды . Огромный опыт вместе с надежным ком п лектом данных об оценке точности , означа ет , что во многих случаях неопределен ность в прогн о зах погоды хорошо известна , а во м ногих случаях хорошо объяснима . Так , например , улучшенное предсказание путей движения троп ических циклонов по зволило сберечь множество жизней во всех бассейнах , находящи хся под угрозой этих циклонов . За п о следние несколько де сятилетий благодаря улучшенным средствам на блюде ний , возраст а ющем у научному пониманию и более современным и сложным численным моделям , во с приятие населением прогнози рования погоды постепенно сме нило сь от прогнозов , кот о рые сообщество воспринимало таким образом , чт о они всегда неправильны , на идею о то м , что прогнозы , предположительно , правильны . В самом деле , прогнозы на трое суток дл я приземного давления настолько же хороши , как про гнозы на сутки , которые выдав а лись 20 лет наз ад , что является величайшим научным достижени ем . Несмотря на эти успехи , в прогнозах еще остается некая неопределен ность ; и сто процентный успех не б у дет достигнут никогда в жизни . Изменение атмосферы , а отсюда и погод ы , определяют динамические и физиче ские процессы , протекающие в атмосфере , а также взаимодействия с примыкающей средой (наприме р , поверхности суши , океана и льда ). Научно обоснованные прогнозы погоды возможны лишь в случае , если процессы достаточно понят н ы , а текущее состояние атм о сферы достаточно известно , для подготовки прогнозов будущих со стоя ний . Прогнозы п о годы подготавливаются с использованием в основном систематического подхода , вкл ю чающегося наблюдения и усвоение данных , процесс понимания , предск а зания и распр о странения , каждой из этих компонент используются достижения науки и техники За последние несколько десятилетий , благодаря значительным достижениям в науке , появились улучшенные и более эффективные методы для проведения наблюдений и сво е временного сбора дан ных от большого ряда источников , включающих радиолокаторы и спутники . Использование данных этих наблюдений в научно обоснованных ме тодах пр и вело к значительному повышению качества прогнозов погоды , и в результате этого люди во всем мире стали полагаться на прогноз ы погоды в качестве ценного вклада во многие процессы принятия решений . Наиболее емкий сектор потребления специал изированной гидрометинформации с о ставляет авиация . Динамично разви вается гидрометинформация морских отраслей , увел и чиваются объ емы обслуживания морских грузовых и пассажирс ких перевозок . Традиц и онно большим спросом пользуется гидр ометинформация в аграрном секторе и дорожном хозяйстве . Предприятиям агропромышленного компле кса выдается специализированная информация, позволяющая выбрать оптимальные сроки посева и уборки сельскохозя й ственных культур , структуру посевных площ адей , а также провести ряд других меропри я тий , способствующ их повышению урожайности . Гидрометинформация , пред оставляемая дорожным службам , обеспечив ает оптимальное распределение сил и средств пр и эксплу а тации дорог , способствует снижению аварийности . На основании полученной гидром е тинформации , предприятия коммунальног о хозяйства обеспечивают бесперебойную раб о ту городского тра нспорта , выбирают наиболе е экономичный ре жим теплоснабжения зд а ний . Экспертные оценки показывают , что использование специализированной гидром е тинформации при прин ятии хозяйственных решений позволяют снизить ущербы , связа н ные с погодными явлениями . Наибольшим спросом пользуются про гнозы погоды на 1-3 суток и первичная информация . Все более востребов анной становится климатическая и н формация . Повышается интерес к информации о загрязнении природной сре ды и гидрол о г ической информации . Совершенствуются формы и методы предоставления инфор мации потребителя м . Внедряются новые технологии обслуживания п отребителей , например , с применением сети Шегп ес или через операторов мобильной связи. Служба погоды. Непрерывно происходящие изменения в состоянии погоды связаны в первую оч е редь с проце ссами общей циркуляции атмосферы . Смена дня и ночи вносит в погоду д о статочно простые и регулярные изменения в виде суточного хо да метеорологических эл е ментов или в виде смены бризов и т . п . Но резкие и нерегулярные изм енения , гораздо б о лее характерные для пого ды , являют ся результатом смены воздушных масс , прохожде ния разделяющих их фронтов , перемещения и эволюции циклонов и антициклонов . В троп и ках эти изменения значительно меньше , чем во внутритропических широтах , потому что условия атмосферной ц иркуляции там более устойчивы и циклони ческая деятельность слабее . В связи с тако й обусловленностью изменений погоды , в течени е последнего ст о летия возникла так называемая служба погоды . В задач и ее входит своевременная и н формация населения , админист ративных и хозяйств енных организаций о существующих условиях погоды и предсказание условий погоды на будущее время. Материальная база службы погоды состоит , во-первых , из сети синоптических ста н ций , т . е . метеоро логических станций , срочно передающих свои од новременные наблюд е ния в центры службы погоды . До 1920-х годов почти единственным средством связи при этом служил телеграф ; в настоящее в ремя основное значение для службы погоды имеет радиосвязь . С помощью радиосвязи удалос ь распространить действие службы погоды факти чески на весь Земной шар . Однако до сих пор многие районы охвачены ею ещ е н е удовлетворите льно , в особенности океанические районы южног о полушария. В подавляющем большинстве государств мира существуют центральные , а в бол ь ших странах также и областные учреждения службы погоды ; чаще всего их называют б ю ро погоды . Небольшие учреждения такого рода существуют также при аэропорта х , в мо р ских портах и т . д . Служба погоды России возглавляется Гидрометеорологическим це н тром России в Мо скве. Современные метеорологические т ехнологии , а также исследования и практически е методы климатологии включают в свой арс енал обработку спутниковой информации (д е текция протон-электронны х околоземных облаков – т.н . «солнечного ветра» , вызывающ е го явления «северного сияния» в полярных широ тах ; оптическое – от инфракрасного до ультрафиолетового , - и широкодиапазонное ради осканирование атмосферы и поверхности Земли ), обработку информации от маловысотных (до гран иц стратосферы : 50-80 к м ) пр и вязных и дрейфующих радиозондов , оптических и акустич еских аппаратов (на метеош а рах и стратостатах ), инфо рмации от специальных авиасредств (бортовая и наземная обр а ботка ) и одноразовых метеоракет , а так же информации от наземных средств оптического , акустического и радионаблюдения . Наземная сеть метеонаблюде ний образов ана системой национальных и междунаро д ных метеопостов , обо рудованных , в том числе , специальными радиофиз ическими приб о рам и наблюдения и средствами компьютерной обрабо тки метеоданных . Основным исто ч ником информации о состоянии атмосферы , как и по лвека назад , явля ются наземные (с и ноптические ) метеостанции — их сейчас около 10 000 в мире , 8 500 на Северном полуш а рии ; и станции аэ рологические : 600 и 500, соответственно ; имеется тенденци я к уменьш е ни ю ). Покрытие данными весьма неоднородно : террит ория Европы , Китая и Сев . Америки в наилучшем положении . 2/3 земной поверхности состав ляет океан . Здесь имеется лишь несколько о стровных станций и кораблей погоды . Обычные корабли часто измеряют и передают данные о температуре , давлении и ветре . Эта час ть набл ю дений называется ко н венциональными . Наиб ольший объем наблюдений и , соответственно , бол ьшая часть метеоданных и значительная часть долговременных климатических параметров относят ся к оперативной характеристике состояния бли жней атмосферы : темпера туре , давлению , влаж ности , гр а диенту смещения воздушных масс , наличию и динами ке турбулентностей /вихрей и во з душных неоднородностей-«линз» . Значительная часть радионаблюдений выполняется в ДВ-УКВ - диапаз оне ; эти наблюдения относятся к локальной оценке вла жности в атм о сфере , к состоянию облач ности (по наличию «окон» в облачных слоях ) и составу облаков (дождь-снег-град ), к набл юдениям пылевых и вихревых (опасность торнадо ) концентр а ций , к динамике смещения воздушных потоков на разных высотах (пеленгом радиоз ондов и наблюдением за дрейфом радио-контрастирующих веществ , специально распыляемых в атмосфере н а заданных высотах ) и т.д . Радиофизические принципы наблюдения перечи с ленных метеофеноменов основаны на разнице измеримых значений электрической (или магнитно й ) проницаемости среды , на измен ении уровня калиброванных сигналов в направле нии объекта – на эффектах прямого отраже ния , поглощения и вторичного отр а жения от ионосферы , на измерении собственной электрической активности (фон ) мете о ролог ических неоднороднос тей , фазовых сдвигов эталонных сигналов при отражении , на использо вании допплеровского эффекта и т.п . Штатные наземные метеопосты по необх о димости оборудованы радиоср едствами , - в том числе мегаапертурными – с большой б а з ой , специализированными антенными ( антенно-фидерн ыми ) комплексами для изотро п ной и направленной детекции с игналов ДВ-УКВ - диа пазонов . В рамках Всемирной службы пог оды особое внимание уделяется организации наб людений с метеорологических спутников . Данные со спутников NASA позволяют сд е лат ь метеорологические прогно зы более точными . Информация с них будет использоват ь ся для составления трехсуточных прогнозов погод ы на прибрежные зоны США с прим е нением синоптических моделей и данных с метеостанций , расположен ных в открытом море . Система выдае т трехмерную модель состояния поверхности океана с параметрами температуры , солености и те чений . При этом используются данные сенсора Quikscat со спутника N А SА SeaWinds; уровень океанских вод с уче том высоты волн ; а также темп е ратура поверхностного слоя ок еана . В периоды значительного обла чного покрытия предусмотрено выполнение аэросъем ки с применением различных сенсоров и нос ителей , которые имеются в распоряжении ВМС США . Полученные таким образом данные и с пользуются для со здания пространственных синоптиче ских моделе й , которые будут пр и меняться для оперативного составления метеосводок и их оперативной корректировки , а также для планирования наблюдений на морских и наземных метеостанциях. Измеряя с помощью бортовой ап паратуры спутника пара метры излучения те пла ра з личных слоев атмосферы , можно получить богатый мат ериал для изучения происходящих в ней про цессов . Кроме того , спутник может служить хорошим сред ством для сбора и н формации с наземных мете орологических пунктов , разбросанных по всему земному шару . За время од ного оборота вокруг Земли спутник собирает данные , котор ые в 100 раз пр е вышают инфо рмацию , поступающую со всех метео рологических станций , и , кроме того , дает сведения о погоде на той части поверхности земного шара , которая является «бе лым пятно м » для метеорологов . Качество этих данных в настоящее время уступает аэролог и ческим данным , однако пр огресс в этом направлении имеется . Поскольку таких данных много , несколько близких наб людений осредняются в одно . Покрытие спутнико выми данными более однор одно . Между ош ибками наблюдений с одного участка орбиты им е ется сильна я коррелляция . Эти наблюдени называются некон венциональными . Они наиболее важны там , где нет аэрологических станций . Обнаружение та йфунов и ураганов с помощью спутников ста ло обычным явлением . Так были обнаружены ураганы «Бэтси» , «Эстер» , тайфуны «Ненси» , «Памела» , которые наносят ог ромные убытки хо зяйству . Например , ураган «Агнес» , обрушив шийся на в о сточную часть США 20 — 23 июня 1972 г ., унес 118 ж изней , а причиненный им мат ер и альный ущерб оценива ется в три с лишним миллиарда долларов . Объем осадков , выпав ших на сушу во вре мя урагана , составил около 100 куб . км . Гидрометцентром России разработана и реализована компьютерная программа на ос нове глобальной модели атмосферы . Эт а модель представляет собой неоднородную се т ку со сгущением в нижних слоях , около поверхности земли . С ее помощью можно рассч и тать погоду через промежуток в 6 часов ; заблаговременность прогнозов от 12 до 240 ч . В параметры модели входят следующие метеороло гический элементы : • давления на уровне моря (p 0 , мбар ); • температура воздуха (T,°С ); • относительной влажности воздуха (R, %); • зональная и меридиональная составляющие скорости ветра (V, м /с ); • аналог вертикальной скорости (гПа /12ч ); • среднее количес тво осадков (мм /12 ч ); рис .1 Синоптич еский анализ и прогноз. Метеорологически е сведения передаются со станций в центры службы погоды з а шифрованные с помощью особых цифровы х кодов . Сроки и волны радиопередач соглас о ваны в международном порядке . В учреждениях службы погоды эти сведения наносятся цифрами и условными знаками на синоптические карты погоды . Такие карты составляю т ся 4 раза в сутки и чаще , за каждый срок наблюдени й на станциях . В настоящее время , когда синоптические карты , на которые наносятся данные тысяч станций , могут охватывать все полушарие и даже весь Земной шар и когда , кроме призе м ных карт , составляются также и высотные карты (бариче ской топографии и др .) , объем этой систематизированной информации об атмосферных ус ловиях очень велик . В целях экономии усили й и средств в последнее время переходят на централизованную систему составления и анализа синоптических карт в немногих центрах , откуда карты распростр а н яются путем факсимильной пер едачи по проводам или по радио в орга ны службы пог о ды на местах . Прием синоптических карт по радио возможен и в воздухе , и на судах в о т крытом океане . Приземные синоптические карты . На территории США каждый час (в не которых с транах – реже ) проводятся на блюдения за погодой . Характеризуется облачность (пло т ность , высо та и вид ); снимаются показания барометров , к которым вводятся поправки для приведения полученных величин к уровню моря ; фиксируют ся направление и скорость ветра ; из мер яются количество жидких или твердых осадков и температура воздуха и по ч вы (в срок наблюдения , максимальная и минимальная ); определяется влажн ость воздуха ; тщательно фиксируются условия в идимости и все прочие атмосферные явления (напр и мер , гроза , туман , дымка и т.п .). Каждый набл юдатель затем кодирует и передает информацию по Международному метеорологическому коду . П оскольку эта процедура стандартизирована Всемирн ой м е теоролог ической организацией , такие данные могут быть легко расшифрованы в любом районе мира . Кодирование занимает около 20 минут , после чего сообщения передаются в центры сбора информации и происходит международный обмен данными . Затем резул ь таты наблюдений (в виде цифр и условных знаков ) наносятся на контурную карту , на к о торой точками ука заны метеорологическ ие станции . Таким образом , синоптик получает представление о погодных условиях в предел ах крупного географического региона . О б щая картина стан овится еще более наглядной после соединения точек , в которых зафи к сировано одинаковое давление , плавными сплошными линиями – изобарам и и нанесения границ между разными воздуш ными массами (атмосферных фронтов ). Выделяются также районы с высоким или низким давлением . Карта станет еще более в ыразительной , если закрасить или заштриховать территории , на д которыми в момент наб людений выпадали осадки . Синоптические карты приземного слоя атмос феры являются одним из основных и н струментов прогноза погоды . Специалист , разрабатывающий прогноз , сравни вает серии синоптических карт на разные м оменты наблюдений и изучает динамику ба рических с и стем , отмечая изменения температуры и влажности внутри воздушных масс по мере их перем ещения над различными типами подстилающей пов ерхности . Высотные синоптические карты . Облака перемещаются воздушными течен иями обычно на зна чительных высотах н ад земной поверхностью . Поэтому для метеороло га важно располагать надежными данными для многих уровней атмосферы . На основании данн ых , полученных при помощи метеозондов , самолет ов и спутников , составляются ка р ты погоды для пяти в ысотных уровней . Эти карты передаются в синоптические центры . Анализ синоптических карт (и разных др угих вспомогательных материалов , как аэрологическ ие диаграммы , вертикальные разрезы и пр .) с остоит в следующем . По свед е ниям , нанесенным на карт у , устанавливается фактическое состояние атм осферы в момент наблюдений : распределение и характер воздушных масс и фронтов , располож ение и сво й ст ва атмосферных возмущений , а , кроме того , р асположение и характер облачности и осадков , распределение температуры и пр . в связи с э тими условиями атмосферной ци р куляции . Между п рочим , атмосферные возмущения , фронты и воздуш ные массы , изуча е мые с помощью синоптических карт , назы ваются синоптическими объектами . Составляя карты от срока к сроку , можно следить по ним за изменениями состоя ния атмосферы , в частности за перемещением и эволюцией атмосферных возмущений , перемещением , трансформац ией и взаимодействием воздушных масс и пр . Представление атмосферных условий на синопт ических картах дает удобную возможность и для информации о состо я н ии погоды . Как же делается численный про гноз ? Коротко опишем алгоритм прогноза : 1. Измере нные данные контролируются : а ) отбрасываются чрезмерно большие или малые значения (наприме р , ветер со скоростью 200 м /сек , отрицательны й угол его направления , отрицательная вл ажность и т.п .); б ) значения сравниваются с результатом в предыдущий момент измерения в этом месте и в тот же момент , но в ближайших точках измерения ; в ) прове ряется выполнение некоторых соотношений , — н апример , температура и высота как ф ункции давления как независимого переменн ого связаны уравнением гидростатики ; г ) значения не должны слишком (конкретные значения оценив аются статистически ) о т клоняться от значений предыдущего пр огноза на срок измерения . Программа комплексн о го контроля про веряет неувязки во всех частных ко нтролях , а затем принимает решение об ошиб очности или верности данного измерения . Системы усвоен ия метеорологической информации используют разно образные да н ные от самых разнообразных наблюдательных прибор ов и должны быстро их про верить и согласовать между собой . 2. Проконтролированные данные интерполируются в правильную сетку точек на п о верхности Земли (или ее части , если прогноз предполагается дав ать региональный , а не глобальный ). При этой интерполяции следует учесть статистические характеристики как реаль ных метео рологических полей , так и полей предыдущего прогноза на момент данн о го объект ивного анализа — так по традиции называю т задачу интерполяции . 3. Данные в геометрически правил ьной сетке используются в качестве начальных для системы уравнений в частных производ ных , описывающих динамику атмосферы . Это уравн ения газовой динамики , в которые добавлены различные физические эффекты , не наблюдаемые в идеальном газе . Учитывается в ра щение Земли , ускорение силы тяжести , солнечная и отраженная от поверхности Земли радиац ия , фазовые переходы воды и т.д . Главная и более трудная задач а состоит в прогнозе ожидаемых изменений погоды , прежде всего на короткий срок впер ед (на 1-2 суток ). Кр атко можно сказать , что эта зад а ча сводится , во-первых , к определению , к ак в следующие несколько десятков часов д ол ж ны будут п ереместиться и измениться синоптические объекты - атмосферные возмущ е ния , фронты и воздушные массы . Это так называемый прогноз син оптического полож е ния . Затем делают з аключения о том , как в связи с этими перемещениями и изменениями должны меняться условия погоды в рассматриваемом районе . Именно последнее нужно потребителю прогно зов . При прогнозе синоптического п о ложения приходится п ользоваться , прежде всего , экстраполяцией во в ремени , т . е . пре д полагать , что на некоторый промежуток времени атмосферные процессы будут происх о дить с теми же скоростями или ускорениями , с какими происх одили до сих пор . Это , к о нечно , грубый прием , могу щий привести к большим ошибкам , но в большинстве случаев применяемый с достаточны м успехом . Он уточняется с помощью использ ования тех св я зей между атмосферными процессами , которы е установлены эмпирически за много лет ан ализа синоптических карт или которые выте кают из законов динамики и термодинам и ки атмосферы . Связи эти применяются преимущественно качестве нно , что более или м е нее обеспечивает правильный прогноз направления процесса , но может приводить к ошибкам в определении темпа и интенсивно сти процессов. О п огоде , связанной с будущим положением и свойствами возмущений , масс и фронтов , судят по фактическим свойствам эти х синоптических объектов , учитывая опять-таки возможное изменение этих свойств. При всей простоте приемов синоптического анализа их применение представляет соб ой нелегкую задачу и требует большого пра ктического опыта у прогнозиста (синопт и ка ). От ошибок , ин огда даже грубых , современные краткосрочные п рогнозы погоды не свободны . Однако , в обще м качество прогнозов оказывается удовлетворитель ным для многих потребностей практики , в особенности для обеспечения действий авиации . Без р е гулярн ого синоптического обслуживания современная авиа ция работать не может . Есть и ряд друг их областей хозяйства , для которых получение прогнозов погоды необходимо . Средс тва , затрачиваемые на службу погоды , во много раз перекрываются теми выгодами , которые он а приносит. Идеальный прогноз должен оправдываться по всем параметрам . Установить прич и ну ошибок в прогнозе сложно . Метеорологи считают прогноз оправдавшим ся , если его ошибка меньше , чем предс казание погоды с применением одного из дв ух методов , не тр е бующих специальных познаний в области метеорологии . Первый из них , называющийся ин ерционным , допускает , что характер погоды не изменится . Второй метод исходит из того , что характеристики погоды будут соответс твовать средним месячным на данное число . Продолжительность срока , в течение которо го прогноз оправдывается (т.е . дает лучший результат , чем один из двух названных подх одов ), зависит не только от качества наблю дений , ма тематического аппарата , вычислительно й техники , но также и от масшт а ба прогнозируемого м етеорологического явления . Вообще говоря , чем крупнее явление погоды , тем на более длите льный срок его можно прогнозировать . Например , часто ст е пен ь развития и пути дви жения циклонов можно прогнозировать на несколько дней вп е ред , но повед ение конкретного кучевого облака может быть предсказано не более чем на ближайший час . Эти ограничения , по-видимому , обусловлены особенностями атмосферы и не могут быть пока преодолены с помощью более тщате льных наблюдений или более точных уравнений . Атмосферные процессы развиваются хаотически . Это означает , что для прогноза различных явлений в разном пространственно-временном м асштабе необходимы разные подходы , в частност и , для прогноза поведения крупных циклон ов умеренных широт и л о кальных сильных гроз , а также для долгосрочных прогнозов . Например , прогноз давления воздуха на сутки в приземном слое является почти таким же точным , ка к измерения с п о мощью метеозондов , по которым его пров е ряли . И наоборот , трудно дать детальн ый тре х часовой прогноз перемещения линии шквалов – полос ы интенсивных осадков перед х о лодным фронтом и в ц елом параллельно ему , в пределах которой м огут зарождаться смерчи . Метеорологи пока мог ут только предварительно в ыделять обширны е районы во з м ожного возникновения линий шквалов . Когда они зафиксированы на космическом сни м ке или при помощи ра диолокатора , их продвижение можно экстраполироват ь только на один-два часа , и поэтому ва жно своевременно довести сводку погоды до населения . Пре д сказание неблагоприятных кратковременных мет еорологических явлений (шквалов , града , смерчей и пр .) называется срочным прогнозом . Разраба тываются компьютерные методики прогнозирования э тих опасных явлений погоды . Возможности улучшения прогн озов погод ы в настоящее время видят в изыскании и введении в службу погоды вычислительных методов прогноза . Такие методы сводятся к численному интегрированию по времени (с п омощью электронных вычислительных м а шин ) уравнений динамики и термодинамики атмосфе ры , в которые подставляются начальные значения атмосферных усл овий в ряде точек , взятые из наблюдений . Работа в этом направлении ведется очень интенсивно . Правда , разработанные до сих пор методы , относятся преимущественно лишь к предвычислению барическог о поля . Переход от бар и ческо го поля к погоде приходится производить е ще прежними , качественными способами . Даже в предвычислении барического поля пока не до стигнуто решающих практических успехов : удачность прогнозов остается того же порядка , что и удачность прогнозов обы ч ными синоптическими методам и . Объясняется это исключительной сложностью атм о сферных проце ссов для математической формулировки задачи . Состояние атмосферы и закономерности атмо сферных процессов в вычислительных схемах при ходится упрощать , чт о , конечно , отражается на соответствии результатов в ы числения действительности . О днако можно надеяться , что в недалеком буд ущем задача вычислительного прогноза , и не только для барического поля , будет решена с точностью , удовлетворяющей потребностям практ и ки. Прогнозирование текущей погоды. Прогнозирование текущей погоды : прогнозы в пределах от 0 и вплоть до 6-12 часов основываются на бол ее интенсивном , с точки зрения наблюдений подходе , и называются как прогнозы текущей погоды . Традиционно прогнозирование текущей погоды конце н т рируется на анализе и экстраполяции наблюдаем ых метеорологических полей с особым упором на мезомасштабные поля облаков и осадков , полученных по данным спутников и радиолока торов . Прогностическая продукция текущей погоды особенно ценн а в случае мезомасштабных неблагоприятных условий погоды , связанных с сильной конвекцией и интенсивными циклонами . В случае с тропическими циклонами , прогн озирование тек у ще й погоды является важным подходом для обн аружения и последующего краткосрочн о го пред сказания , кот орое обеспечивает действительность прогноза в некоторых случаях свыше 24 часов . Однако врем енной темп изменения этих явлений является таковым , что простая экстраполяция важных з начительных характеристик приводит к тому , чт о пр о дукция о чень быс тро ухудшается со временем , да же во временных масштабах порядка одного часа . Поэтому разрабатываются методы , которые сочетают методы экстраполяции с численным про гнозированием погоды , при этом как за счет смешения двух видов пр о дукции , так и с помощью ул уч шенной ассимиляции подробных мезомасштабны х набл ю дений . Это изначально очень трудная задача и , нес мотря на точность и конкретность , к о торые будут улучшать ся в предстоящие годы , эти виды продукции всегда будут связаны с неопределенностью , касающейся конкрет ного местоположения , вре мени и суровости м е теорологических явлений , таких как гр озовые и градовые ливни , торнадо и нисходя щие порывы . Долгосрочны е прогнозы. Еще сложнее задача долгосрочных прогнозов погоды - на декаду , месяц , сезон вп е ред . Степень точнос ти здесь неизбежно ниже , чем в прогнозах краткосрочн ых . Раци о нальная постановка задачи долгосрочного прогноза дол жна сводиться к определению к а ких-то общих характеристик погоды будущего : степени зональности или ме ридиональн о сти ци ркуляции , средних месячных температур , откло нений осадков от нормы , самых о б щих черт в ходе температуры и т . д . Вряд ли когда-либо люди достигнут возможности о т ветить на вопрос : будет ли в таком-то месте дождь такого-то чи сла в будущем месяце ? Сложный комплекс усл овий , которые буду т определять такой д ождь или его отсутствие , часто нельзя пред видеть даже накануне ; тем более невозможно это сделать за долгое вр е мя вперед . Но и задач а определения общих характеристик погоды на долгое время вперед еще далека от уд овлетворительного разреше ния . Анализ ежедневн ых синоптических карт уже не подходит для этой цели ; приходится прибегать к способа м обобщенного предста в ления атмосферных условий , как сборны е или средние карты за те или иные периоды вр е мен и . Попытки применения для долгосрочных прогно зов таких приемов , как учет ине р ции в ходе ат мосферных процессов (т . е . сохранения знака аномалии погоды на некоторое время вперед ), приводили к самым ограниченным успехам . Ограниченные результаты д а ли и многочисленные определения к орреляционных связей меж ду ходом метеорол огич е ских элемент ов в разных местах и в разные периоды года , а также и попытки изыскания пер иодов и ритмов в ходе атмосферных процесс ов на значительных отрезках времени . Поскольку турбулентная природа атмосферы ограничивает возможности пр едсказ а ния погоды на большой территории примерным сроком до двух недель , прогноз на более продолжительное время д олжен основываться на факторах , которые предс казуемым обр а зом воздействуют на атмосферу и при этом сами будут известны более чем за две недели. Одним из таких факторов являе тся температура поверхности океана , которая м едленно меняется в течение недель и месяц ев , влияет на синоптические процессы и мож ет быть использована для выявления районов с аномальными температурами и количеством оса д ков . Пров одится сопоставление атмосферных процессов с процессами в мировом океане , поскольку между двумя этими сферами Земли происходит взаимный обмен теплом и вл а гой. Более плодотворным и распространенным явл яется прием подбора аналогов , исх о дящий из предположения , что за сходными начальными условиями в разных случаях сл е дует сходное дальнейшее развитие . Однако таким предположением следует пользоваться с очень большой осторожностью , потому что уже небольшие различия в начальных усл о виях могут с овершенно изменить ве сь дальнейший ход процессов. Представляется перспективным сопоставление а тмосферных процессов с солнечной активностью , т . е . с явлениями , происходящими на поверхн ости Солнца (пятна и др .). Связи между а тмосферными процессами и солнечной активностью , несомн енно , сущ е ствуют , хотя они известны еще дал еко не до конца и мало объяснены . Поск ольку в со л не чных процессах обнаруживается определенная цикли чность и они предшествуют опр е деленным изменениям в ат мосфере , это может быть использовано в цел ях долгосрочного п рогноза погоды . Но и на этом пути достижений еще немного . Есть попытки и вычисл и тельных долгосрочных прогнозов на базе уравнений гидродинамики , не получившие е ще практического значения. Прогнозы с заблаговременностью , превышающей несколько часов , почти вс егда полност ью основываются на численном прогнозировании погоды (ЧПП ). В действител ь ности , большую часть улучшений в оправдываемости прогнозов погоды за последни е 20 лет можно отнести за счет компьютерных моделей ЧПП , которые строятся с использов а нием урав нений , описывающих динамическое и физичес кое изменение атмосферы . Мод е ли ЧПП представляют атмосферу на трехмерной сетке , при этом оперативные системы в 2001 г . используют горизонтальное про странственное разрешение в 50-100 км для кру п номасштабного прогно зи рования , и 5-40 км — для прогнозирован ия по ограниченному району в мезомасштабе . С поступлением более мощных компьютеров эт о представление улучшится . Точно могут предск азываться только метеорологические системы , котор ые в несколько раз превышают шаг сетки, и поэтому явления в меньших масшта бах должны представляться в приближенном виде с использованием статистических и других методов . Эти ограничения в моделях ЧПП оказывают особое влияние на подробные прогноз ы местных элементов погоды , такие как обла чность и туман , а также экстремаль ные явл е ния , т акие как интенсивные осадки и пиковые пор ывы . На поиски рациональных методов долгосрочн ых прогнозов направлены сейчас эне р гичные усилия ; это важнейшая практическая задача метеорологии , жду щая разрешения . Пока оправд ываемость прог нозов не слишком значительно превышает случай ные совп а дения . Для характеристики и изучения многих атмос ферных явлений , а также для прогн о за погоды необходимо одновременно проводить различные наблюдения во множестве пунктов и фиксировать получ енные данные на картах . В метеорологии обычно примен я ется т.н . синоптический метод . Предсказание в масштабах от сезона до межгодового. За пределами двух недель об ычные недельные подробные прогнозы погоды име ют очень низкий уровень успешности , но обы чны е месячные прогнозы с использованием численного прогнозирования погоды с предсказ анными аномалиями температуры повер х ности моря все еще и меют значительную успешность для некоторых ре гионов и сезонов в пределах нескольких ме сяцев . При сезонном временном ма сштабе подробные прогнозы метеорологических явлений и ли последовательностей метеорологических образований невозможны . Неупорядоченный характер поведения атмосферы устанавливает фундаме н тальное ограничение порядка двух недель для предсказаний , связанных с быстрым во з растанием ошибок исходного условия , возни кающих из несовершенных и неполных наблюдений . Тем не менее , в ограниченном плане не кая предсказуемость проявляется с более длите льными сроками заблаговременности вплоть до н ескольких сезонов . Это пр о исхо дит в связи с взаимо действиями между атмосферой , океанами и повер хностью суши , которые становятся важными в сезонных временных масштабах . Свойственные временные масштабы изменчивости , как для по верхности суши , так и для океанов , являютс я бол е е длительными по сравнению с временными масштабами и з менчивости атмосферы , частич но вследствие сравнительно большой термальной инерции . Океанские волны и течения являются медленными , по сравнению с их атмосферным и контрагентами , ввиду большой разницы в с тр уктуре плотности . Поскольку атмосфера с в я зана с усло виями океана и поверхности суши , то степен ь предсказуемости может быть п е ренесена на атмосферу в сезонных временных масштабах . Известно , что такое взаимоде й ствие существует особенно в зоне троп иков , где х арактер атмосферной конвекции в к о нечном итоге является важным для характера погоды в глобальном масштабе и довольно тесно связан с колебаниями температуры поверхности океана . Наиболее важным прим е ром такого взаимодействия является явление Эль-Ниньо - Южно е колеб ание , которое приводит к значительным сдвигам в глобальном климате с интервалами в пределах от 2 до 7 лет . Характер предсказ уемости в климате в сезонных временных ма сштабах следует понимать в вероятностных выра жениях . Это не точная пос л едовател ьность погоды , кот о рая имеет предсказуемость с большой в ременной заблаговременностью (сезон или более ), но скорее некоторые аспекты статистических д анных о погоде , например средняя или к о лебание температуры /осадков за сезон , которые имеют потенциал ьную предсказуемость . Хотя погода в лю бой определенный день совершенно неопределенна в долгосрочном плане , устойчивое влияние ме дленно изменяющихся условий поверхности могут изменить шансы для конкретного типа погоды , происходящей в этот день . В настоящее время сезонные предсказания под готавливаются с использованием , как статистически х схем , так и динамических моделей . Статис тический подход стремится к обнаружению повто ряющихся схем в климате , связанных , например , с температурой п о верхности моря . Такие модели продемо нстрировали оправдываемость при прогнозиров а нии Эль - Ниньо и некоторых из его глобальных климатических последствий . Основными инструментами для динами ческого прогнозирования являются совмещенные мод ели – модели , которые включают как ат мосферу , так и другие важные среды , особенно океан . Проблема неопределенности реша ется с использованием группового подхода , при кот о ром моде ль климата прогоняется множество раз с не сколько разными исходными услов и ями (в пределах ошибок наблюдения или ошибо к выборочного обсл едования ). Отсюда получают распределение результат ов , по которым можно рассчитать данные о климате . Недавно получены обещающие результа ты по групповой продукции , при которой об ъ единялись нескол ько моделей . Но большинство из моделей де мон стрирует несколько с е рьезных постоянных систематических ошибок , которые неизбежно снижают уровень о правдываемости прогноза . Наличие данных является ограничением , как для статистич е ских моделей , так и д ля динамических моделей . В последнем случае весьма огра ниченная информация имеется для большей части глобального океана и для условий поверхности суши. Перспективная оценка будущего климата . Как объяснялось выше , основывая сь на текущем наблюдении за состоянием ат м о сферы , предсказ ание погоды может предостави ть подробную метеорологическую инфо р мацию по конкретному месту и врем ени во временных масштабах порядка двух н едель . Как оказалось , существует некая предска зуемость аномалий температуры и осадков на более длительные сроки вплоть до нескольки х сезонов . Это происходит за счет вз аим о действий межд у атмосферой , океанами и поверхностью суши , которые становятся ва ж ными в масштабах сезона . Однако д олгосрочные изменения в системе земля-атмосфера в климатических временных масштабах (десятилети я-столетия ) зависят от ф акторов , кот о рые изменяют бала нс входящей и уходящей энергии в системе земля-атмосфера . Эти фа к торы могут быть естественными (нап ример , изменения в солнечной мощности излучен ие или вулканы ) или антропогенными (например , увеличение массы парниковых газов ). П о скольку моделировани е возможных будущих состояний климата зависит от предписанных сценариев этих факторов , то более точно их называют как «перспекти вные оценки» , а не «предсказания» или «про гнозы» . Для того чтобы выполнять перспект ивные оценки климата , требуются модели к л и мата , основываю щиеся на физических процессах , с тем , чтоб ы представлять тонкие мех а низмы обратной связи , которые являются важнейшими во временных масштабах кл имата . Физические процессы и обратные мех анизмы свя зи , которые не являются важн ыми в ЧПП , или даже во временных масшт абах сезонного предсказания становятся важными при попытке моделировать климат на длитель ные периоды , например , взаимодействие между об лачностью и радиацией и механизмы обратной связи , меха н изм обратной связи водяного пара , динамика и процессы океана . Обработка этих ключевых свойств очень важна для того , чтобы воспроизводить многие асп екты климата реалистично , хотя остае т ся много неопределен ностей , связанных с облачностью и аэрозолями и их ра диационными воздействиями и многими океанским процессами . Понимание ос новных климатических процессов (например , таких как включение динамики морского льда и более реалистичный перенос океанского тепла ) за последние несколько лет заметно улучши л ось . В настоящее время многие модели позволяют удовл е творительно моделировать климат без необходимости применения нефизических попр а вок потоков тепла и воды при взаимодействии океана и атм осферы , используемых в мод е лях раннего периода . Более тог о , моделиро вание , которое включает оценку природного и антропогенного воздействия , впо лне в состоянии воспроизвести изменения , прои зоше д шие в пр иземной температуре за двадцатое столетие . Эт а крупномасштабная согласова н ность между моделями и наблюдени ями ведет к увере нности в оценках темпов потепл е ния , рассчитанных на следующий век . Моделирова ние естественной изменчивости , например , Эль-Ниньо , циркуляции муссона , северо-атлантическое колебани е также улу ч ш илось . Одним из факторов , которые ограничивают уверенность в перс пективной оценке и зменения климата , является неопределенность внешн его воздействия (например , в пре д сказании будущей концентрац ии атмосферной двуокиси углерода и других парниковых газов и аэрозольных нагрузок ). Многоходовая метеоклиматическая программа. Несмотря на уже имеющийся мощный научный задел в метеороло гии и в климат о логических исследованиях и даже вопреки колоссальным затратам на организацию техн о логической базы для решения текущих метеорологических задач , - реальные результаты краткос рочного и сезонного метеопрогнозирования для локальных о бластей и масшта б ных регионов , - все еще недостаточны . Ка тастрофические погодно-климатические изм е нения (рекордные дожди , о бвальные снегопады , резкие и глубокие перепад ы давления и температуры , тайфун ы , тор надо и т.п .) стали повседневной и непредска зуемой опасн о стью для наиболее плотно заселенных регионов Европы , Азии , Африки и Америки . Впе р вые за исторически обозримое время погодные катастрофы стали прямой угрозой для больших городов , для транспортной и энергетической инфраструктуры обширных наци о нальных территорий , для выживания городск ого и сельского населения , стали катализат о ром необратимых потерь среди местной флоры и фауны . Специалисты-метеорологи считают все происходя щее следствием глобального п о тепления – в том чи сле по техногенным причинам , - и , соответственно , результатом ра з балансировки связанных тепломассобменных мет еопроцессов . По мнению специалистов , адаптация общества к новым метеоусловиям произойдет в длительной многоходовой пр о грамме . 1. На п ервом этапе должна быть предель но усилена технология сбора и накопления метеоданных . Параллельно должны быть развиты мощные математические мет о ды адекватного моделирования метеопро цессов , ориентированные на компь ю терное исполнение . 2. На в тором этапе программы , даже без научной полноты теории – в режиме «черного ящика» , - в метеотехнологии проявится возможность предсказывать изменения климата . 3. Параллельно с научн ым уточнением , на третьем этап е программы в метеоте х нологию будут внедре ны более мощные и , безусловно , более точные инжене р ные методы наблюдений и прогнозирования . 4. На четвертом – завершающем этапе программы , с уровня дости гнутой реша ю щей полноты научных знаний , - с необходимостью проявятся принципиально н о вые технические возможно сти безопасного управления погодой и климатом – в целом . Ясно , что без стартового усиления техно логии сбора и накопления мете оданных все последующие этапы стратегической метеоклиматической программы невыполнимы : пл а новые результаты первого этапа могут быт ь достигнуты только с расширением сети наблюдательных метеопостов, с усилением их радио-оснащения и с подключением к о б работке массивов накопленных данных больших вычислительных мощн остей – адеква т ной математики и сетевых средств расп ределенных компьютерны х вычислений . Межд у народные метеокли матические программы (ООН , ЕС ), а также программы некоторых р е гиональных объединений (к пример у : Японии , Китая , Малайзии и Южной Кореи , - в ра м ках южно-азиатской метеоклиматической пр ограммы штормового мониторинга и др у г их задач ) и отдельных стран уже сейчас преду сматривают резкое технологическое усил е ние действующей системы метеопостов и иной инфраструктуры метео-наблюдений . Предполагается , что усиление т ехнологии будет ориентировано на использование Internet-возможносте й , на применение мощных ло гико-математических пакетов фильтрации , накопления , систематизации и обработки данных , на орган изацию высокопроизводител ь ных региональных вычислительных центров на базе супер-компьютеров , связанных с ра с пределением вычи слений в In ternet, с использованием мобильных и спутниковых средств связи , а также с комплектованием метеопостов современным радиомониторинговым об о рудованием , включая специальные изотропные и направленные антенны. При этом , сп е циалисты-метеорологи отмечают необход им ость развертывания метеопостов конкретно в городских условиях. Эта необходимость особенно резко усили вается для мегаполисов и географически - прот яженных (вытянутых ) населенных пунктов . Хронологически-близкие погодные катастрофы в Центральной Европе (Германи я , Австрия , Чехия , Словакия , Ве н грия , - по телевизионн ым сводкам новостей в течение всего 2003 г .), в США (граничащ ие с Канадой северные штаты , города Нью-Йо рк , Чикаго и Детройт ) и в других района х м и ра , включа я Украину (за тот же период ), подтверждают осо бую уязвимость городов перед климатическими фактора ми и заведомую необходимость погодного монито ринга внутри городского периметра . Однако , действующие технологии ради онаблюдения для задач м е теорологии и климатологии неприменимы к использованию в городской среде ; причем , именно в с илу их работы в комплексе со специализиро ванными антеннами , неприспосо б ленными для адресной городской э ксплуатации . Инженерным выходом из данного по л о жения представл яется использование для «городских» метеопостов суррогатных антенн на ДВ-КВ-диапазоны , в качестве которых могут быть адаптированы действующие в г о родском периметре строения , инженерные со оружения , различные сети коммуникаций и иные антенные объекты , определенные проектом « AntenNet» . Помимо режимов пасси в ной локации метео феноменов и сигналов от зондов , специальной авиации и спутников - с помощью таких антенн , - дл я реального расширения числа решаемых на месте метеокл и мат ических задач могут быть применены режимы квази-активной радиолокации с теми же объек тами , использующими эффект внешнего облучени я метеообъектов опорными част о тами действующих в регионе Т В-и радио -вещания и /или несущими частотами местной мобильной связи в К В /УКВ-диапазонах . Заключение. Успешность метеорологических прогнозо в существенно продвинулась с середины Х Х-го столетия . Это во многом связано с достижениями в вычислительной технике , в набл юдениях и системах телесвязи , а также с развитием моделей численного прогнозир о вания погоды и с вязанных с ними методов усвоения данных . Э тому во многом спосо б с твовали огромный опыт , как п рогнозистов , так и лиц , принимающих решения , при по д готовке и использовании прогностической продукции . Т ем не менее , каждому компоненту в пределах науки и технологии прогнозирования погоды и перспективных оценок прис у щи свои нео пределенн ости . Некоторые из них связаны с недостатк ом полного понимания или наследованного огран ичения предсказуемости исключительно сложных про цессов . Другие все еще связаны с необходим остью дальнейших достижений в методах наблюд е ний или в вычислительной технике , или с неадекватны м переходом от исследований к оперативным работам . И , наконец , нельзя недооценивать ва жность надлежащей передачи метеорологических про гнозов хорошо подготовленным пользователям . Не сомненно то , что значительные выгоды будут пол у чены в результате оказания п о стоянного вним ания научным исследованиям и внедрению знаний , полученных от этой работы в практику прогнозирования . Кроме того , признание ограниче нности прогнозов погоды и перспективных оцено к климата и , когда возможно , оценки с тепени неопред е ленности , приведет в конечном итоге к улучшенному использованию прогнозов и другой метеорологической информации лицами , принимающим и решения . Литература. 1. Г.С.Булдов cкий , Г.К.Вес елова . Технология автоматизированной оценки успеш ности к раткосрочных и среднесрочных прогн озов погоды . Труды Гидрометцентра России , 2000 – вып .335 2. В . А . Гордин «Мат ематика , компьютер , прогноз погоды» Л ., Гидромте оиздат , 1991. 3. А . Д . Коваль , Ю . А . Тюрин «Космос – земле» М .; «Знание» 1989г. 4. Розинкина И .А ., Киктев Д.Б ., Пономарева Т.Я ., Рузанова И.В . Оперативный выпуск гидродинамических прогнозов п о спектральной глобальной модели Гидрометцентра России . Труды Гидрометцентра России– 2000 — вып 334. с .52-68. 5. А . Х . Хргиан «Оче рки развития метеорологии» Л. , Гидрометеоизд ат , 1959. 6. Фролов А.В ., Важник А.И ., Свиренко П.И ., Цветков В.И . Глобальная система усвоения данных наблюдений о состоян ии атмосферы . Санкт-Петербург , Гидрометеоиздат , 2000, 188 с. 7. Заявление ВМО о научной основе и об ограничениях для прогнозирования погоды и перспективных оц енок климата // Комиссия по атмосферным наукам . Тринадцатая се с сия . ОСЛО , НОРВЕГИЯ , 12-20 февраля 2002г . КАН -XIII/PINK 8 (19.02.2002 г .) 8. Приложение проекта « AntenNet » к задачам метеорологии /климатологии // http://antennet.org/meteoklimat.html
© Рефератбанк, 2002 - 2017