Как составить прогноз облачности

Исходя из данных
синоптического положения и снимков с
МСЗ в срок за 00 часов 01.06.06. (Прил. стр.
) наблюдалась полная облачность.
За 24 часа г. Санкт-Петербург окажется в
тыловой части циклона. Облачность 10
баллов. Прогноз на день: облачно с
прояснениями (8 – 10 баллов). Форма
облачности слоистая и высокослоистая.

8.4. Прогноз ветра

Прогноз
направления и скорости ветра в данном
районе или пункте составляют на основании
прогноза поля давления – направления
и густоты изобар.

Для прогноза
ветра учитывают: 1. изменение барического
градиента; 2. изменение термодинамической
неустойчивости воздушной массы в
приземном слое (с возрастанием
неустойчивости воздушной массы ветер
в приземном слое усиливается); 3. усиление
ветра при прохождении атмосферного
фронта; 4. суточный ход ветра; 5. влияние
трения и других условий; 6. кривизну
траекторий движения воздуха; 7. отклонение
ветра от изобар под углом, близким к
прямому.

С помощью
программы «Оскар» измеряем барический
градиент (G=5,6гПа/100 км.). Основываясь на
данных температурно-ветрового зондирования
в слое 1000 метров, определяем стратификацию.
Состояние устойчивое. Из таблиц
Руководства составления штормовых
предупреждений и их отмены определяем
скорость ветра, она равна 9,3 м/с с порывами
в прибрежной зоне — 15,6 м/с. Учитываем
кривизну изобар: Кривизна изобар
циклоническая. При резко выраженной
циклонической кривизне ветер слабее,
чем при прямолинейных изобарах

8.4.1. ΔVкр
= -0,1 G
м/с

получаем ΔVкр
=-0,1*5,6 =-0,56 м/с.

Поправки на
влияние атмосферных фронтов, на
нестационарность барического поля, на
межуровневый обмен количества движения,
на влияние конвективных нисходящих
движений не учитываем, так как фронт
уже прошёл через станцию; в район не
прогнозируется выход быстро перемещающегося
или сильно углубляющегося циклона,
когда угол между направлениями изобар
и ветра приближается к 90 градусам;
стратификация от подстилающей поверхности
до уровня конвекции устойчивая; развитие
кучево-дождевых облаков не предполагается.
Направление ветра считаем по прогностической
приземной карте за 00 часов и 12 часов в
Оскаре с помощью карт прогностического
метода «Оффенбах», согласно направлению
изобар с поправкой 15 градусов в сторону
низкого давления. На 00 часов 02.06.06.
направление З, СЗ. На 12 часов 02.06.06.
направление З, ЮЗ.

8.5. Прогноз температуры

Для прогноза
температуры пользуются формулой:

8.5.1. Т=Т0+ Та+ Тт+
Тс.х.;

где Т – прогнозируемая
температура, Т0 – фактическая температура,
Та — поправка на адвекцию, Тт – поправка
на трансформацию, Тс.х. – поправка на
суточный ход.

Та рассчитываем
исходя из движения циклона. Циклон
движется на ССВ со скоростью 34 км/ч. За
24 часа длина траектории частицы равна
34*24 км=816 км. Строим обратную траекторию
на приземной карте:

5,6 см – 1110 км

X
см – 816 км

X= 4,11
см

Интерполируем
температуру между станциями, получаем:
Та=9,7 градусов Цельсия. Конечную точку
обратной траектории переносим на карты
АТ700 и АТ850 (Прил. стр. ). Согласно данным
карты АТ700 за 00 часов 01.06.06. (Прил. стр.
) потоки западные. На карте АТ850 за 00
часов 01.06.06. (Прил. стр. ) температура
на конечной точке траектории равна 3
градуса Цельсия, согласно потокам с
северо-запада с учётом трансформации
фактическая температура будет 2 градуса
Цельсия. У земли с учётом трансформации
температура будет равна 9 градусов
Цельсия. Максимальную температуру на
день находим с помощью аэрологической
диаграммы. От температуры на уровне 850
гПа опускаемся по сухой адиабате до
уровня земли. Получаем, что максимальная
температура у земли равна 16,4 градусов
Цельсия. Минимальной температурой можно
считать ту температуру, спрогнозированную
на 00 часов 02.06.06., так как в момент прогноза
наблюдается полная облачность, которая
будет препятствовать сильному
выхолаживанию.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Что такое прогнозирование погоды

Прогноз погоды — научно обоснованное предположение о том, какая погода будет в определенное время в определенном месте. Наука о погоде и методах ее предсказания называется синоптической метеорологией. Она является частью метеорологии — науки, изучающей атмосферу Земли и происходящих в ней явлениях. Специалистов, которые составляют прогнозы, называют синоптиками.

Прогнозы погоды можно условно разделить:

• по срокам (сверхкраткосрочные, краткосрочные, среднесрочные и другие);
• по охвату территории: местные, региональные, страновые, мировые (глобальные);
• по назначению: общего пользования, авиационные, морские, речные и сельскохозяйственные.

Прогноз погоды могут делать с помощью:

• анализа синоптической карты погоды — географической карты, на которой в виде цифр и символов изображены результаты наблюдений метеорологических станций в определенные моменты времени;
• численных методов прогноза погоды — компьютерной математической модели атмосферы, которая построена на базе системы уравнений гидродинамики и текущих данных погоды;
• статистических методов — сбора статистических метеоданных, исходя из предположения, что в будущем погода повторится. Этот метод дополняет численный.

Сегодня почти во всех странах существуют региональные национальные метеослужбы. Гидрометцентр для России, Метеофранс для Франции, Оффенбах для Германии и т. д. Туда стекаются метеоданные о текущем состоянии атмосферы для дальнейших расчетов прогнозов погоды. Все национальные метеослужбы обмениваются информацией со Всемирной метеорологической организацией (ВМО), членами которого являются 193 государства и 6 территорий.

Откуда синоптики берут данные

Чтобы предсказать погоду, нужно знать «текущие условия» — то есть то, какая она сейчас. К основным параметрам относятся: температура, атмосферное давление, влажность, скорость и направление ветра, осадки и их количество.

Современный прогноз погоды основывается в первую очередь на данных спутников, а метеостанции, зонды и радары корректируют и непрерывно дополняют их. Вместе все эти источники создают полноценную картину происходящего в атмосфере.

Метеостанции

Метеостанции — специальные площадки, где непрерывно проводятся метеорологические измерения погоды и климата. На станциях установлены приборы для метеоизмерений: термометр, гигрометр, барометр, осадкомер и другие устройства. Они одинаковы по всему миру. Для точности метеорологи производят замеры регулярно и синхронно — через каждые 3 часа.

Наземные метеостанции бывают разные: огромные мачты в полях, плавающие буйки в море, шарообразные радары. Часть станций расположена в виде автономных устройств в труднодоступных местах, таких как горы и моря.

У метеостанций есть недостатки: они собирают данные только возле себя, расположены далеко друг от друга и не знают количество осадков.

Метеозонды

Метеозонды — беспилотные аэростаты. Зонд выглядит как наполненный гелием резиновый или пластиковый шар, к которому крепится контейнер с аппаратурой — датчиками для измерения температуры, влажности и атмосферного давления, а также батарейки и антенны, с помощью которой эти данные передаются.

Весит один метеозонд примерно 300 граммов и поднимается на высоту 30–40 километров. Зонды одноразовые: набирая высоту, шар лопается от избыточного давления. Пенопластовый контейнер падает на землю, и повторно не используется.

Метеозонды запускают в 870 точках Земли два раза в день, обычно в 00 и 12 часов по UTC.

Метеорологические радары

Метеорологические радары — специализированные радары для определения координат выпадения осадков, их типа, направления движения и интенсивности. Они обнаруживают опасные метеоусловия, такие как гроза, град, а также зоны интенсивных осадков и турбулентности.

Появление таких радаров связано со Второй мировой войной: радисты заметили «шум», который возникал на приборах во время осадков. Исследование этого явления привело к созданию специализированных погодных радаров, предназначенных для нужд метеорологии.

Современные радары каждые 10 минут делают трехмерный снимок атмосферы в радиусе 200–250 километров вокруг себя. Это позволяет описать погоду вплоть до микрорайона. Но для точного глобального прогноза их должно быть много. Здесь возникает проблема: так, российские радары расположены только в европейской части страны, а также Новосибирске, Барабинске и Владивостоке. Другая проблема — зона видимости радаров. Высотные здания могут загораживать обзор, создавая слепые зоны, а низкие осадки оказываются невидимы из-за кривизны планеты.

Метеоспутники

Метеоспутники — искусственные спутники Земли, их используют для просмотра и сбора данных о погоде и климате планеты. Они позволяют наблюдать за погодой на больших территориях, подобно тому, как вид с крыши или вершины горы дает более широкий обзор.

Метеоспутники определяют зоны интенсивных осадков и опасных явлений природы. Спутники отслеживают выбросы от вулканов и дым от лесных пожаров, последствия загрязнений, песчаные и пыльные бури, а также границы океанских течений.

Суперкомпьютеры

Весь поток погодных данных от метеостанций, зондов, радаров, спутников, датчиков на самолетах и кораблях поступает в центры обработки метеорологической информации — они есть в каждой национальной метеослужбе. Такие центры оснащены суперкомпьютерами. Менее мощные машины были бы не способны обработать такое количество данных в приемлемый срок.

Так, в Великобритании погоду предсказывает Cray XC40, который занимает 11-е место в списке мощнейших суперкомпьютеров мира с производительностью в 7 петафлопс (семь тысяч триллионов операций в секунду). Такая машина может спрогнозировать начало дождя вплоть до минуты. Главный суперкомпьютер российской гидрометеослужбы уступает британскому, его мощность 1,2 петафлопса.

Полученные результаты синоптики анализируют и составляют окончательный прогноз. Машина считает конкретные характеристики, а обобщить их может только человек. Синоптики делают прогнозы там, где есть ответственность и где технологии не способны предсказать некоторые погодные явления на местности, такие как туман и гололед.

Как сегодня составляют прогноз погоды: модели прогнозирования

Синоптики выделяют два основных типа моделей: глобальные и локальные.

Глобальные модели

Эти модели обсчитывают всю атмосферу Земли или полушария. Учитывают обширные погодные системы, которые могут простираться по всему континенту — холодные фронты и сильные штормы.

Существует несколько глобальных моделей: американская модель (GFS), европейская модель (ECMWF), немецкая (ICON), английская (UKMet), канадская (СМС), японская (JMA), русская (ПАЛВ) и другие. Синоптики используют в основном американскую и европейскую.

• Американская модель (GFS). Создана Национальной метеорологической службой США. Она запускается четыре раза в день: в 00, 6, 12 и 18 часов по UTC. Результаты публикует спустя 3,5 часа. Выдает прогнозы на 16 дней вперед.

  Доступ к данным модели бесплатный. Любой может скачать их на официальном сайте. Популярный сайт Windguru отображает результаты именно по американской модели.

  Вычислительная мощность американской модели выросла в десять раз за последние четыре года, и теперь модель способна проводить восемь квадриллионов вычислений в секунду.

• Европейская модель (ECMWF). Названа в честь операционного агентства в Европе в результате партнерства между 34 различными странами. Она делает прогнозы на 10 дней вперед. Запускается два раза в день: в 00 и 12 часов по UTC. Из-за сложности считает прогноз целых 6 часов.

  Доступ к данным платный. Результаты отображаются на сайте Foreca. «Гисметео», Yahoo, «Яндекс» и другие популярные ресурсы берут данные именно с него.

  Европейская модель в среднем более мощная в вычислительном отношении, а американская иногда дает более точные прогнозы.

Локальные модели

Глобальные модели хороши и полезны, но часто на небольшом квадрате невозможно адекватно предсказать погоду из-за гор, водоемов или снежных покровов, которые влияют на изменение погодных данных. Тогда выручают локальные модели — они с высокой точностью моделируют отдельную область, страну или город.

Самая популярная среди локальных моделей — модель WRF (Weather Research and Forecasting). Она открыта — любой может скачать ее на GitHub и запустить. Применима для всех стран мира и может учитывать местную географию и топографию.

Ансамблевые прогнозы

Все математические модели прогнозирования погоды имеют ограниченные возможности. Они не могут рассчитать метеорологические параметры в абсолютно каждой точке пространства в абсолютно каждый момент времени. Такие физические процессы, как туманы и гололед, в силу локальности и сложности природы, затруднительно описать с помощью математики. Вдобавок заданные параметры о текущем состоянии погоды не могут быть абсолютно точными.

Поэтому появились современные методы прогнозирования — «ансамблевые». Расчет прогноза запускается не один, а несколько раз, со слегка разными входными данными.

Ансамблевые прогнозы позволяют рассчитать вероятность явления. Например, вероятность осадков составляет 80%. Это значит, что из 50 членов ансамбля 40 (абсолютное большинство) прогнозируют дождь. Вместе с тем, есть 10 членов, которые исключают осадки.

Прогноз погоды от нейросети

С расцветом нейросетей их стали активно применять в прогнозировании погоды. Основной плюс — не нужно решать сложные физические уравнения и хранить огромные объемы информации. Вы собираете некоторый архив данных, а затем нейросеть самостоятельно анализирует его и выделяет закономерности.

Алгоритмы машинного обучения применяет, например, «Яндекс.Погода», используя систему Meteum. Нейросеть берет прогнозы, рассчитанные американской, канадской, японской и европейской моделями, и считает свой по модели WRF. Эти прогнозы сверяются с реальными наблюдениями в нескольких точках города, собранных по метеостанциям и спутникам. Потом она находит повторяющиеся закономерности и выдает прогноз «с точностью до дома».

Почему разные приложения дают разные прогнозы

Это происходит потому, что провайдеры используют разные алгоритмы, основанные на разных моделях прогнозов с разным уровнем детализации. Кто-то просто «штампует» прогнозы моделей, не делая поправку на реальную погоду. Другие нанимают синоптиков для наблюдений и исправлений ошибок.

Большинство популярных сайтов с прогнозами в интернете, отображают данные либо из американской GFS, либо из европейской ECMWF. Национальные метеослужбы делают прогнозы по собственным локальным моделям. Поэтому прогнозы погоды на Гисметео будет отличаться от Росгидромета.

Почему синоптики ошибаются

Точность краткосрочных прогнозов равна 95%. Прогнозы на пятые сутки имеют успешность на 80%, на 10 и более дней — только в половине случаев.

На точность прогнозов влияет множество факторов: количество и качество собираемых данных, способы их сбора и обработки, компьютерные ошибки и тот простой факт, что атмосфера Земли хаотична и ее очень трудно предсказать.

Ниже — основные причины, по которым погода не соответствует предсказаниям.

Неполнота наблюдений

Для идеального прогноза погоды необходимо точно знать текущие данные о фактической погоде на территории в несколько тысяч километров. Прогноз больше, чем на неделю, требует информации о том, что происходит с погодой на всем земном шаре.

На сегодня текущее состояние атмосферы известно приближенно, поскольку многие области планеты наблюдаются приборами слабо — океаны, тропики, пустыни, горы.

Как правило, метеостанций в городах значительно больше, чем в менее населенных районах. Среднее расстояние между метеостанциями на европейской территории России — 150 километров, в Сибири ― 300, на арктическом побережье еще больше. Данные в районах, где нет станций, восстанавливаются при помощи нахождения промежуточного значения, то есть приближенно. За счет этого возникают ошибки. Увеличивать плотность сети глобального наблюдения можно, но не бесконечно, поэтому данные никогда не станут полными.

Атмосфера хаотична

Синоптики пытаются предсказать то, что по своей природе непредсказуемо. Атмосфера представляет собой хаотичную систему: небольшое изменение состояния атмосферы в одном месте может иметь значительные последствия в другом — так проявляется «эффект бабочки». Любая ошибка, которая возникает в прогнозе, будет быстро увеличиваться и вызывать дальнейшие, но уже в большем масштабе.

Несовершенство моделей

Еще одна причина ошибок — несовершенство используемых прогностических моделей и методов. Некоторые погодные явления, такие как туманы и гололед, в моделях сознательно не учтены или упрощены, поскольку даже современные суперкомпьютеры не могут быстро их просчитать.

Несмотря на все технологические достижения, суперкомпьютеры не всегда точны. Хаотическая природа погоды означает, что до тех пор, пока синоптикам приходится делать предположения о процессах, происходящих в атмосфере, у любого компьютера всегда будет шанс ошибиться, независимо от того, насколько он мощный и быстрый.

Исследователи из Университета Пенсильвании нашли предел точности прогнозов погоды. Они обнаружили, что даже уменьшив первоначальные ошибки, лучшее, чего можно добиться, — это прогноз примерно на 15 дней вперед. И это если погода «установится».

Как связаны между собой облака и погода, которую они предсказывают, объясняют детям еще в 4 классе. Но, мало кто из малышей в этом возрасте придает большое значение информации из школьного учебника. Став старше, мы вовсе забываем, что когда – то нас учили прогнозировать, глядя на небо, будет ли дождь.

Но облака – самое загадочное и привлекательное явление земной атмосферы, позволяют составить прогноз погоды. Для этого нужно только разбираться в типе облачности, знать, как она формируется и какими свойствами обладает.

Почему облака такие разные?

Вопрос, почему облака такие разные, всегда интересовал людей. Ведь эти небесные образования абсолютно все состоят из капелек воды или маленьких льдинок. Но, при этом, из одних идет проливной дождь, другие просто нависают темной пеленой над землей, а третьи плывут по небу, как белые кораблики, постоянно меняя форму?

Именно такой вопрос интересовал английского фармацевта Люка Говарда. И этому любителю-синоптику первому пришло в голову создать классификацию облаков. Он изложил ее в своем философском эссе.

К сожалению, так как Люк Говард не был физиком, то его классификация никак не опиралась на физические законы. В ней больше внимания уделялось внешнему виду облачности.

Классификация Люка Говарда

Первый параметр, по которому Говард разделил виды облаков – это высота их расположения в атмосфере.

Верхний ярус был назван перистыми.

Средний ярус классифицировался приставкой альта (высоко).

Нижний ярус – это облачность, располагающаяся ниже высоты 2 км.

Но, существуют тучи, которые сами по себе очень большие. Они занимают значительное пространство по высоте. Так как приписать их к какому либо из ярусов не получается, их назвали облаками вертикального развития. К ним относятся кучевые или кумулюс облачные образования.

Отслеживая все эти разновидности туч, можно установить явную закономерность. Ведь облака и погода имеют прямую связь. Поведение облачности для метеорологов позволяет определить процессы, происходящие в атмосфере.

Прогноз погоды и облака

Утверждать, что сегодня прогнозы погоды составляются по поведению облаков, будет нелепо. Для прогнозирования метеорологи применяют сложнейшие компьютерные программы, которые анализируют огромное количество факторов.

Но, для простого человека инструменты метеорологов недоступны. Поэтому, можно воспользоваться личными наблюдениями, основанными на законах физики, для прогнозирования ненастной или солнечной поры.

Зачем прогнозировать погоду по облакам?

Необходимость сопоставить поведение облаков и погоды может возникнуть в ситуации, когда у человека нет под рукой интернета, а также отсутствует возможность доступа к средствам массовой информации.

Представьте ситуацию, когда вы отдыхаете в лесу, в горах, не берегу реки или отправились в поход, оставив при этом дома свой смартфон.

Даже если вы взяли с собой телефон, то в отдаленных от населенных пунктов местах может просто не оказаться сигнала связи. В этом случае у вас остается один выход – сопоставить то, какие на небе тучи и определить по их характеристикам погоду.

Бывают ситуации, что прогнозирование атмосферных явлений, может стать не просто праздным интересом, а вопросом жизни и смерти. Умение сопоставлять облака и погоду помогает альпинистам во время восхождения на вершины. Для этих людей это очень важные знания.

Облака верхнего яруса и погода

В верхнем ярусе находятся разнообразные облака, но все они являются признаками хорошей погоды. Состоят они из ледяных кристаллов. Осадков никогда не дают. Вы можете без опасения ими любоваться, не рискуя намокнуть под дождем.

Разнообразные облака верхнего яруса любят снимать на камеру фотографы, пытаясь разглядеть в их причудливых очертаниях знакомые силуэты. Но, будьте осторожны! Психологи утверждают, что увлечение поиском картинок, создаваемых тучами, может оказаться диагнозом под названием апофения.

Но вглядываться в тучки верхнего яруса стоит, если хотите заниматься прогнозом погоды. Облака в форме когтя – это самые первые предвестники плохой погоды. Они являются ранним признаком того, что приближается теплый фронт. Следовательно, вскоре после появления когтистых узоров на небе, погода может испортиться.

Облака среднего яруса и погода

В среднем ярусе атмосферы могут располагаться два вида облачности, прямо противоположные друг другу по свойствам.

Если вы видите на небе белые барашки, то знайте, что эта форма облаков – признак хорошей погоды. Иногда они могут образовываться сами по себе. Но, часто они появляются в результате распада грозовых туч.

Второй тип – сплошная бело-серая пелена, сквозь которую с трудом проходит свет от солнца или луны. Эти тучи хорошей погоды не предвещают. Они являются признаком приближения теплого фронта. И, по законам физики, они вскоре превратятся в слоисто-дождевые, которые прольются на землю продолжительными осадками.

Облака низкого яруса и погода

На нижнем ярусе наблюдаются чаще всего слоистые облачные образования. Как связаны слоистые облака и погода? Очень просто! Их этих серых хмурых туч обычно идет долгий обложной дождь.

Если же вы увидите, что сплошное серое небо стало распадаться на отдельные темные тучи, то знайте, эти облака – предвестники улучшения погоды. Кучево-слоистая облачность – признак того, что осадки скоро закончатся.

Погода и облака кумулюсы (кучевые)

Облачные образования вертикального развития делятся на четыре вида:

• плоские кучевые;
• средние;
• мощные;
• кучево-дождевые.

Каждый из этих видов отражает разные погодные процессы.

Плоские кумулюсы – это маленькие белые башенки, как те, что можно увидеть на детских рисунках. Плоские кучевые облака являются признаком хорошей погоды. Эти образования не предвещают ничего плохого. Состоя они исключительно из капелек воды. Давать осадков они не могут.

Кучевые средние – они немного выше плоских, но также ничего плохого не предвещают. Видите на небе средней высоты облака кумулюсы – о погоде можете не беспокоиться.

Мощные кучевые – это переходная стадия к следующему виду. Они предвещают ухудшение погодных условий.

Самые высокие башенки, кучево-дождевые облака – это погода с ливнями, грозами, шквалистым ветром, градом.

Конечно, если вы дитя асфальта, и не представляете себя вне городской цивилизации, то знать, как связаны облака и погода, вам ни к чему. Вы всегда можете открыть интерактивную карту погоды, осадков или гроз, и посмотреть, какие атмосферные явления произойдут в ближайшие часы.

Но, попробуйте оторвать взгляд от монитора и взглянуть вверх, в загадочное и чарующее небо! Возможно, вы сможете удивить друзей и близких, предсказав по форме облачности приближение осадков.