Уважаемый посетитель сайта! На нашем сайте вы можете скачать без регистрации книги, тесты, курсовые работы, рефераты, дипломы бесплатно!

Авторизация на сайте

Забыли пароль?
Регистрация нового пользователя

Наименование предмета

Яндекс.Метрика
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 метеорологические и гидрологические службы выпускают еже¬годно десятки миллионов прогнозов погоды. Огромный опыт вместе с надежным ком¬плектом данных об оценке точности, означает, что во многих случаях неопределен¬ность в прогно-зах погоды хорошо известна, а во многих случаях хорошо объяснима. Так, например, улучшенное предсказание путей движения тропических циклонов по¬зволило сберечь множество жизней во всех бассейнах, находящихся под угрозой этих циклонов. За по-следние несколько десятилетий благодаря улучшенным средствам на¬блюдений, возрас-тающему научному пониманию и более современным и сложным численным моделям, восприятие населением прогнозирования погоды постепенно сме¬нилось от прогнозов, которые сообщество воспринимало таким образом, что они всегда неправильны, на идею о том, что прогнозы, предположительно, правильны. В самом деле, прогнозы на трое су-ток для приземного давления настолько же хороши, как про¬гнозы на сутки, которые вы-давались 20 лет назад, что является величайшим научным достижением. Несмотря на эти успехи, в прогнозах еще остается некая неопределен¬ность; и стопроцентный успех не бу-дет достигнут никогда в жизни.
Изменение атмосферы, а отсюда и погоды, определяют динамические и физиче¬ские процессы, протекающие в атмосфере, а также взаимодействия с примыкающей средой (например, поверхности суши, океана и льда). Научно обоснованные прогнозы погоды возможны лишь в случае, если процессы достаточно понятны, а текущее состояние атмо-сферы достаточно известно, для подготовки прогнозов будущих состоя¬ний. Прогнозы по-годы подготавливаются с использованием в основном систематического подхода, вклю-чающегося наблюдения и усвоение данных, процесс понимания, предсказания и распро-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 своевременного сбора данных от большого ряда источников, включающих радиолокато-ры и спутники. Использование данных этих наблюдений в научно обоснованных методах привело к значительному повышению качества прогнозов погоды, и в результате этого люди во всем мире стали полагаться на прогнозы погоды в качестве ценного вклада во многие процессы принятия решений.
Наиболее емкий сектор потребления специализированной гидрометинформации со-ставляет авиация. Динамично развивается гидрометинформация морских отраслей, уве-личиваются объемы обслуживания морских грузовых и пассажирских перевозок. Тради-ционно большим спросом пользуется гидрометинформация в аграрном секторе и дорож-ном хозяйстве. Предприятиям агропромышленного комплекса выдается специализиро-ванная информация, позволяющая выбрать оптимальные сроки посева и уборки сельско-хозяйственных культур, структуру посевных площадей, а также провести ряд других ме-роприятий, способствующих повышению урожайности. Гидрометинформация, предо-ставляемая дорожным службам, обеспечивает оптимальное распределение сил и средств при эксплуатации дорог, способствует снижению аварийности. На основании получен-ной гидрометинформации, предприятия коммунального хозяйства обеспечивают беспе-ребойную работу городского транспорта, выбирают наиболее экономичный режим теп-лоснабжения зданий. Экспертные оценки показывают, что использование специализиро-ванной гидрометинформации при принятии хозяйственных решений позволяют снизить ущербы, связанные с погодными явлениями. Наибольшим спросом пользуются прогнозы погоды на 1-3 суток и первичная информация. Все более востребованной становится климатическая информация. Повышается интерес к информации о загрязнении природ-ной среды и гидрологической информации. Совершенствуются формы и методы предо-ставления информации потребителям. Внедряются новые технологии обслуживания по-требителей, например, с применением сети Шегпес или через операторов мобильной свя-зи.

Служба погоды.
Непрерывно происходящие изменения в состоянии погоды связаны в первую оче-редь с процессами общей циркуляции атмосферы. Смена дня и ночи вносит в погоду до-статочно простые и регулярные изменения в виде суточного хода метеорологических элементов или в виде смены бризов и т. п. Но резкие и нерегулярные изменения, гораздо более характерные для погоды, являются результатом смены воздушных масс, прохожде-ния разделяющих их фронтов, перемещения и эволюции циклонов и антициклонов. В тропиках эти изменения значительно меньше, чем во внутритропических широтах, пото-му что условия атмосферной циркуляции там более устойчивы и циклоническая деятель-ность слабее. В связи с такой обусловленностью изменений погоды, в течение последнего столетия возникла так называемая служба погоды. В задачи ее входит своевременная ин-формация населения, административных и хозяйственных организаций о существующих условиях погоды и предсказание условий погоды на будущее время.
Материальная база службы погоды состоит, во-первых, из сети синоптических станций, т. е. метеорологических станций, срочно передающих свои одновременные наблюдения в центры службы погоды. До 1920-х годов почти единственным средством связи при этом служил телеграф; в настоящее время основное значение для службы пого-ды имеет радиосвязь. С помощью радиосвязи удалось распространить действие службы погоды фактически на весь Земной шар. Однако до сих пор многие районы охвачены ею еще неудовлетворительно, в особенности океанические районы южного полушария.
В подавляющем большинстве государств мира существуют центральные, а в боль-ших странах также и областные учреждения службы погоды; чаще всего их называют бю-ро погоды. Небольшие учреждения такого рода существуют также при аэропортах, в морских портах и т. д. Служба погоды России возглавляется Гидрометеорологическим центром России в Москве.
Современные метеорологические технологии, а также исследования и практические методы климатологии включают в свой арсенал обработку спутниковой информации (де-текция протон-электронных околоземных облаков – т.н. «солнечного ветра», вызываю-щего явления «северного сияния» в полярных широтах; оптическое – от инфракрасного до ультрафиолетового, - и широкодиапазонное радиосканирование атмосферы и поверх-ности Земли), обработку информации от маловысотных (до границ стратосферы: 50-80 км) привязных и дрейфующих радиозондов, оптических и акустических аппаратов (на метеошарах и стратостатах), информации от специальных авиасредств (бортовая и назем-ная обработка) и одноразовых метеоракет, а также информации от наземных средств оп-тического, акустического и радионаблюдения.
Наземная сеть метеонаблюдений образована системой национальных и междуна-родных метеопостов, оборудованных, в том числе, специальными радиофизическими приборами наблюдения и средствами компьютерной обработки метеоданных. Основным источником информации о состоянии атмосферы, как и полвека назад, являются назем-ные (синоптические) метеостанции — их сейчас около 10 000 в мире, 8 500 на Северном полушарии; и станции аэрологические: 600 и 500, соответственно; имеется тенденция к уменьшению). Покрытие данными весьма неоднородно: территория Европы, Китая и Сев. Америки в наилучшем положении. 2/3 земной поверхности составляет океан. Здесь име-ется лишь несколько островных станций и кораблей погоды. Обычные корабли часто из-меряют и передают данные о температуре, давлении и ветре. Эта часть наблюдений назы-вается конвенциональными.
Наибольший объем наблюдений и, соответственно, большая часть метеоданных и значительная часть долговременных климатических параметров относятся к оперативной характеристике состояния ближней атмосферы: температуре, давлению, влажности, гра-диенту смещения воздушных масс, наличию и динамике турбулентностей/вихрей и воз-душных неоднородностей-«линз». Значительная часть радионаблюдений выполняется в ДВ-УКВ - диапазоне; эти наблюдения относятся к локальной оценке влажности в атмо-сфере, к состоянию облачности (по наличию «окон» в облачных слоях) и составу облаков (дождь-снег-град), к наблюдениям пылевых и вихревых (опасность торнадо) концентра-ций, к динамике смещения воздушных потоков на разных высотах (пеленгом радиозон-дов и наблюдением за дрейфом радио-контрастирующих веществ, специально распыляе-мых в атмосфере на заданных высотах) и т.д. Радиофизические принципы наблюдения перечисленных метеофеноменов основаны на разнице измеримых значений электриче-ской (или магнитной) проницаемости среды, на изменении уровня калиброванных сиг-налов в направлении объекта – на эффектах прямого отражения, поглощения и вторично-го отражения от ионосферы, на измерении собственной электрической активности (фон) метеорологических неоднородностей, фазовых сдвигов эталонных сигналов при отраже-нии, на использовании допплеровского эффекта и т.п. Штатные наземные метеопосты по необходимости оборудованы радиосредствами, - в том числе мегаапертурными – с боль-шой базой, специализированными антенными (антенно-фидерными) комплексами для изотропной и направленной детекции сигналов ДВ-УКВ - диапазонов.
В рамках Всемирной службы погоды особое внимание уделяется организации наблюдений с метеорологических спутников. Данные со спутников NASA позволяют сделать метеорологические прогнозы более точными. Информация с них будет использо-ваться для составления трехсуточных прогнозов погоды на прибрежные зоны США с применением синоптических моделей и данных с метеостанций, расположенных в от-крытом море. Система выдает трехмерную модель состояния поверхности океана с пара-метрами температуры, солености и течений. При этом используются данные сенсора Quikscat со спутника NАSА SeaWinds; уровень океанских вод с учетом высоты волн; а также температура поверхностного слоя океана. В периоды значительного облачного по-крытия предусмотрено выполнение аэросъемки с применением различных сенсоров и но-сителей, которые имеются в распоряжении ВМС США. Полученные таким образом дан-ные используются для создания пространственных синоптических моделей, которые бу-дут применяться для оперативного составления метеосводок и их оперативной корректи-ровки, а также для планирования наблюдений на морских и наземных метеостанциях.
Измеряя с помощью бортовой аппаратуры спутника пара¬метры излучения тепла различных слоев атмосферы, можно получить богатый материал для изучения происхо-дящих в ней процессов. Кроме того, спутник может служить хорошим сред¬ством для сбо-ра информации с наземных метеорологических пунктов, разбросанных по всему земному шару. За время од¬ного оборота вокруг Земли спутник собирает данные, которые в 100 раз превышают информацию, поступающую со всех метео¬рологических станций, и, кроме того, дает сведения о погоде на той части поверхности земного шара, которая является «бе¬лым пятном» для метеорологов. Качество этих данных в настоящее время уступает аэрологическим данным, однако прогресс в этом направлении имеется. Поскольку таких данных много, несколько близких наблюдений осредняются в одно. Покрытие спутнико-выми данными более однородно. Между ошибками наблюдений с одного участка орбиты имеется сильная коррелляция. Эти наблюдени называются неконвенциональными. Они наиболее важны там, где нет аэрологических станций.
Обнаружение тайфунов и ураганов с помощью спутников стало обычным явлени-ем. Так были обнаружены ураганы «Бэтси», «Эстер», тайфуны «Ненси», «Памела», кото-рые наносят ог¬ромные убытки хозяйству. Например, ураган «Агнес», обрушив¬шийся на восточную часть США 20—23 июня 1972 г., унес 118 жизней, а причиненный им матери-альный ущерб оценивается в три с лишним миллиарда долларов. Объем осадков, выпав-ших на сушу во время урагана, составил около 100 куб. км.
Гидрометцентром России разработана и реализована компьютерная программа на основе глобальной модели атмосферы. Эта модель представляет собой неоднородную сетку со сгущением в нижних слоях, около поверхности земли. С ее помощью можно рас-считать погоду через промежуток в 6 часов; заблаговременность прогнозов от 12 до 240 ч. В параметры модели входят следующие метеорологический элементы:
• давления на уровне моря (p0, мбар);
• температура воздуха (T,°С);
• относительной влажности воздуха (R, %);
• зональная и меридиональная составляющие скорости ветра (V, м/с);
• аналог вертикальной скорости (гПа/12ч);
• среднее количество осадков (мм/12 ч);




рис.1



Синоптический анализ и прогноз.
Метеорологические сведения передаются со станций в центры службы погоды за-шифрованные с помощью особых цифровых кодов. Сроки и волны радиопередач согла-сованы в международном порядке. В учреждениях службы погоды эти сведения наносят-ся цифрами и условными знаками на синоптические карты погоды. Такие карты состав-ляются 4 раза в сутки и чаще, за каждый срок наблюдений 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 при-земных карт, составляются также и высотные карты (барической топографии и др.), объ-ем этой систематизированной информации об атмосферных условиях очень велик. В це-лях экономии усилий и средств в последнее время переходят на централизованную си-стему составления и анализа синоптических карт в немногих центрах, откуда карты рас-пространяются путем факсимильной передачи по проводам или по радио в органы служ-бы погоды на местах. Прием синоптических карт по радио возможен и в воздухе, и на су-дах в открытом океане.
Приземные синоптические карты. На территории США каждый час (в некоторых странах – реже) проводятся наблюдения за погодой. Характеризуется облачность (плот-ность, высота и вид); снимаются показания барометров, к которым вводятся поправки для приведения полученных величин к уровню моря; фиксируются направление и скорость ветра; измеряются количество жидких или твердых осадков и температура воздуха и поч-вы (в срок наблюдения, максимальная и минимальная); определяется влажность воздуха; тщательно фиксируются условия видимости и все прочие атмосферные явления (напри-мер, гроза, туман, дымка и т.п.).
Каждый наблюдатель затем кодирует и передает информацию по Международному метеорологическому коду. Поскольку эта процедура стандартизирована Всемирной ме-теорологической 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 резуль-таты наблюдений (в виде цифр и условных знаков) наносятся на контурную карту, на ко-торой точками указаны метеорологические станции. Таким образом, синоптик получает представление о погодных условиях в пределах крупного географического региона. Об-щая картина становится еще более наглядной после соединения точек, в которых зафик-сировано одинаковое давление, плавными сплошными линиями – изобарами и нанесения границ между разными воздушными массами (атмосферных фронтов). Выделяются также районы с высоким или низким давлением. Карта станет еще более выразительной, если закрасить или заштриховать территории, над которыми в момент наблюдений выпадали осадки.
Синоптические карты приземного слоя атмосферы являются одним из основных ин-струментов прогноза погоды. Специалист, разрабатывающий прогноз, сравнивает серии синоптических карт на разные моменты наблюдений и изучает динамику барических си-стем, отмечая изменения температуры и влажности внутри воздушных масс по мере их перемещения над различными типами подстилающей поверхности.
Высотные синоптические карты. Облака перемещаются воздушными течениями обычно на значительных высотах над земной поверхностью. Поэтому для метеоролога важно располагать надежными данными для многих уровней атмосферы. На основании данных, полученных при помощи метеозондов, самолетов и спутников, составляются карты погоды для пяти высотных уровней. Эти карты передаются в синоптические цен-тры.
Анализ синоптических карт (и разных других вспомогательных материалов, как аэрологические диаграммы, вертикальные разрезы и пр.) состоит в следующем. По сведе-ниям, нанесенным на карту, устанавливается фактическое состояние атмосферы в момент наблюдений: распределение и характер воздушных масс и фронтов, расположение и свойства атмосферных возмущений, а, кроме того, расположение и характер облачности и осадков, распределение температуры и пр. в связи с этими условиями атмосферной цир-куляции. Между прочим, атмосферные возмущения, фронты и воздушные массы, изучае-мые с помощью синоптических карт, называются синоптическими объектами. Составляя карты от срока к сроку, можно следить по ним за изменениями состояния атмосферы, в частности за перемещением и эволюцией атмосферных возмущений, перемещением, трансформацией и взаимодействием воздушных масс и пр. Представление атмосферных условий на синоптических картах дает удобную возможность и для информации о состо-янии погоды.
Как же делается численный прогноз? Коротко опишем алгоритм прогноза:
1.Измеренные данные контролируются:
а) отбрасываются чрезмерно большие или малые значения (например, ветер со скоростью 200 м/сек, отрицательный угол его направления, отрицательная влажность 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) проверяется выполнение некоторых соотношений, — например, температура и высота как функции давления как независимого переменного связаны уравнением гидростатики;
г) значения не должны слишком (конкретные значения оцениваются статистически) от-клоняться от значений предыдущего прогноза на срок измерения. Программа комплекс-ного контроля проверяет неувязки во всех частных контролях, а затем принимает реше-ние об ошибочности или верности данного измерения.
Системы усвоения метеорологической информации используют разнообразные данные от самых разнообразных наблюдательных приборов и должны быстро их прове-рить и согласовать между собой.
2. Проконтролированные данные интерполируются в правильную сетку точек на поверхности Земли (или ее части, если прогноз предполагается давать региональный, а не глобальный). При этой интерполяции следует учесть статистические характеристики как реальных метеорологических полей, так и полей предыдущего прогноза на момент дан-ного объективного анализа — так по традиции называют задачу интерполяции.
3. Данные в геометрически правильной сетке используются в качестве начальных для системы уравнений в частных производных, описывающих динамику атмосферы. Это уравнения газовой динамики, в которые добавлены различные физические эффекты, не наблюдаемые в идеальном газе. Учитывается вращение Земли, ускорение силы тяже-сти, солнечная и отраженная от поверхности Земли радиация, фазовые переходы воды и т.д.
Главная и более трудная задача состоит в прогнозе ожидаемых изменений погоды, прежде всего на короткий срок вперед (на 1-2 суток). Кратко можно сказать, что эта зада-ча сводится, во-первых, к определению, как в следующие несколько десятков часов должны будут переместиться и измениться синоптические объекты - атмосферные воз-мущения, фронты и воздушные массы. Это так называемый прогноз синоптического по-ложения. Затем делают заключения о том, как в связи с этими перемещениями и измене-ниями должны меняться условия погоды в рассматриваемом районе.
Именно последнее нужно потребителю прогнозов. При прогнозе синоптического положения приходится пользоваться, прежде всего, экстраполяцией во времени, т. е. предполагать, что на некоторый промежуток времени атмосферные процессы будут про-исходить с теми же скоростями или ускорениями, с какими происходили до сих пор. Это, конечно, грубый прием, могущий привести к большим ошибкам, но в большинстве слу-чаев применяемый с достаточным успехом. Он уточняется с помощью использования тех связей между атмосферными процессами, которые установлены эмпирически за много лет анализа синоптических карт или которые вытекают из законов динамики и термоди-намики атмосферы. Связи эти применяются преимущественно качественно, что более или менее обеспечивает правильный прогноз направления процесса, но может приводить к ошибкам в определении темпа и интенсивности процессов.
О погоде, связанной с будущим положением и свойствами возмущений, масс и фронтов, судят по фактическим свойствам этих синоптических объектов, учитывая опять-таки возможное изменение этих свойств.
При всей простоте приемов синоптического анализа их применение представляет собой нелегкую задачу и требует большого практического опыта у прогнозиста (синопти-ка). От ошибок, иногда даже грубых, современные краткосрочные прогнозы погоды не свободны. Однако, в общем качество прогнозов оказывается удовлетворительным для многих потребностей практики, в особенности для обеспечения действий авиации. Без регулярного синоптического обслуживания современная авиация работать не может. Есть и ряд других областей хозяйства, для которых получение прогнозов погоды необходимо. Средства, затрачиваемые на службу погоды, во много раз перекрываются теми выгодами, которые она приносит.
Идеальный прогноз должен оправдываться по всем параметрам. Установить причи-ну ошибок в прогнозе сложно. Метеорологи считают прогноз оправдавшимся, если его ошибка меньше, чем предсказание погоды с применением одного из двух методов, не требующих специальных познаний в области метеорологии. Первый из них, называю-щийся инерционным, допускает, что характер погоды не изменится. Второй метод исхо-дит из того, что характеристики погоды будут соответствовать средним месячным на данное число.
Продолжительность срока, в течение которого прогноз оправдывается (т.е. дает лучший результат, чем один из двух названных подходов), зависит не только от качества наблюдений, математического аппарата, вычислительной техники, но также и от масшта-ба прогнозируемого метеорологического явления. Вообще говоря, чем крупнее явление погоды, тем на более длительный срок его можно прогнозировать. Например, часто сте-пень развития и пути движения циклонов можно прогнозировать на несколько дней впе-ред, но поведение 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 тщательных наблюдений или более точных уравнений.
Атмосферные процессы развиваются хаотически. Это означает, что для прогноза различных явлений в разном пространственно-временном масштабе необходимы разные подходы, в частности, для прогноза поведения крупных циклонов умеренных широт и локальных сильных гроз, а также для долгосрочных прогнозов. Например, прогноз дав-ления воздуха на сутки в приземном слое является почти таким же точным, как измерения с помощью метеозондов, по которым его проверяли. И наоборот, трудно дать детальный трехчасовой прогноз перемещения линии шквалов – полосы интенсивных осадков перед холодным фронтом и в целом параллельно ему, в пределах которой могут зарождаться смерчи. Метеорологи пока могут только предварительно выделять обширные районы возможного возникновения линий шквалов. Когда они зафиксированы на космическом снимке или при помощи радиолокатора, их продвижение можно экстраполировать только на один-два часа, и поэтому важно своевременно довести сводку погоды до населения. Предсказание неблагоприятных кратковременных метеорологических явлений (шквалов, града, смерчей и пр.) называется срочным прогнозом. Разрабатываются компьютерные методики прогнозирования этих опасных явлений погоды.
Возможности улучшения прогнозов погоды в настоящее время видят в изыскании и введении в службу погоды вычислительных методов прогноза. Такие методы сводятся к численному интегрированию по времени (с помощью электронных вычислительных ма-шин) уравнений динамики и термодинамики атмосферы, в которые подставляются начальные значения атмосферных условий в ряде точек, взятые из наблюдений. Работа в этом направлении ведется очень интенсивно. Правда, разработанные до сих пор методы, относятся преимущественно лишь к предвычислению барического поля. Переход от ба-рического поля к погоде приходится производить еще прежними, качественными спосо-бами. Даже в предвычислении барического поля пока не достигнуто решающих практи-ческих успехов: удачность прогнозов остается того же порядка, что и удачность прогно-зов обычными синоптическими методами. Объясняется это исключительной сложностью атмосферных процессов для математической формулировки задачи.
Состояние атмосферы и закономерности атмосферных процессов в вычислительных схемах приходится упрощать, что, конечно, отражается на соответствии результатов вы-числения действительности. Однако можно надеяться, что в недалеком будущем задача вычислительного прогноза, и не только для барического поля, будет решена с точностью, удовлетворяющей потребностям практики.

Прогнозирование текущей погоды.
Прогнозирование текущей погоды: прогнозы в пределах от 0 и вплоть до 6-12 часов основываются на более интенсивном, с точки зрения наблюдений подходе, и называются как прогнозы текущей погоды. Традиционно прогнозирование текущей погоды концен-трируется на анализе и экстраполяции наблюдаемых метеорологических полей с особым упором на мезомасштабные поля облаков и осадков, полученных по данным спутников и радиолокаторов. Прогностическая продукция текущей погоды особенно ценна в случае мезомасштабных неблагоприятных условий погоды, связанных с сильной конвекцией и интенсивными циклонами. В случае с тропическими циклонами, прогнозирование теку-щей погоды является важным подходом для обнаружения и последующего краткосрочно-го предсказания, которое обеспечивает действительность прогноза в некоторых случаях свыше 24 часов. Однако временной темп изменения этих явлений является таковым, что простая экстраполяция важных значительных характеристик приводит к тому, что про-дукция очень быстро ухудшается со временем, даже во временных масштабах порядка од-ного часа. Поэтому разрабатываются методы, которые сочетают методы экстраполяции с численным прогнозированием погоды, при этом как за счет смешения двух видов про-дукции, так и с помощью улучшенной ассимиляции подробных мезомасштабных наблю-дений. Это изначально очень трудная задача и, несмотря на точность и конкретность, ко-торые будут улучшаться в предстоящие годы, эти виды продукции всегда будут связаны с неопределенностью, касающейся конкретного местоположения, времени и суровости ме-теорологических явлений, таких как грозовые и градовые ливни, торнадо и нисходящие порывы.

Долгосрочные прогнозы.
Еще сложнее задача долгосрочных прогнозов погоды - на декаду, месяц, сезон впе-ред. Степень точности здесь неизбежно ниже, чем в прогнозах краткосрочных. Рацио-нальная постановка задачи долгосрочного прогноза должна сводиться к определению ка-ких-то общих характеристик погоды будущего: степени зональности или меридионально-сти циркуляции, средних месячных температур, отклонений осадков от нормы, самых общих черт в ходе температуры и т. д. Вряд ли когда-либо люди достигнут возможности ответить на вопрос: будет ли в таком-то месте дождь такого-то числа в будущем месяце? Сложный комплекс условий, которые будут определять такой дождь или его отсутствие, часто нельзя предвидеть даже накануне; тем более невозможно это сделать за долгое вре-мя вперед. Но и задача определения общих характеристик погоды на долгое время вперед еще далека от удовлетворительного разрешения. Анализ ежедневных синоптических карт уже не подходит для этой цели; приходится прибегать к способам обобщенного представ-ления атмосферных условий, как сборные или средние карты за те или иные периоды времени. Попытки применения для долгосрочных прогнозов таких приемов, как учет инерции в ходе атмосферных процессов (т. е. сохранения знака аномалии погоды на не-которое время вперед), приводили к самым ограниченным успехам. Ограниченные ре-зультаты дали и многочисленные определения корреляционных связей между ходом ме-теорологических элементов в разных местах и в разные периоды года, а также и попытки изыскания периодов и ритмов в ходе атмосферных процессов на значительных отрезках времени.
Поскольку турбулентная природа атмосферы ограничивает возможности предсказа-ния погоды на большой территории примерным сроком до двух недель, прогноз на более продолжительное время должен основываться на факторах, которые предсказуемым обра-зом воздействуют на атмосферу и при этом сами будут известны более чем за две недели. Одним из таких факторов является температура поверхности океана, которая медленно меняется в течение недель и месяцев, влияет на синоптические процессы и может быть использована для выявления районов с аномальными температурами и количеством осад-ков. Проводится сопоставление атмосферных процессов с процессами в мировом океане, поскольку между двумя этими сферами Земли происходит взаимный обмен теплом и вла-гой.
Более плодотворным и распространенным является прием подбора аналогов, исхо-дящий из предположения, что за сходными начальными условиями в разных случаях сле-дует сходное дальнейшее развитие. Однако таким предположением следует пользоваться с очень большой осторожностью, потому что уже небольшие различия в начальных усло-виях могут совершенно изменить весь дальнейший ход процессов.
Представляется перспективным сопоставление атмосферных процессов с солнечной активностью, т. е. с явлениями, происходящими на поверхности Солнца (пятна и др.). Связи между атмосферными процессами и солнечной активностью, несомненно, суще-ствуют, хотя они известны еще далеко не до конца и мало объяснены. Поскольку в сол-нечных процессах обнаруживается определенная цикличность и они предшествуют опре-деленным изменениям в атмосфере, это может быть использовано в целях долгосрочного прогноза погоды. Но и на этом пути достижений еще немного. Есть попытки и вычисли-тельных долгосрочных прогнозов на базе уравнений гидродинамики, не получившие еще практического значения.
Прогнозы с заблаговременностью, превышающей несколько часов, почти всегда полностью основываются на численном прогнозировании погоды (ЧПП). В действитель-ности, большую часть улучшений в оправдываемости прогнозов погоды за последние 20 лет можно отнести за счет компьютерных моделей ЧПП, которые строятся с использова-нием уравнений, описывающих динамическое и физическое изменение атмосферы. Мо-дели ЧПП представляют атмосферу на трехмерной сетке, при этом оперативные системы в 2001 г. используют горизонтальное пространственное разрешение в 50-100 км для крупномасштабного прогнозирования, и 5-40 км — для прогнозирования по ограничен-ному району в мезомасштабе. С поступлением более мощных компьютеров это представ-ление улучшится. Точно могут предсказываться только метеорологические системы, ко-торые в несколько раз превышают шаг сетки, и поэтому явления в меньших масштабах должны представляться в приближенном виде с использованием статистических и других методов. Эти ограничения в моделях ЧПП оказывают особое влияние на подробные про-гнозы местных элементов погоды, такие как облачность и туман, а также экстремальные явления, такие как интенсивные осадки и пиковые порывы.
На поиски рациональных методов долгосрочных прогнозов направлены сейчас энергичные усилия; это важнейшая практическая задача метеорологии, ждущая разреше-ния. Пока оправдываемость прогнозов не слишком значительно превышает случайные совпадения. Для характеристики и изучения многих атмосферных явлений, а также для прогноза погоды необходимо одновременно проводить различные наблюдения во множе-стве пунктов и фиксировать полученные данные на картах. В метеорологии обычно при-меняется т.н. синоптический метод.

Предсказание в масштабах от сезона до межгодового.
За пределами двух недель обычные недельные подробные прогнозы погоды имеют очень низкий уровень успешности, но обычные месячные прогнозы с использованием численного прогнозирования погоды с предсказанными аномалиями температуры по-верхности моря все еще имеют значительную успешность для некоторых регионов и се-зонов в пределах нескольких месяцев. При сезонном временном масштабе подробные прогнозы метеорологических явлений или последовательностей метеорологических обра-зований невозможны. Неупорядоченный характер поведения атмосферы устанавливает фундаментальное ограничение порядка двух недель для предсказаний, связанных с быст-рым возрастанием ошибок исходного условия, возникающих из несовершенных и непол-ных наблюдений. Тем не менее, в ограниченном плане некая предсказуемость проявляет-ся с более длительными сроками заблаговременности вплоть до нескольких сезонов. Это происходит в связи с взаимодействиями между атмосферой, океанами и поверхностью суши, которые становятся важными в сезонных временных масштабах.
Свойственные временные масштабы изменчивости, как для поверхности суши, так и для океанов, являются более длительными по сравнению с временными масштабами изменчивости атмосферы, частично вследствие сравнительно большой термальной инер-ции. Океанские волны и течения являются медленными, по сравнению с их атмосферны-ми контрагентами, ввиду большой разницы в структуре плотности. Поскольку атмосфера связана с условиями океана и поверхности суши, то степень предсказуемости может быть перенесена на атмосферу в сезонных временных масштабах. Известно, что такое взаимо-действие существует особенно в зоне тропиков, где характер атмосферной конвекции в конечном итоге является важным для характера погоды в глобальном масштабе и доволь-но тесно связан с колебаниями температуры поверхности океана. Наиболее важным при-мером такого взаимодействия является явление Эль-Ниньо - Южное колебание, которое приводит к значительным сдвигам в глобальном климате с интервалами в пределах от 2 до 7 лет.
Характер предсказуемости в климате в сезонных временных масштабах следует понимать в вероятностных выражениях. Это не точная последовательность погоды, кото-рая имеет предсказуемость с большой временной заблаговременностью (сезон или более), но скорее некоторые аспекты статистических данных о погоде, например средняя или ко-лебание температуры/осадков за сезон, которые имеют потенциальную предсказуемость. Хотя погода в любой определенный день совершенно неопределенна в долгосрочном плане, устойчивое влияние медленно изменяющихся условий поверхности могут изме-нить шансы для конкретного типа погоды, происходящей в этот день.
В настоящее время сезонные предсказания подготавливаются с использованием, как статистических схем, так и динамических моделей. Статистический подход стремится к обнаружению повторяющихся схем в климате, связанных, например, с температурой по-верхности моря. Такие модели продемонстрировали оправдываемость при прогнозирова-нии Эль - Ниньо и некоторых из его глобальных климатических последствий. Основны-ми инструментами для динамического прогнозирования являются совмещенные модели – модели, которые включают как атмосферу, так и другие важные среды, особенно океан. Проблема неопределенности решается с использованием группового подхода, при кото-ром модель климата прогоняется множество раз с несколько разными исходными услови-ями (в пределах ошибок наблюдения или ошибок выборочного обследования). Отсюда получают распределение результатов, по которым можно рассчитать данные о климате. Недавно получены обещающие результаты по групповой продукции, при которой объ-единялись несколько моделей. Но большинство из моделей демонстрирует несколько се-рьезных постоянных систематических ошибок, которые неизбежно снижают уровень оправдываемости прогноза. Наличие данных является ограничением, как для статистиче-ских моделей, так и для динамических моделей. В последнем случае весьма ограниченная информация имеется для большей части глобального океана и для условий поверхности суши.

Перспективная оценка будущего климата.
Как объяснялось выше, основываясь на текущем наблюдении за состоянием атмо-сферы, предсказание погоды может предоставить подробную метеорологическую инфор-мацию по конкретному месту и времени во временных масштабах порядка двух недель. Как оказалось, существует некая предсказуемость аномалий температуры и осадков на более длительные сроки вплоть до нескольких сезонов. Это происходит за счет взаимо-действий между атмосферой, океанами и поверхностью суши, которые становятся важ-ными в масштабах сезона. Однако долгосрочные изменения в системе земля-атмосфера в климатических временных масштабах (десятилетия-столетия) зависят от факторов, кото-рые изменяют баланс входящей и уходящей энергии в системе земля-атмосфера. Эти фак-торы могут быть естественными (например, изменения в солнечной мощности излучение или вулканы) или антропогенными (например, увеличение массы парниковых газов). Поскольку моделирование возможных будущих состояний климата зависит от предпи-санных сценариев этих факторов, то более точно их называют как «перспективные оцен-ки», а не «предсказания» или «прогнозы».
Для того чтобы выполнять перспективные оценки климата, требуются модели кли-мата, основывающиеся на физических процессах, с тем, чтобы представлять тонкие меха-низмы обратной связи, которые являются важнейшими во временных масштабах климата. Физические процессы и обратные механизмы связи, которые не являются важными в ЧПП, или даже во временных масштабах сезонного предсказания становятся важными при попытке моделировать климат на длительные периоды, например, взаимодействие между облачностью и радиацией и механизмы обратной связи, механизм обратной связи водяного пара, динамика и процессы океана. Обработка этих ключевых свойств очень важна для того, чтобы воспроизводить многие аспекты климата реалистично, хотя остает-ся много неопределенностей, связанных с облачностью и аэрозолями и их радиационны-ми воздействиями и многими океанским процессами.
Понимание основных климатических процессов (например, таких как включение динамики морского льда и более реалистичный перенос океанского тепла) за последние несколько лет заметно улучшилось. В настоящее время многие модели позволяют удовле-творительно моделировать климат без необходимости применения нефизических попра-вок потоков тепла и воды при взаимодействии океана и атмосферы, используемых в мо-делях раннего периода. Более того, моделирование, которое включает оценку природного и антропогенного воздействия, вполне в состоянии воспроизвести изменения, произо-шедшие в приземной температуре за двадцатое столетие. Эта крупномасштабная согласо-ванность между моделями и наблюдениями ведет к уверенности в оценках темпов потеп-ления, рассчитанных на следующий век. Моделирование естественной изменчивости, например, Эль-Ниньо, циркуляции муссона, северо-атлантическое колебание также улучшилось. Одним из факторов, которые ограничивают уверенность в перспективной оценке изменения климата, является неопределенность внешнего воздействия (например, в предсказании будущей концентрации атмосферной двуокиси углерода и других парни-ковых газов и аэрозольных нагрузок).

Многоходовая метеоклиматическая программа.
Несмотря на уже имеющийся мощный научный задел в метеорологии и в климато-логических исследованиях и даже вопреки колоссальным затратам на организацию тех-нологической базы для решения текущих метеорологических задач, - реальные результаты краткосрочного и сезонного метеопрогнозирования для локальных областей и масштаб-ных регионов, - все еще недостаточны. Катастрофические погодно-климатические изме-нения (рекордные дожди, обвальные снегопады, резкие и глубокие перепады давления и температуры, тайфуны, торнадо и т.п.) стали повседневной и непредсказуемой опасно-стью для наиболее плотно заселенных регионов Европы, Азии, Африки и Америки. Впервые за исторически обозримое время погодные катастрофы стали прямой угрозой для больших городов, для транспортной и энергетической инфраструктуры обширных национальных территорий, для выживания городского и сельского населения, стали ка-тализатором необратимых потерь среди местной флоры и фауны.
Специалисты-метеорологи считают все происходящее следствием глобального по-тепления – в том числе по техногенным причинам, - и, соответственно, результатом раз-балансировки связанных тепломассобменных метеопроцессов. По мнению специалистов, адаптация общества к новым метеоусловиям произойдет в длительной многоходовой про-грамме.
1. На первом этапе должна быть предельно усилена технология сбора и накопле-ния метеоданных. Параллельно должны быть развиты мощные математические методы адекватного моделирования метеопроцессов, ориентированные на ком-пьютерное исполнение.
2. На втором этапе программы, даже без научной полноты теории – в режиме «черного ящика», - в метеотехнологии проявится возможность предсказывать изменения климата.
3. Параллельно с научным уточнением, на третьем этапе программы в метеотех-нологию будут внедрены более мощные и, безусловно, более точные инженер-ные методы наблюдений и прогнозирования.
4. На четвертом – завершающем этапе программы, с уровня достигнутой решаю-щей полноты научных знаний, - с необходимостью проявятся принципиально новые технические возможности безопасного управления погодой и климатом – в целом.
Ясно, что без стартового усиления технологии сбора и накопления метеоданных все последующие этапы стратегической метеоклиматической программы невыполнимы: пла-новые результаты первого этапа могут быть достигнуты только с расширением сети наблюдательных метеопостов, с усилением их радио-оснащения и с подключением к об-работке массивов накопленных данных больших вычислительных мощностей – адекват-ной математики и сетевых средств распределенных компьютерных вычислений. Между-народные метеоклиматические программы (ООН, ЕС), а также программы некоторых ре-гиональных объединений (к примеру: Японии, Китая, Малайзии и Южной Кореи, - в рамках южно-азиатской метеоклиматической программы штормового мониторинга и других задач) и отдельных стран уже сейчас предусматривают резкое технологическое усиление действующей системы метеопостов и иной инфраструктуры метео-наблюдений. Предполагается, что усиление технологии будет ориентировано на использование Internet-возможностей, на применение мощных логико-математических пакетов фильтра-ции, накопления, систематизации и обработки данных, на организацию высокопроизво-дительных региональных вычислительных центров на базе супер-компьютеров, связан-ных с распределением вычислений в Internet, с использованием мобильных и спутнико-вых средств связи, а также с комплектованием метеопостов современным радиомонито-ринговым оборудованием, включая специальные изотропные и направленные антенны. При этом, специалисты-метеорологи отмечают необходимость развертывания метеопо-стов конкретно в городских условиях. Эта необходимость особенно резко усиливается для мегаполисов и географически-протяженных (вытянутых) населенных пунктов. Хроноло-гически-близкие погодные катастрофы в Центральной Европе (Германия, Австрия, Че-хия, Словакия, Венгрия, - по телевизионным сводкам новостей в течение всего 2003 г.), в США (граничащие с Канадой северные штаты, города Нью-Йорк, Чикаго и Детройт) и в других районах мира, включая Украину (за тот же период), подтверждают особую уязви-мость городов перед климатическими факторами и заведомую необходимость погодного мониторинга внутри городского периметра. Однако, действующие технологии радиона-блюдения для задач метеорологии и климатологии неприменимы к использованию в го-родской среде; причем, именно в силу их работы в комплексе со специализированными антеннами, неприспособленными для адресной городской эксплуатации. Инженерным выходом из данного положения представляется использование для «городских» метеопо-стов суррогатных антенн на ДВ-КВ-диапазоны, в качестве которых могут быть адаптиро-ваны действующие в городском периметре строения, инженерные сооружения, различ-ные сети коммуникаций и иные антенные объекты, определенные проектом «AntenNet». Помимо режимов пассивной локации метеофеноменов и сигналов от зондов, специаль-ной авиации и спутников - с помощью таких антенн, - для реального расширения числа решаемых на месте метеоклиматических задач могут быть применены режимы квази-активной радиолокации с теми же объектами, использующими эффект внешнего облуче-ния метеообъектов опорными частотами действующих в регионе ТВ-и радио -вещания и/или несущими частотами местной мобильной связи в КВ/УКВ-диапазонах.
109




Тэги: служба погоды, синоптический анализ и прогноз, прогнозирование текущей погоды, долгосрочные прогнозы, предсказание в масштабах от сезона до межгодового, перспективная оценка будущего климата, многоходовая метеоклиматическая программа



x

Уважаемый посетитель сайта!

Огромная просьба - все работы, опубликованные на сайте, использовать только в личных целях. Размещать материалы с этого сайта на других сайтах запрещено. База данных коллекции рефератов защищена международным законодательством об авторском праве и смежных правах. Эта и другие работы, размещенные на сайте allinfobest.biz доступны для скачивания абсолютно бесплатно. Также будем благодарны за пополнение коллекции вашими работами.

В целях борьбы с ботами каждая работа заархивирована в rar архив. Пароль к архиву указан ниже. Благодарим за понимание.

Пароль к архиву: 4S3562

Я согласен с условиями использования сайта