Як ми прогнозуємо погоду?

Як ми прогнозуємо погоду?


Метою прогнозу погоди є визначення погодних умов у певному місці чи місцевості протягом певного періоду часу, наприклад, двох днів. Чим довший час прогнозування, тим більше проблем, пов'язаних з ним, і тим менш точна інформація. На вірогідність оголошення впливають метеорологічні умови, в яких формується ця погода. Наявність великої та стабільної стріли на заданій площі гарантує високу точність прогнозу навіть до кількох днів. В іншому випадку, наприклад, швидко розвивається і рухається низько, справа виглядає набагато складніше. 


Можна стверджувати, що прогнозування погоди в Україні досягло величезного прогресу за останні десятиліття. Незважаючи на розвиток цієї галузі науки, залишаються проблеми з визначенням місць локальних опадів або штормів. Чим менший масштаб метеорологічного явища, тим більше змінних буде використано для складання прогнозу. Навіть правильне позначення місця їх виникнення не дає впевненості щодо кількості або тривалості опадів. Опади, пов’язані з атмосферними фронтами, можна передбачити набагато краще.

Ще сто років тому процес прогнозування був зовсім іншим. Більшість дій синоптик виконував вручну. Від збору інформації про поточний стан атмосфери, до нанесення її на карту та оцінки. Після цього він проаналізував їх і, використовуючи знання про механізми створення метеорологічних явищ і власну інтуїцію, зробив прогноз. Навіть ті, хто це професійно практикує, кажуть, що на основі двох однакових карт дві людини будуть робити різні прогнози. Саме тут проявляється аспект досвіду та інтуїції синоптиків, а значить, прогноз певною мірою суб’єктивний.

Сьогодні синоптик має ряд пристроїв, які підтримують його в роботі. Знання про процеси в атмосфері були використані для побудови гідродинамічних моделей атмосфери. Обчислювальна потужність, здатна аналізувати такі складні динамічні моделі, виявилася неоціненною. Саме вона розробляє чисельні прогнози погоди. Вона виникає в результаті розрахунків, в яких стан атмосфери описується складними рівняннями. Вони гарантують об'єктивність і також називаються такими, і результат цих рівнянь багаторазово повторюється. Незважаючи на використання надзвичайно складних операцій для опису атмосфери (різні типи диференціальних рівнянь), їх точний розрахунок неможливий, і я даю апроксимацію результатів у числовому вигляді.

Побудова цих моделей базується на поділі простору на основні поля – метеорологічні поля. Вони описуються певною кількістю точок, для яких наводяться значення погодних компонентів. Модель обчислює дані у вузлах сітки. Кількість вузлів на одиницю площі дає нам горизонтальну роздільну здатність моделі. Щільність вузлів підвищує чутливість моделі за рахунок введення більшої кількості змінних. Однак модель враховує не тільки значення з підземного шару атмосфери. Прикордонний шар (в середньому 1 кілометр) у тропосфері має сильну взаємодію з поверхнею землі, що дуже впливає на погодні явища в цій зоні. Для того, щоб модель точно описувала процеси в атмосфері, розрахунки проводяться на більш високих рівнях. 

Кількість цих рівнів впливає на роздільну здатність моделі по вертикалі. Обмежені здібності моделі роблять що їх розв’язування не включає деякі локальні явища (з діапазоном кількох кілометрів), а впливає на загальні зміни та стан атмосфери. Неврахування його в роботі моделі призведе до зниження точності прогнозу, оскільки одна зі змінних буде опущена. Одним із таких прикладів є конвекція, яка відіграє велику роль у вертикальному обміні тепла та вологи. Тому я виконую параметризацію, тобто штучне, ручне введення їх впливу на більш масштабні процеси. який відіграє важливу роль у вертикальному обміні тепла і вологи. Тому я виконую параметризацію, тобто штучне, ручне введення їх впливу на більш масштабні процеси. який відіграє важливу роль у вертикальному обміні тепла і вологи. Тому я виконую параметризацію, тобто штучне, ручне введення їх впливу на більш масштабні процеси.

Числові моделі прогнозування погоди

Вони можуть мати різний масштаб: від глобального, через регіональний (наприклад, для Європи) до мезомасштабу (наприклад, для України чи Центральної Європи). Незважаючи на різну роздільну здатність по горизонталі та вертикалі, завжди прагне до найвищої точності. Збільшення кількості вузлів сітки є додатковими точками, де виконується розрахунок. Можливості комп'ютерів залишаються обмеженням. Майбутнім рішенням буде модель глобуса з високою роздільною здатністю. Він мав би велику кількість точок для обчислення чисельного прогнозу погоди. Наразі це не дозволяється можливостями машин і обмеженим часом. Так були винайдені вкладені моделі. Він полягає в градуювання роздільної здатності разом із зменшенням просторового масштабу моделі. І так: глобальна модель має найнижчу роздільну здатність. Наступні збільшують параметри метеорологічної сітки. Модель з нижчим діапазоном отримує значення з моделі на один рівень вище в просторовій ієрархії як граничні значення. Це рішення, яке добре працює в усьому світі.

Параметри вітру;

Для визначення швидкості і напрямку вітру використовують вітроміри, анемометри та анемотахометри. Найпростіші за своєю конструкцією вказують на швидкість за допомогою відхилення металевої пластини по відношенню до шкали. Системи чаш — новіші пристрої. Вертлюг, встановлений на 3 або 4 чашки, обертається, і генератор створює напругу. Саме вимірювання цієї напруги дає змогу визначити швидкість вітру. Для визначення напрямку також можна використовувати прогин рукава або подовжений тканинний балдахін.Анемометрзамість цього він вимірює середню швидкість вітру на основі кількості обертів, зроблених за дану одиницю часу. Прикладом такого приладу є анемометр Робінзона. Анемотахометри вимірюють миттєву швидкість вітру і працюють за принципом, схожим на спідометри транспортних засобів. Вимірювання, пов’язані з вітром, викликають певні методологічні труднощі. Вітер дуже мінливий, і виміряне значення може значно відрізнятися від виміряного на невеликій відстані або за відносно короткий час. Тут велике значення має тип місцевості, де проводяться виміри.

Атмосферний тиск

Найпростішим приладом для вимірювання зміни тиску повітря єанероїд. Металевий, герметичнийоловонаповнений розбавленим повітрям і оснащений індикатором. Зміна тиску повітряного стовпа на стінки банки призводить до нахилу покажчика анероїда відносно шкали, коли відбувається зчитування.

Такийбарометрможе включати паперовий циліндр для запису безперервних змін тиску. Йдеться тоді про барограф (самописний анероїд), запис називається барограмою. Використовуються також ртутні барометри, де тиск повітря штовхає ртуть у трубку з вакуумом всередині. Це продовжується до тих пір, поки не настане рівновага між стовпчиком ртуті і тиском повітря. Рівень рідини показує значення атмосферного тиску на шкалі. Неможливо зареєструвати зміни на цьому пристрої.

Випадання дощу

Опади в заданій одиниці вимірювання збираються в спеціальний металевий циліндр перетином 200 см 2 . Наливши його в мірний стакан, дізнаємося про його обсяг. Цей простий прилад називається дощоміром або дощеміром. Його варіація, яка фіксує кількість опадів, називається плювографом. Суматор розміщують у важкодоступних місцях або коли ми не маємо можливості часто перевіряти записи. Після перевищення певної кількості опадів цей момент реєструється і пристрій спорожняється. Збирається наступна доза опадів. Період може становити місяць і навіть більше.

Вологість

Він заснований на використанні волосся як матеріалу, який реагує на зміну відносної вологості повітрягігрометр(з можливістю його збереження називається гігрографом).

Більш складний прилад, який вимірює вологість за показаннями двох термометрів - сухого і вологого, називається психрометром. У вологому стані він контактує з батистом, тобто білою бавовняною тканиною, одним кінцем зануреним у воду. Цей термометр показує температуру, нижчу на тепло, необхідне для випаровування води. Також введено постійний потік вітру (психрометр Ассмана), що робить вимірювання точними та однорідними.

З іншого боку, випарник вимірює швидкість випаровування води з даної поверхні за даних атмосферних умов. Лізиметр, у свою чергу, визначає випаровувальну та транспіраційну здатність води рослинами та верхнім шаром ґрунту. На цьому лусковидному приладі – цілий фрагмент ґрунту з рослинністю.

Температура повітря

У метеорології використовуються кілька типів термометрів залежно від завдань, які вони повинні виконувати. У метеорологічній клітці на висоті 2 метри над землею ми маємо термометри для вимірювання температури повітря. Класичні ртутні термометри вимірюють поточну температуру повітря (два за кількістю) і максимальну. Максимальний термометр має спеціально звужену трубку (капіляр), де ртуть після досягнення найвищої температури, стискаючись, не може повернутися в резервуар, звідки вона була проштовхнута через капіляр під тиском, викликаним її розширенням. Для вимірювання мінімальної температури використовується спиртовий або толуольний термометр, куди він переміщається в трубці стрижень. Цей термометр, розміщений майже горизонтально, працює, проштовхуючи стрижень через меніск рідини, звідки вона не може повернутися. Кожен раз після вимірювання максимальний і мінімальний термометри повинні бути встановлені у вихідне положення. Вони показують мінімум і максимум між кожним спостереженням, тож це може бути година чи місяць.

Іноді для отримання швидких даних з вертикального поперечного перерізу атмосфери використовується балонний метеорологічний зонд. Він ідеально підходить для вивчення вищих частин атмосфери і випускається двічі на день з багатьох місць на землі. Під його гондолою змонтовані всі основні вимірювальні прилади, а дані з нього передаються на наземні станції по радіо. Там вони обробляються і включаються в прогноз погоди.

Метеорологічний радар

Це відносно новий прилад в області прогнозування погоди. Радіохвилі використовуються для пошуку дощових хмар. Він також може визначити місце, де відбуваються опади, шторми та інші явища. Найчастіше це доплерівські радари.

За останні 40 років в метеорологію впроваджено новітні технології у вигляді супутників. Вони передають глобальну картину стану атмосфери та її розрізів над будь-якою ділянкою Землі. Вони швидко виявляють існуючі та нові загрози та дозволяють попереджати про небезпеку, що насувається, як-от тропічні урагани.