Теория и практика методов прогнозирования погоды

Теория и практика методов прогнозирования погоды

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина»

Естественно-географический факультет

Кафедра физической географии и методики преподавания географии

Выпускная квалификационная работа

«Теория и практика методов прогнозирования погоды»

Работу выполнила:

Ступникова Екатерина Витальевна,

Научный руководитель:

Тобратов Сергей Анатольевич, к.г.н., доцент

Рецензент:

Кривцов Вячеслав Андреевич, д.г.н., профессор

Рязань 2010

Задание на выпускную квалификационную работу

Студентка Ступникова Е.В.

. Тема: «Теория и практика методов прогнозирования погоды»

2. Срок предоставления выпускной квалификационной / курсовой работы к защите 24.06.10 г.

. Исходные данные для выпускной квалификационной работы: литературные и методические материалы по синоптической метеорологии, синоптические карты и материалы наблюдений за погодой

. Содержание выпускной квалификационной работы

.1. Введение

4.2. Разработка проблемы прогноза погоды в современной метеорологии. Развитие синоптической метеорологии. Прогноз погоды в современном мире. Обзор методов прогноза погоды. Проблема долгосрочного прогноза погоды. Прогнозирование погоды по местным признакам.

4.3. Апробация некоторых методов прогнозирования. Анализ макроциркуляционных процессов в Атлантико-Европейском секторе в зимний период 2006 - 2007 гг. Прогноз синоптических тенденций в Атлантико-Европейском секторе в 3-й декаде марта 2009 г. по методике Каца. Апробация расчетной методики краткосрочного прогноза количества осадков на примере г. Рязань. Анализ календарных народных примет погоды (по материалам наблюдений за 2008 г. и начало 2010 г.)

4.4. Заключение

5. Приложения:   А

Руководитель работы 26.04.10 г. Тобратов С. А.

Задание приняла к исполнению 26.04.10 г. Ступникова Е. В.

План-график выполнения выпускной квалификационной работы

Реферат

ПРОГНОЗ ПОГОДЫ, СИНОПТИЧЕСКАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ, БАРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ СИНОПТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, МАКРОЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС, ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ БАРИЧЕСКИЙ ГРАДИЕНТ, ДЕФИЦИТ ТОЧКИ РОСЫ, ИЗАЛЛОБАРИЧЕСКИЙ ОЧАГ, ЛАПЛАСИАН БАРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

Объектом исследования являются методы прогнозирования погоды.

Цель работы - апробация некоторых методов прогнозирования, определение их прогностического значения.

В процессе работы использовались методическая литература, труды специалистов в области синоптической метеорологии: Вангенгейма А.Ф., Гирса А.А., Каца А.Л., Мультановского Б.П., Россби К.Г.

Работа базируется на анализе ежедневных синоптических карт, материалов наблюдений за погодой, данных радиозондирования. В результате работы были получены данные об эффективности некоторых количественных и качественных методик прогноза погоды на примере города Рязань.

Содержание

Введение

. Разработка проблемы прогноза погоды в современной метеорологии

.1 Развитие синоптической метеорологии

.2 Прогноз погоды в современном мире

.3 Обзор методов прогноза погоды

.4 Проблема долгосрочного прогноза погоды

.4.1 Типизация форм атмосферной циркуляции Вангенгейма-Гирса

.4.2 Современное состояние разработок по долгосрочному прогнозированию

.5 Прогнозирование погоды по местным признакам

. Апробация некоторых методов прогнозирования

.1 Анализ макроциркуляционных процессов в Атлантико-Европейском секторе в зимний период 2006 - 2007 гг.

.1.1 Индекс Россби и его физический смысл

.1.2 Основные результаты изучения характера атмосферной циркуляции над Северной Атлантикой и Европой за период 1.11.2006 - 28.02.2007 гг

.2 Прогноз синоптических тенденций в Атлантико-Европейском секторе в 3-й декаде марта 2009 г. по методике Каца

2.2.1 Результаты прогноза по данным о динамике давления

2.3 Апробация расчетной методики краткосрочного прогноза количества осадков на примере г. Рязань

.4 Анализ календарных народных примет погоды (по материалам наблюдений за 2008 г. и начало 2010 г.)

Заключение

Список использованных источников

Введение

Данная работа посвящена проблеме прогнозирования погоды. Человек издавна пытался предсказывать погоду, но научно обоснованный прогноз стал возможным относительно недавно (в середине 19 века). С этого времени был сделан сильный прорыв в сфере краткосрочного прогноза погоды, обусловленный развитием теоретической базы синоптической метеорологии, а также совершенствованием технических средств сбора и обработки метеорологической информации. Однако не все механизмы формирования погоды до конца ясны. Нерешенной до сих пор является проблема долгосрочного прогноза погоды, оправдываемость которого достаточно низкая.

Цель работы - обобщить информацию о научной проблеме прогноза погоды, основных методах прогнозирования, а также оценить эффективность некоторых доступных методов путём их апробации. В свете указанной цели выполнялись задачи:

) изучить и проанализировать опубликованные материалы по указанной проблеме, ознакомиться с наиболее распространенными подходами к ее решению;

) на материале опубликованных ежедневных синоптических карт провести расчет количественных характеристик интенсивности западного переноса во внетропических широтах Атлантико-Европейского сектора (по методике Россби) и на этой основе дать оценку особенностей развития синоптических процессов в зимний период 2006 - 2007 гг. с выявлением параметров, имеющих значение для прогнозирования погоды на Европейской территории России;

) по данным о динамике барического поля над Северной Атлантикой, Западной Европой и Русской равниной за период 22 - 28 марта 2009 г. выяснить эффективность количественного метода прогноза синоптических процессов по методике Каца;

) проверить на практике суточную методику прогноза количества осадков, используя данные радиозондирования;

) определить степень оправдываемости народных календарных примет по наблюдениям за 2008 - начало 2010 гг., сделать вывод об их прогностическом значении в настоящее время.

При выполнении выше перечисленных задач применялись картографический и количественные методы исследования.

1. Разработка проблемы прогноза погоды в современной метеорологии

.1 Развитие синоптической метеорологии

Наблюдения за погодой можно встретить у многих древних авторов. Летописи, исторические свидетельства, саги, легенды помогают восстанавливать климат прошлого. Например, в "Одиссее" Гомера встречается наблюдение, что Причерноморье - страна, "окутанная мглою и тучами", по которому позднее профессор Мультановский Б.П. пришел к выводу, позже подтвержденному многими исследователями о похолодании около 1000 лет до нашей эры в этом районе. Весь прошедший период развития науки подготовил почву для научного развития научной метеорологии и синоптической метеорологии. Самое важное для этого периода - это изобретение метеорологических приборов, которые позволили наладить систематические наблюдения над погодой. Этот период синоптики обычно называют “досиноптическим”.

Первая сеть метеорологических станций была создана в Италии сразу после изобретения ртутного барометра (1654 г.). В России первые регулярные инструментальные метеорологические наблюдения были начаты в Петербурге в 1725 г. по инициативе учрежденной указом Петром I “Академии наук и всяческих искусств”. Первые наблюдения вел академик Майер. В 1725 г. Великая Северная экспедиция, под руководством Витуса Беринга, снаряженная по указу Петра I, организовала около 20 метеорологических станций по пути следования.[29]

Первая метеорологическая сеть в России из 24 метеорологических станций возникла в 1733-1744 гг. также благодаря деятельности Великой Северной экспедиции, но обмен информацией осуществился только через 100 лет. В 1835 г. выпущена первая (в 1837 г. - вторая) инструкция “Руководство к деланию метеорологических и магнитных наблюдений” [29].

Метеорологические наблюдения являлись и являются наиболее важным звеном гидрометеорологической службы всех стран. Первыми сподвижниками метеорологической службы были в основном энтузиасты, которые проводили наблюдения на добровольных началах.

В 20-х годах 19 века произошло важное для развития новой науки событие. В Германии Брандес составил первые синоптические карты для Европы. Укажем, что еще в 1686 г. английский астроном Эдмунд Галлей по имеющимся сведениям сделал первую карту, где указал средние ветровые условия за большой период времени в зоне между 30°с.ш. и 30 °ю.ш. Но в распоряжении Брандеса был исторический метеорологический материал по 36 станциям в Европе, в т.ч., 3 - в России. Брандес увидел, что области пониженного и повышенного давления простираются на большие районы земной поверхности и перемещаются из одних районов в другие, и в области пониженного давления со всех сторон втекает воздух. Вток воздуха в области пониженного давления происходит не по нормали к изобарам, а под углом к ним так, что если стать спиной к ветру, то низкое давление остается слева, высокое - справа. Тем самым Брандес открыл барический закон ветра, известный в метеорологии как закон Бейс-Бало (в честь норвежского ученого, который установил его позднее эмпирически) [28].

Выдающийся метеоролог прошлого столетия Генрих Вильгельм Дове, внимательно изучив материалы Брандеса, пришел к выводу, что все атмосферные движения умеренных широт имеют вихревой характер [24].

Очень важным периодом в развитии синоптической метеорологии была организация служб погоды в разных странах.

Первые официальные службы погоды были созданы, начиная с 1854 г. Поводом для этого послужила катастрофа во время Крымской войны. Англичане и французы, осаждая русский порт Севастополь, надеялись захватить город после обстрела. Но 14 ноября 1854 г. на Черном море разразилась жестокая буря, разгромившая англо-французский флот.

Изрядно потрепанная потерпевшая сторона, возмущенная такими действиями природы, запросила директора Парижской астрономической обсерватории Леверье, можно ли было заблаговременно предсказать приближение и развитие этой бури. Господин Леверье по тем временам проделал большую работу и пришел в выводу, что траектория бури хорошо прослеживалась с помощью синоптических карт и могла быть предсказана заранее.

Это открытие привело к зарождению службы погоды в Европе. На первых порах основной задачей такой службы являлись штормовые оповещения. В Англии в 1854 г. был создан метеорологический департамент, главой которого был назначен адмирал Роберт Фицрой [29].

Одними из первых организовала службу оповещений Франция (1857 г.), затем США (1858 г.), Голландия (1860 г.), Италия (1865 г.), Норвегия (1866 г.), Дания (1872 г.), Россия (1872 г.) и Германия (1876 г.) [29].

В России в середине прошлого века насчитывалось 50 метеорологических станций. Уже в конце 19 в. это была лучшая сеть в мире. В 1856 г. был организован телеграфный сбор данных. Но официальной датой начала службы в России следует считать 1 января 1872 г., когда в Главной Геофизической Обсерватории Санкт-Петербурга (ныне - ГГО им. А.И. Воейкова), основанной в 1849 г., начался регулярный выпуск ежедневных бюллетеней погоды [26].

В 1873 г. в Вене проходит первый международный метеорологический конгресс, решения которого имели далеко идущие последствия. В метеорологии появилась единая система мер, были установлены единые сроки наблюдений, выработан единый телеграфный код для передачи метеосведений. На конгрессе были заложены основы Всемирной метеорологической организации, которая и сейчас координирует метеорологические исследования на Земле [24].

С этого времени были разработаны многие до настоящего времени не потерявшие актуальности положения синоптической метеорологии. Таким образом, строился фундамент будущей науки - синоптической метеорологии. Термин ΣΥΝΟΠΤΙΚΟΣ означает по-гречески "способный все обозреть". Появился новый метод изучения погоды - синоптический метод [29].

Синоптический метод - метод анализа и прогноза атмосферных процессов и условий погоды на больших пространствах с помощью синоптических карт и вспомогательных к ним средств (аэрологических диаграмм, вертикальных разрезов атмосферы и пр.).

Значительным событием в истории науки о погоде было изобретение телеграфа в середине 19 в. Появилась возможность не только измерять и собирать данные, но и обмениваться ими, что позволило осуществить одновременный обзор погоды над большими территориями.

Прогнозы погоды, особенно на длительные сроки, не имеют пока желаемой для многочисленных потребителей оправдываемости. Прогноз погоды до сих пор является все еще не решенной задачей, поставленной в 18 в. Лапласом.

Целью Лапласа было сведение всех известных явлений мира к закону тяготения при помощи точных математических правил (“Небесная механика”, 1799). “Мы должны рассматривать настоящее состояние Вселенной как результат ее предыдущего состояния и как причину последующего. Разум, который в данный момент знал бы все силы, действующие в природе, и взаимное расположение тел в природе, мог бы обобщить в единой формуле движения самых больших тел Вселенной и легчайших атомов: ничто не осталось бы для него неопределенным, и будущее, как и прошедшее, предстало бы перед его взором” (“Опыт философии теории вероятностей”, 1904) [24].

В. Бьеркнесс в 1904 г. передает это изречение Лапласа так: “Любая чисто механическая задача может быть сведена к определению положения всех входящих в данную массу частиц в настоящий момент, а предсказание будущего положения этих частиц и их перемещения за данный отрезок времени, согласно законам механики, есть задача, которая в принципе может быть решена” [24].

Английский метеоролог Сеттон, затронувший эту проблему, излагает свою точку зрения на практическую неопределенность и невозможность предсказания погоды. Согласно его общему взгляду, проблема погоды может быть существенно неразрешимой из-за того, что в неустойчивых системах в атмосфере весьма малые случайные взаимодействия дают значительный эффект (1951) [24].

По мнению Ретьена (1953), “Атмосфера почти всегда находится в состоянии “Геркулеса на распутье”. В любой момент достаточно какого-либо воздействия на атмосферу, чтобы перевести ее из устойчивого состояния в неустойчивое, как только параметры ее состояния достигнут критических значений; тогда решение с фундаментальными выводами может, в свою очередь, оказаться совершенно непреодолимым препятствием для физически обоснованного и точного предсказания погоды”[24].

Несмотря на постоянное развитие синоптической метеорологии, в ней остается много нерешенных проблем. В некоторой степени, как отмечал еще Тур Бержерон, прогрессу в синоптической метеорологии в известной степени препятствует недостаточное знание метеорологии у части теоретиков и, может быть, слабая подготовка в области математики у синоптиков.

В 1878 г. германские ученые Ли и Кеппен практически открыли важный синоптический объект - "Линию шквалов", который мы называем теперь, благодаря последующим работам Дюрана-Гревиля (1892), холодным фронтом. Что касается теплого фронта, то он долгое время ускользал от обнаружения, и только в 1918-1920 гг. группой ученых Бергенской школы были заложены основы новой фронтологической синоптики [29].

В 1875 г. Хильдебрандсон предлагает статическую модель циклона, в 1878 г. Ли рассматривает трехмерную структуру фронтального циклона так как мы представляем ее сегодня. Открытие Бержероном 18 ноября 1919 г. процесса окклюзии привело к тому, что модель циклона перестала быть статичной [29].

Русские ученые внесли большой вклад в развитие мировой метеорологии. М.В. Ломоносов написал множество статей по метеорологии и геофизике, сконструировал ряд метеорологических приборов. Броунов (1882 г.) сформулировал основные правила движения циклонов и антициклонов. Срезневский изучил волны холода, с которыми связаны возникновения бурь, метелей и гроз. С именем Рыкачева связана организация службы погоды в России. Блестящий ученый-климатолог А.И. Воейков (1842) путешествовал по всем континентам и первым обратил внимание на проблему воздействия человека на природу. Из среды его учеников вышло немало талантливых ученых, работавших впоследствии в различных отраслях метеорологии - Б.П. Мультановский, А.В. Вознесенский, Б.И. Срезневский и другие. Широко известны работы А.В. Клоссовского (1846-1917), который имел тесные научные контакты с Воейковым, по изучению атмосферных процессов с физической точки зрения. Вильд создал в России четко и хорошо действующую сеть метеорологических станций, лучшую в Мире для конца 19 и начала 20 века. Он был автором целого ряда метеорологических приборов. Широко известны дальние плавания русских военных моряков, позволившие собрать богатый научный материал [14].

Вскоре после 1910 г. в синоптическую практику вошли метеорологические зондирующие самолеты. C мая 1919 г., например, Датский Королевский Метеорологический институт стал проводить их ежедневно. Уже в 1920 г. средняя высота подъема составляла 4,4 км [28].

Изобретение Молчановым радиозонда в 1930 г. реализовало возможность изучения вертикального строения атмосферы уже не по косвенным методам. Была создана сеть аэрологических станций, и началось составление первых аэрологических карт, которые с 1937 г. составлялись уже ежедневно [29].

В 1930 г. в Москве открылось Бюро погоды СССР, преобразованное позднее в Центральный институт прогнозов. Ныне - это Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации. Возникла острая проблема кадров, которую нельзя было уже решить путем организации курсов. В 1930 г. создается Московский гидрометеорологический институт (ныне Российский государственный гидрометеорологический университет в Санкт-Петербурге). Это был первый в мире специализированный вуз по подготовке специалистов высшей квалификации. В 1930 г. Тур Бержерон читал лекции на курсах работников службы погоды в России. Успехи синоптической метеорологии в России с начала 30-х годов связаны с деятельностью А.И. Аскназия (1887-1937) и его учеников, том числе, С.П. Хромова - автора учебников по синоптической метеорологии (1934, 1937, 1940, 1948), метеорологического словаря (совместно с Л.И. Мамонтовой) и многих научных статей [26].

К 40-м годам была заложена прочная теоретическая основа синоптической метеорологии. Установлены ряд эмпирических критериев для прогноза развития циклонов и антициклонов, детально изучены их стадии развития, вошли в синоптическую практику понятия струйных течений и высотных фронтальных зон.

Большой вклад в этот период вносят отечественные ученые - С.И. Троицкий, В.М. Михель, А.Ф. Дюбюк, Х.П. Погосян, Н.Л. Таборовский, С.П. Хромов, А.С. Зверев, Б.Л. Дзерзеевский, В.А. Джорджио, В.А. Бугаев, Б.Д. Успенский и др. В 40-х годах начались и продолжились после Великой Отечественной Войны исследования по численным методам анализа и прогноза погоды в трудах Н.Е. Кочина, А.М. Обухова, И.А. Кибеля, А.С. Монина и др. [29].

Резкий скачок качества прогнозов погоды приходится на 1961 - 1967 гг. К этому времени метеорологической информации стало так много, что синоптики не успевали ее обрабатывать за то короткое время, которое отведено на подготовку прогноза. Помощниками человека стали электронные вычислительные машины (ЭВМ). Сначала ЭВМ использовались для подготовки информации к прогнозу, но вскоре они стали составлять прогнозы погоды по схеме, разработанной человеком. Эта схема основывалась на применении теоретических законов гидромеханики и термодинамики для условий земной атмосферы. Таким образом, метеорология обрела свою теорию, которая оказалась, как свидетельствуют графики оправдываемости прогнозов, достаточно эффективной. Без ЭВМ использование метеорологической теории в целях прогноза погоды невозможно, потому что для решения уравнений гидро- и термодинамики в современных условиях, при которых прогноз дается хотя бы даже на сутки вперед, требуется выполнить несколько миллиардов операций (арифметических действий). Причем такой трудоемкий счет нужно произвести всего за 2-3 часа, иначе прогноз погоды на следующий день будет составлен очень поздно и никому уже не понадобится [24].

Ровный ход оправдываемости прогнозов в течение 70-х годов означает, что несмотря на повышение уровня вычислительной технологии и даже появление метеорологических ИСЗ был достигнут некоторый предел возможностей метеорологической науки. В чем же здесь дело?

Для всякой численной схемы прогноза погоды необходима очень подробная информация о состоянии атмосферы в начале счета прогноза. Сеть аэрологических станций позволяет получать такую информацию, но только на суше. На океанах же среднее расстояние между такими станциями (островными и специальными кораблями погоды) в лучшем случае 1000-1500 км, а в некоторых районах - намного больше. Значит, на океанах наша информация о состоянии всей толщи атмосферы носит самый приблизительный характер. Вспомнив, что доля площади, занимаемой океаном, составляет на Земле 71%, мы поймем главную причину отсутствия прогресса в оправдываемости прогнозов погоды с конца 60-х годов: не хватает данных.

Вполне логично связать дальнейший прогресс оправдываемости прогнозов с использованием данных метеорологических ИСЗ, ведь с их помощью можно собирать информацию со всей поверхности планеты, и даже океан им не помеха. Первые метеорологические ИСЗ были запущены еще в 60-х годах, однако телевизионная аппаратура ИСЗ способна наблюдать только за такими параметрами состояния атмосферы, как облачность и туманы. Конечно, и этого уже много. Спутниковые фотографии позволили, например, заблаговременно обнаруживать над морем тропические циклоны (тайфуны) - источник самых разрушительных бурь на Земле, по форме облаков можно уточнять положение атмосферных фронтов над океаном, прогнозировать перемещение циклонов, рассчитывать скорость ветра. Но все-таки тех данных, которые нужны для расчетов на ЭВМ,- о температуре, давлении и влажности воздуха на разных уровнях в атмосфере - с ИСЗ долгое время получать не могли. Только в последней четверти прошлого века появилась аппаратура (многоканальные радиометры), которая позволяет по излучению атмосферы в разных участках инфракрасной части спектра восстанавливать вертикальные профили давления, температуры и влажности воздуха.[26] Таким образом, ИСЗ теперь в состоянии заменить радиозонды и собирать данные о вертикальной структуре атмосферы над любым участком поверхности земли. В этом заключается наиболее ценный вклад ИСЗ в решение проблемы прогноза погоды. Рост успешности прогнозов в 80-х годах в значительной степени был связан именно с передовой технологией сбора метеорологической информации [29]. Справедливости ради следует отметить и заслуги ученых, создающих новые схемы прогноза погоды и продолжающих изучение атмосферы. Как бы совершенны ни были ЭВМ и ИСЗ, без понимания механизма формирования погоды ее прогноз будет малоуспешен[14].

1.2 Прогноз погоды в современном мире

Метеорологи разных стран работают, руководствуясь едиными рекомендациями (Техническими регламентами) ВМО. Членами ВМО являются более 150 стран Мира. ВМО имеет шесть региональных ассоциаций по географическим районам, куда входят Африка, Азия, Южная Америка, Северная и Центральная Америка, Юго-запад Тихого океана, Европа.

Крупнейшей является программа ВМО "Всемирная служба погоды", основой которой являются три глобальные системы: наблюдений (ГСН), обработки данных (ГСОД) и телесвязи (ГСТ). Согласно этой программе функционируют три категории метеорологических центров: национальные (НМЦ), региональные (РМЦ) и мировые (ММЦ). В настоящее время успешно функционируют Центры приема и обработки спутниковой информации.

Национальные центры (их более 100) осуществляют сбор и распространение метеорологической информации с территории одной страны и пользуются необходимой информацией с территорий других стран.

Региональные центры (их более 30-ти, в том числе, в России имеются РМЦ в Москве, Новосибирске и Хабаровске) освещают метеорологическими данными большие территории, охватывая при необходимости системой сбора, обработки метеорологической информации несколько стран.

Мировые центры - в Москве, Вашингтоне и Мельбурне - собирают данные со всего мира, включая информацию метеорологических спутников Земли.

Современные метеорологические технологии, а также исследования и практические методы климатологии включают в свой арсенал обработку спутниковой информации (детекция протон-электронных околоземных облаков - т.н. «солнечного ветра»; оптическое - от инфракрасного до ультрафиолетового, - и широкодиапазонное радиосканирование атмосферы и поверхности 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 наземная обработка) и одноразовых метеоракет, а также информации от наземных средств оптического, акустического и радионаблюдения [25].

Наземная сеть метеонаблюдений образована системой национальных и международных 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 наземные (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 имеется лишь несколько островных станций и кораблей погоды. Обычные корабли часто измеряют и передают данные о температуре, давлении и ветре [6].

В рамках Всемирной службы погоды особое внимание уделяется организации наблюдений с метеорологических спутников. Измеряя с помощью бортовой аппаратуры спутника параметры излучения тепла различных слоев атмосферы, можно получить богатый материал для изучения происходящих в ней процессов. Кроме того, спутник может служить хорошим средством для сбора информации с наземных метеорологических пунктов, разбросанных по всему земному шару. За время одного оборота вокруг Земли спутник собирает данные, которые в 100 раз превышают информацию, поступающую со всех метеорологических станций, и, кроме того, дает сведения о погоде на той части поверхности земного шара, которая является «белым пятном» для метеорологов [6].

Метеорологические сведения передаются со станций в центры службы погоды, зашифрованные с помощью особых цифровых кодов. Сроки и волны радиопередач согласованы в международном порядке. В учреждениях службы погоды эти сведения наносятся цифрами и условными знаками на синоптические карты погоды. Такие карты составляются 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 приземных карт, составляются также и высотные карты (барической топографии и др.), объем этой систематизированной информации об атмосферных условиях очень велик. В целях экономии усилий и средств в последнее время переходят на централизованную систему составления и анализа синоптических карт в немногих центрах, откуда карты распространяются путем факсимильной передачи по проводам или по радио в органы службы погоды на местах. Прием синоптических карт по радио возможен и в воздухе, и на судах в открытом океане [25].

.3 Обзор методов прогноза погоды

Всю совокупность методов современного прогнозирования погоды можно свести к следующим группам методов:

1)      синоптические,

)        статистические,

)        гидродинамические,

)        смешанные (синоптико-статистические, синоптико-гидродинамические).

Разработке научного прогноза погоды предшествует глубокий, физически обоснованный комплексный анализ синоптической обстановки. После того как на картах проанализировано положение барических систем, воздушных масс и атмосферных фронтов, выявлен характер погоды во фронтальных зонах и вне этих зон, синоптик переходит к составлению прогноза, который представляет собой научно обоснованное предположение о будущем состоянии погоды. Вначале составляется прогноз синоптического положения, а затем на его основе - прогноз значений различных метеорологических элементов и характеристик погоды. Прогноз синоптического положения включает в себя прогноз будущего положения воздушных масс с их свойствами, положения барических систем и атмосферных фронтов.

Прогноз синоптического положения является подготовительным и в то же время основным этапом разработки детализированного прогноза погоды. При этом следует учитывать, что прогноз синоптического положения отражает только фон крупномасштабных процессов, на которые местные условия могут оказать существенное влияние. Тем не менее, чем вернее спрогнозировано синоптическое положение, тем правильнее будет разработан и прогноз погоды.

К числу синоптических методов прогноза синоптического положения следует отнести:

1)      приемы формальной экстраполяции,

)        приемы физической экстраполяции,

)        качественную оценку синоптика о предполагаемом развитии атмосферных процессов [6].

Следует отметить, что личный опыт синоптика и уровень его знаний во многом предопределяет качество разрабатываемых им прогнозов погоды. В этом заключается недостаток синоптического метода прогноза погоды в сравнении с объективными (численными) методами.

Выявляя закономерности развития атмосферных процессов и тенденцию их дальнейшей эволюции в процессе анализа серии последовательных карт погоды, сопоставляя это развитие с ранее наблюдавшейся схемой процесса и привлекая различного рода правила и признаки, полученные из опыта работы, синоптик дает качественную оценку наиболее вероятному развитию синоптического процесса и погодных условий в интересующем его районе. Большую роль при этом играют шаблоны или аналоги, взятые из арсенала прошлых, ранее наблюдавшихся процессов и представляющие подобие текущих процессов. Однако полного подобия в ходе метеорологических и явлений обычно не наблюдается.

Синоптический метод широко востребован для краткосрочных прогнозов погоды (до двух суток).

Основой современной системы прогнозов являются гидродинамические модели атмосферы, основанные на решении системы уравнений гидродинамики, описывающих с определенной степенью точности поведение атмосферы. Система уравнений, определяющая поведение атмосферы, очень сложна и нелинейна. Поскольку не существует общих методов решений такой системы аналитически, возникает необходимость использования численных методов, обычно с использованием метода конечных разностей.

Первый, практически приемлемый подход к решению гидродинамического прогноза был реализован в России в 1940 году [29]. Однако из-за огромного объема вычислений развивать и оперативно применять гидродинамические модели стало возможным только после появления ЭВМ. В основу прогноза по гидродинамической модели берется начальное состояние атмосферы по данным метеорологических наблюдений. Далее рассчитываются изменения давления, которые произойду через некий, достаточно короткий промежуток времени, например, через 10 минут. Это дает новый набор данных, который используется для расчета условий через следующий 10-минутный интервал. Такая процедура повторяется до тех пор, пока не будет получено поле давления на срок прогноза. Благодаря развитию глобальных гидродинамических моделей стало возможным с достаточной степенью точности прогнозировать ряд параметров атмосферы (давление, ветер и температуру) для различных высот на срок до 5-6 суток. Предвычисленные выходные параметры моделей используются для прогнозирования метеорологических величин и явлений погоды (облачности, осадков, тумана, шквалов). Прогностические зависимости при этом определяются на основании статистических связей между наблюдавшейся погодой и выходными параметрами конкретной модели. На основе расчетных методов осуществляется в настоящее время прогнозирование большей части явлений погоды с заблаговременностью 24-36 часов. В последнее время создаются также комплексные системы слежения за текущей погодой с использованием спутниковой и радиолокационной информации, а также данных обычных метеорологических наблюдений. Использование таких систем позволяет постоянно уточнять предварительные расчеты и предупреждать о возникновении опасных локальных явлений.

Статистический метод основан на осреднении синоптических процессов на протяжении очень длительного времени. Он позволяет сделать прогноз без точного знания механизмов этих процессов.

В настоящее время практическая предсказуемость прогноза погоды - 5 дней. Успешность прогноза на завтрашний день составляет 96%. Для каждого последующего дня успешность снижается на 2-3% [6].

.4 Проблема долгосрочного прогноза погоды

Долгосрочные метеорологические прогнозы являются сложной проблемой с длительной историей. Задача долгосрочного прогнозирования впервые была поставлена на Втором международном метеорологическом съезде в 1906 году [29].

При разработке метеорологических прогнозов используются три основных подхода: синоптический, гидродинамический и эмпирико-статистический.

Под руководством Б. П. Мультановского в начале 30-х годов 20 века был создан синоптический метод долгосрочного прогноза погоды, который основывался на синхронных наблюдениях за погодой над регионом [19]. Это давало возможность выявить и проследить пространственные особенности изменений атмосферной циркуляции во времени. Прогноз погоды основывался главным образом на экстраполяции перемещения циклонов и антициклонов. В последующем накопленные сведения об особенностях атмосферной циркуляции дали возможность для глубокого физического понимания атмосферных процессов. В прогнозах стали использоваться ритмические свойства атмосферной циркуляции. Не меньшее значение в создании методов долгосрочных прогнозов имели работы С.Т. Пагавы [21], Г.Я. Вангенгейма, А.А. Гирса [7], М.Х. Байдала [4] и ряда зарубежных ученых.

Мультановский разделил территорию России по признаку влияния Атлантики на погоду и ввел понятие естественного синоптического района. Это - часть пространства Северного полушария, в котором отмечаются специфические особенности развития синоптических процессов, связанных с характером теплообмена между океаном и материком. Затем Мультановским было введено понятие естественного синоптического периода и естественного синоптического сезона. С.Т. Пагава [21] существенно развил представление об этих понятиях, он показал наличие связи между сменой синоптического периода в Европейском районе и характером теплообмена в Северной Атлантике. Эта связь позволила получить дополнительный критерий для определения границ синоптических сезонов. Г.Я. Вангенгейм ввел понятие элементарного синоптического процесса - это период, в течение которого погодные условия относительно однородны. В течение естественного синоптического сезона сохраняются некоторые общие характерные черты атмосферной циркуляции, отражающие сложившееся взаимодействие между атмосферой и океаном, и сохраняются положение и интенсивность центров действия атмосферы. Способность атмосферной циркуляции квантоваться по сезонам хорошо известна. Вторым примером квантования может быть циркуляционная эпоха - это наиболее крупная стадия процесса развития атмосферной циркуляции с определенным характером межгодового и внутригодового макропреобразования циркуляции, формирования и распределения термобарических полей на полушарии [7, 8, 9].

Постепенно выяснилось, что межсезонные связи внутри года оказались не достаточными для надежных прогнозов на следующий сезон. Это стало очевидным с появлением ЭВМ и обработкой большого количества материалов. Получилось, что приблизительно одинаковые условия в одном сезоне не приводили к приблизительно одинаковым условиям следующего года.

Позднее новый подъем в разработке долгосрочных прогнозов погоды начался за рубежом только в конце прошлого века в связи с изучением цикличности в тропиках и явлений взаимодействия атмосферы и океана (Эль-Ниньо и Южное колебание).

Переход в 80-х годах от синоптико-статистических методов долгосрочного прогноза к чисто статистическим методам, позволил автоматизировать весь процесс составления прогноза и исключить элементы субъективизма прогнозиста, но оправдываемость долгосрочных прогнозов не повысилась. Основная причина, сдерживающая повышение надежности долгосрочных прогнозов, - способность атмосферы изменять свои прогностические связи в разных сезонах и в разных циркуляционных эпохах. Указанное свойство атмосферы является серьезным ограничением применения статистических методов анализа случайных чисел, в которых главным условием надежности оценок является максимально возможная длина исследуемого ряда в предположении стационарности ряда.

.4.1 Типизация форм атмосферной циркуляции Вангенгейма - Гирса

Данная классификация лежит в основе отечественного макроциркуляционного метода долгосрочных метеорологических прогнозов. Остановимся на ней подробнее.

В 1933 году Вангенгейм ввел понятие элементарного синоптического процесса (ЭСП). Под ЭСП понимался процесс, в течение которого в пределах атлантико-европейского сектора северного полушария сохраняется географическое распределение знака барического поля и направление основных переносов воздуха [7].

Пользуясь понятием ЭСП, Вангенгейм расчленил процессы, непрерывно протекавшие в течение 42 лет, на такие элементарные стадии (ЭСП) и для каждой из них построил сборно-кинематические карты. Последние затем сопоставлялись друг с другом с целью получения аналогичных групп ЭСП. При этом основанием для отнесения ЭСП к одной группе являлись:

1)      аналогичное географическое распределение «дирижирующих» полей давления и аналогичный характер процессов их формирования;

)        аналогичная ориентировка господствующих ветровых систем;

)        аналогичные характеристики основных вторжений воздушных масс.

В результате проделанной работы Вангенгейм отобразил все многообразие макропроцессов, наблюдавшееся за 42 года, в 26 типах. Для каждого из них были построены типовые сборно-кинематические карты и графики хода метеорологических элементов. Анализ типовых карт и графиков этих 26 типов показал, что, несмотря на их принципиальные отличия друг от друга по указанным выше признакам аналогичности ЭСП, ряд из этих типов имеет между собой сходство по более общим характеристикам процессов. Такими общими характеристиками являются:

а) направление перемещения барических центров и изаллобарических очагов в зоне умеренных широт;

б) направление барических и термических градиентов в толще тропосферы;

в) распределение аномалий наземного давления и температуры;

г) направление ведущего потока на высотах [7].

Пользуясь этими, более общими критериями аналогичности, Вангенгейм произвел классификацию типовых ЭСП. В результате оказалось, что все 26 типов ЭСП можно обобщить в трех типах атмосферной циркуляции - западном (W), восточном (Е) и меридиональном (С). Эти 26 типов рассматриваются теперь как разновидности более крупных процессов W, С, Е и как элементарные стадии их формирования. Классификация построена для атлантико-европейского сектора северного полушария.

В 1948 году Гирс исследовал вопрос о вертикальной структуре макропроцессов W, С, Е и о распространении этих форм на все северное полушарие. Применив критерии, использованные Вангенгеймом для установления типов процессов W, С, Е к процессам тихоокеано-американского сектора, он пришел к выводу, что макропроцессы, наблюдаемые в этом секторе, также можно обобщить в трех типах - одном зональном (З) и двух меридиональных (М₁ и М₂) [7].

В этой же работе было показано, что типам W, С, Е, З, М₁, М₂ в тропосфере соответствуют определенные и отличные друг от друга высотные макродеформационные поля. При этом процессы W и З характеризуют зональное состояние атмосферы, при котором в тропосфере наблюдаются волны малой амплитуды, быстро смещающиеся с запада на восток. Процессы Е, С, М₁, М₂ характеризуют зональное состояние атмосферы, которому в тропосфере свойственны стационарные волны большой амплитуды. При этом географическое положение высотных гребней и ложбин при Е и С, а также М₁ и М₂ противоположны (т. е. там, где при Е располагается ложбина, при С отмечается гребень и т.д.). Расчленение меридионального состояния атмосферы на две противоположные формы очень важно в прогностическом отношении, так как с этими формами связано противоположное распределение аномалий ряда гидрометеорологических элементов и явлений.

Анализ показал, что при одном и том же типе процессов W, С или Е, наблюдавшемся в атлантико-европейском секторе полушария (первый сектор), почти с одинаковой вероятностью могут наблюдаться различные типы процессов (З, М₁ или М₂) в тихоокеано-американском (втором) секторе. Поэтому, чтобы охарактеризовать макропроцесс сразу на всем полушарии, необходимо учесть одновременно процессы первого и второго секторов.

В результате было получено 9 типов макропроцессов (Wз, Wм₁, Wм₂, Ез, Ем₁, Ем₂, Сз, См₁, См₂), которые могут рассматриваться как основные формы атмосферной циркуляции северного полушария или как разновидности форм W, С, Е, наблюдающихся в первом его секторе [7].

На рис. 1 представлено географическое положение основных гребней и ложбин при каждой из указанных форм циркуляции на полушарии. Анализ этих карт показывает, что формы атмосферной циркуляции фиксируют определенный характер длинных термобарических волн, наблюдаемых в тропосфере и нижней стратосфере. Отличие этих форм проявляется, прежде всего, в характере волн (стационарные или смещающиеся волны), их амплитуде и географической локализации основных гребней и ложбин [7].

Усилиями ученых различных стран установлено, что в тропосфере и нижней стратосфере существуют длинные термобарические волны, природа и свойства которых во многом отличны от коротких фронтальных волн. Обстоятельное изучение длинных волн было выполнено в 1946-1947 гг группой ученых Чикагского университета. Ими показано, что длина волн во многом зависит от скорости зонального потока. Длинные волны в тропосфере являются одной из важнейших комплексных характеристик общей циркуляции атмосферы [18].

Рис. 1 - Схема положения высотных (АТ₅₀₀) гребней и ложбин при разновидностях форм W (а), С (б), Е (в) в северном полушарии [7]

1.4.2 Современное состояние разработок по долгосрочному прогнозированию

Исследования последних десятилетий показали, что во многих областях мира сезонные аномалии атмосферных характеристик являются потенциально предсказуемыми. Прогнозы разных погодных состояний возможны на основе зависимости сезонных аномалий в атмосфере от температуры поверхности океана и поверхности земли, а также благодаря существующему заметному сдвигу во времени между океаническими и атмосферными температурными возмущениями [22]. Долгопериодичные изменчивости в поверхностном пограничном слое океана имеют предсказуемость, простирающуюся на много сезонов за пределом предсказуемости для изменчивости в атмосфере [23].

На рубеже 60-70 гг. прошлого века Я. Бьеркнес [24] выявил связь между изменчивостью температуры поверхности океана и поверхностных течений океана в тропиках. Он считал, что эти явления (апвеллинг и термические градиенты на поверхности) играют важную роль в модуляции меридиональной (Гадлея) и зональной (Уокера) циркуляции. Согласно Бьеркнесу, аномалии в режиме океанических течений в восточном секторе экваториальной зоны Тихого океана формируют положительные аномалии температуры воды, это усиливает прямую циркуляционную ячейку Гадлея, обеспечивающую поток углового момента количества движения из пассатной зоны в зону умеренных широт. Влияние этого дополнительного потока углового момента сказывается на развитии макрометеорологических процессов в Северном полушарии через несколько недель. В эти годы зимы характеризуются весьма крупными аномалиями циркуляции во многих районах Северного полушария [13].

Кроме Южного колебания, начиная с 1970-х годов было признано значение тропического Атлантического сектора в воздействии на региональную изменчивость климата. Меридиональный градиент температуры поверхности океана в Атлантике может изменить сезонное положение внутритропической зоны конвергеции. Квазидвухлетний цикл, хорошо известный для экваториальной стратосферы, обнаруживается и во внетропических широтах. Примерно через каждые два года в тропической стратосфере восточное направление ветра сменяется западным направлением и затем опять быстро заменяется восточным. Во внетропической стратосфере на уровне 10 гПа в большинстве случаев в Северном полушарии выделяются два очага изменения высоты изобарической поверхности с противоположными знаками, из которых один чаще располагается в восточной части полушария, а другой - в западной. В одноименном месяце следующего года знаки изменения геопотенциала в двух очагах (восточном и западном) заменяются на противоположные [23]. Эта тенденция хорошо просматривается для зимних месяцев и, по мнению [23], является проявлением квазидвухлетней цикличности в стратосфере.

В настоящее время используются два типа численных моделей для долгосрочных прогнозов: атмосферная и полная атмосферно-океаническая. Численные методы используются преимущественно для прогнозов на один месяц, а на большие сроки - совместно с эмпирико-статистическими методами [5].

.5 Прогнозирование погоды по местным признакам

Местные признаки используются для научно обоснованных предсказаний погоды, которые стали возможны только на основе синоптического и других методов прогнозирования. Прогноз по местным признакам позволяет уточнить официальный прогноз, т.к. прогноз, составленный в гидрометеоцентрах, характеризует чаще всего процессы развития погоды над большими территориями. Используя местные признаки, можно с достаточной достоверностью предсказать погоду за 6-12 часов [16].

В таблицах 1 и 2 разнообразие атмосферных процессов классифицируется на погоду «внутри» воздушных масс (вдали от фронтов) и погоду между воздушными массами («прифронтальную»). В первом случае рассматриваются неустойчивые и устойчивые воздушные массы (табл. 1), во втором случае - погода тёплых фронтов или окклюзий характера тёплого фронта и погода холодных фронтов или окклюзий характера холодного фронта (табл. 2). Каждый из данных 4 подразделений кинематического и теплового состояния воздушных масс и фронтов делится на две отдельные фазы развития процессов, названные типами погоды.

При проведении анализа по восьмитипной классификации погоды необходимо:

) вначале по наиболее ярко выраженному признаку погоды выбрать в таблице описание, соответствующее наблюдаемому признаку, а затем проверить соответствие признаков данного типа погоды наблюдаемым признакам;

) при погоде воздушных масс ожидать развитие метеорологических элементов с суточным ходом; при погоде фронтов - последовательное развитие атмосферного процесса;

) в дальнейшем следить за совпадением наблюдаемых признаков с

признаками данного типа;

) обращать внимание на появление каких-либо признаков типов по годы, при которых возможен переход данного типа;

) при появлении новых признаков указанным выше способом подобрать новый тип погоды, удовлетворяющий наблюдаемым признакам.

Ошибки в прогнозировании погоды по местным признакам кроме случая недостаточной опытности наблюдателя, могут быть в следующих случаях:

) отсутствие регулярного наблюдения и открытого места для проведения наблюдений;

) наличие противоречий между отдельными признаками данного типа и наблюдаемыми признаками погоды;

) низкая полная облачность, продолжавшаяся длительное время;

) быстрое продвижение холодного фронта, молодого циклона теплого фронта, признаки которых могут появляться лишь за 6 часов до их прихода;

) сложная синоптическая ситуация с наличием признаков разных типов;

) слабо выраженные атмосферные процессы, проявляющиеся в неопределённых признаках.

Последовательность развития атмосферных процессов при наступлении тёплого и холодного фронтов в основном постоянна. При расположении наблюдателя перед наступающим тёплым фронтом перистые и перисто-слоистые облака, расположенные на высоте 7-8 км и более следует считать передним краем в его облачной системе. Их можно обнаружить за 200-300 км от пункта наблюдения. На расстоянии 700-800 км от переднего края облаков наблюдается обложной дождь. Если принять среднюю скорость передвижения тёплого фронта 50 км/ч, то осадки в пункте наблюдении будут приблизительно через сутки. При расположении наблюдателя перед наступающим холодным фронтом передним краем в системе облаков следует считать перисто-кучевые облака, расположенные на высоте 5-6 км. Их можно заметить на расстоянии 200 км от пункта наблюдения. На расстоянии 100-200 км за передним краем расположена зона осадков. В пункте наблюдения выпадение осадков может наблюдаться через 6-8 часов [1].

Таблица 1 - Местные признаки погоды «внутри» воздушных масс [1]

Таблица 2 - Местные признаки погоды между воздушными массами [1]

2. Апробация некоторых методов прогнозирования погоды, их прогностическое значение

.1 Анализ макроциркуляционных процессов в Атлантико-Европейском секторе в зимний период 2006 - 2007 гг.

.1.1 Индекс Россби и его физический смысл

Для характеристики процессов общей циркуляции атмосферы нередко используют разного рода количественные показатели (индексы), которые особенно широко применяются для изучения интенсивности атмосферной циркуляции и прежде всего ее зональной и меридиональной составляющих. При определенном значении индекса обычно на больших пространствах наблюдаются соответствующие макросиноптические процессы. Поэтому, пользуясь данными об индексах, можно выделить определенные типы макропроцессов.

Рассмотрим один из таких индексов - по Россби.

Россби предложил использовать в качестве индекса общей циркуляции атмосферы величину зональной составляющей скорости движения воздуха и. Величина и может быть вычислена по разности давления между определенными широтами и переведена по формуле геострофического ветра в скорость, выраженную в метрах в секунду [5].

Россби считает, что, поскольку интенсивность западного переноса воздуха в умеренных широтах связана определенным образом со скоростью восточных течений в тропической и полярной зонах, величина и для умеренной зоны может служить индексом общей циркуляции. Однако для более детального изучения Россби вычисляет индексы для каждой из зон в отдельности, выделяя границы зон (табл.3).

Таблица 3 - Границы зон, для которых вычисляются индексы циркуляции[5]

Чтобы определить значение индекса, например, для пояса 35-55˚ с. ш., поступают следующим образом. С карт давления (ежедневных или средних за пентады) снимают значения давления для нескольких пар точек, расположенных вдоль меридианов на кругах широт 35 и 55˚с. ш. Далее берутся разности этих значений для каждой пары, а последние осредняются по всему поясу. Полученная в миллибарах разность давления переводится затем в скорость ветра, выраженную в метрах в секунду

Россби установил, что процессы общей циркуляции можно обобщить в двух типах: 1) тип процессов с высоким индексом, 2) тип процессов с низким индексом.

Для процессов с высоким индексом характерно следующее:

1)      Наличие единых и хорошо развитых алеутского и исландского минимумов, которые находятся в районах их нормального расположения;

)        Отсутствие мощных полярных антициклонов;

)        Сибирский антициклон наблюдается в районе его нормального расположения, а его распространение в западном направлении незначительно;

)        На высотах хорошо выражены зональные движения воздуха при наличии длинных волн малой амплитуды

Для процессов с низким индексом характерно:

)        Раздвоение алеутского и исландского минимумов, между которыми в это время располагается гребень субтропических антициклонов;

)        Ослабление субтропических антициклонов, гребни которых направлены на север и нередко соединены с гребнями полярного антициклона;

)        Развитие на большей площади полярного антициклона;

)        Более чем нормальное распространение сибирского антициклона на запад;

)        Наличие на высотах стационарных волн большей амплитуды и малой длины [5]

Если обратиться к каталогу форм W, C, Е, то увидим, что в периоды процессов, отнесенных Россби к процессам с высоким индексом, наблюдались, как правило, процессы формы Е и С. Таким образом, в типе процессов с низким индексом соединены принципиально отличные друг от друга формы атмосферной циркуляции (Е и С), что, как уже оказывалось, является весьма существенным недостатком этой классификации, особенно в прогностическом отношении. Это легко, например, видеть, если сравнить между собой карты аномалий температуры при Е и С. Распределение аномалий на них при Е и С во многих районах полушария в обратное. Следовательно, для прогноза аномалий температуры недостаточно предсказать только величину индекса. Предсказав, например, что будет наблюдаться процесс с низким индексом, мы указываем лишь на большее развитие меридиональной составляющей циркуляции и ослабление зональной.

Классификация Россби позволяет дать некоторые более общие характеристики атмосферной циркуляции. Для этой цели можно воспользоваться графиком «нормальных» (средних многолетних) значений зонального индекса. Наиболее существенным здесь является следующее:

1)      Значительное убывание величины зонального индекса от зимы к лету. Это отражает уже известный нам факт ослабления к лету интенсивности атмосферной циркуляции;

)        Величина индекса и амплитуда его годовых изменений на уровне 3 км значительно больше, чем на уровне моря;

)        Годовой ход индекса для ограниченного района полушария (между 180 и 50˚ з.д. - так называемый североамериканский индекс) и для всего северного полушария аналогичный;

)        Субтропические восточные ветры достигают своего максимума осенью, тогда как западные ветры умеренной зоны достигают его зимой [5]

Наряду с годовым циклом изменения зонального индекса (убывает от зимы к лету) имеются и его непериодические изменения. Последние отражают особенности отдельных лет и сезонов, и поэтому имеют существенное прогностическое значение. Так установлен основной цикл в изменении индекса, который длится от 3 до 6 недель и характеризует переход от сильной зональной циркуляции в умеренных широтах к слабой и, наоборот, от слабой циркуляции к сильной [5].

.1.2 Основные результаты изучения характера атмосферной циркуляции над Северной Атлантикой и Европой за период 1.11.2006 - 28.02.2007 гг.

Зимний период 2006-2007 гг. характеризовался наличием положительной температурной аномалии. Очевидно, что данная аномалия обусловлена взаимодействием атмосферы и океана в Северной Атлантике, поскольку данный регион в зимний период является источником энергии для Западной Евразии. Интенсивность выноса воздушных масс с Атлантики на Евразию определяется не только температурными характеристиками океанической поверхности и поверхности суши, но в первую очередь, общими особенностями атмосферной циркуляции на Земле в данный сезон.

Количественная характеристика западного переноса может быть осуществлена по методу Россби на основе вычисления горизонтального барического градиента между 40 и 60˚ с. ш. Метод применим как для расчетов по полушарию, так и по отдельным его секторам. С целью характеристики зимнего сезона 2006-2007 гг. с циркуляционных позиций и выявления прогностического значения метода Россби нами был проведен расчет горизонтального барического градиента в умеренных и субтропических широтах Атлантики и Западной Евразии. В расчетах использовались карты барических образований на уровне моря, составленные по данным Метеослужбы Великобритании.

Как свидетельствуют представленные данные, в течение ноября происходило достаточное увеличение горизонтального градиента давления, что фиксирует рост различий между субтропиками и субполярными широтами. При этом давление на широте Азовского максимума становится больше, а в Исландском минимуме - меньше. Это закономерно, поскольку широко известно, что различия в давлении возрастают от лета к зиме. Это обусловлено возрастанием термических контрастов в северном полушарии (системах «полюс - экватор» и «океаны - материки»), что приводит к росту циклонической активности, накоплению циклонов в субполярных широтах и усилению Исландского минимума.

В декабре преобладали высокие величины междуширотного барического градиента, причем установлена тесная зависимость между градиентом и температурой воздуха в Рязани. При росте данного градиента через 3-5 суток в Рязани наблюдался рост температуры, фиксирующий приход очередного атлантического циклона (рис. 2, 3). Таким образом, в течение большей части декабря циклоны не накапливались в районе Исландии, а достаточно быстро перемещались на Европейскую территорию. Данная особенность циркуляции сохранялась в течение почти 3 недель. Причем барический градиент не опускался ниже 1 гПа/100 км. Был хорошо выражен Азорский антициклон, распространяющий свое влияние на Средиземноморье, что не типично для зимнего сезона. Данное соотношение барических систем является типичным для западной формы атмосферной циркуляции. Согласно исследованиям Россби, высокие величины барических градиентов не могут наблюдаться в течение долгого времени. Развитие зональной циркуляции подготавливает условия для развития меридиональных процессов. Характерная закономерность эволюции индекса Россби - циклические колебания с периодом от 3 до 6 недель. В связи с этим в третьей декаде декабря произошел сбой западного переноса, снижение индекса Россби (он достиг минимальных значений 19 декабря, после чего температура в Рязани с небольшим опозданием понизилась). Однако к 25 декабря индекс вновь стал возрастать, что привело к повышению температуры через 5 суток после этого (в ночь с 31 декабря на 1 января). Проявившийся спад индекса Россби не привел к смене формы атмосферной циркуляции.

Рис. 2 - Горизонтальный барический градиент в зоне западного переноса в декабре 2007г.

Рис. 3 - Динамика температуры в декабре 2007 г. в городе Рязань

В январе высокая величина барического градиента восстановилась и сохранялась повышенной вплоть до 20 января (рис 4). Периодически наблюдались небольшие вариации градиентов. Как и в предыдущем месяце они имели прогнозное значение: через 4-5 суток после минимального значения градиента наблюдался импульс роста температуры в центре России (рис 5). Однако 20 января над Северной Атлантикой произошли принципиальные изменения атмосферной циркуляции, что привело к падению барического градиента до отрицательных значений. Отрицательная величина градиента означает, что Азорский максимум ослаблен, а в районе Исландии расположен не минимум давления, а антициклон, чаще всего смыкающийся с Гренландским максимумом. Такое соотношение барических систем знаменует собой смену формы циркуляции с западной на северную в соответствии с классификаций Вангенгейма. Сформировавшийся над Атлантикой антициклон приобрел свойство блокирующего и вызвал резкое возмущение западно-восточного переноса. По его восточной периферии в Средиземноморье началась адвекция холодных воздушных масс, что вызвало формирование там циклонов. На протяжении 4 суток после оформления блокирующего антициклона последствия этапа зональной циркуляции сохранялись. Однако 25 января произошло резкое снижение температуры и выпадение осадков, формирование снежного покрова. Данное снижение было вызвано циклоном, сформировавшимся в районе Лионского залива 22-23 января под влиянием восточной периферии указанного выше антициклона. Быстрому смещению данного циклона на Русской равнине способствовал активный циклогенез в районе Баренцева моря. В результате, глубокий циклон над Северной Норвегией вовлек в свою орбиту барические образования со Средиземноморья. Это само по себе означает прекращение типичной зональной циркуляции и активизации междуширотного обмена. Следовательно, аномально долгое преобладание циркуляции формы W подготовило условия для ее смены на форму С. Согласно данным Гирса, именно в таком направлении эволюционируют циркуляционные процессы. При циркуляции формы С даже циклонические образования выступают как формы междуширотного обмена.

Рис. 4 - Горизонтальный барический градиент в зоне западного переноса в январе 2007 г

Рис. 5 - Динамика температуры в январе 2007 г. в городе Рязань

К концу января форма С сменяется восточной формой циркуляции. Исландский минимум восстановил свое положение. Однако горизонтальный барический градиент был в 2-3 раза ниже, чем в декабре - январе. Как свидетельствуют данные за февраль, динамика температуры была мало связана с вариациями индекса Россби (рис 6, 7). Значит, со сменой формы циркуляции индекс потерял прогнозное значение. В декабре - январе динамика индекса определялась колебаниями давления в Исландском минимуме (коэффициент корреляции составил 0,8 - 0,9). К февралю индекс уже не зависел от ситуации в районе Исландии (коэффициент корреляции составил 0,3). В самом конце февраля барический градиент между субтропиками и севером умеренного пояса вновь стал возрастать, что знаменовало собой восстановление циркуляции формы W и приход на Русскую равнину ранней весны.

Таким образом, проведенный анализ выявил неоднородность зимнего сезона по условиям западного переноса. Установлено, что данное условие складывается в значительной степени под влиянием закономерностей волновых процессов в атмосфере, которые в значительной степени автономны от колебаний температуры и т.д. Преобладание в зимний период западной формы циркуляции в сезон 2006 - 2007 гг. является закономерным, и могло быть заранее спрогнозировано на основании, в частности, данных по солнечной активности. В годы минимума солнечной активности наблюдается минимальное нарушение западного переноса.

Также установлено, что индекс Россби имеет ограничения в использовании для прогнозов погоды. При западной форме циркуляции он может эффективно использоваться для этой цели. При восточной форме он зачастую отражает не будущее изменение погоды, а текущие ее колебания, поскольку формируется в основном за счет разности в давлении над Европой, а не над Атлантикой. В литературе отмечается установленная отечественными метеорологами статистическая закономерность: существование 90-дневной цикличности атмосферных процессов.

Рис. 6 - Горизонтальный барический градиент в зоне запанного переноса в феврале 2007 г.

Рис. 7 - Динамика температуры в феврале 2007 года в городе Рязань

Вероятность реализации данного цикла составляет 70%, что сопоставимо с оправдываемостью любого долгосрочного прогноза погоды. Предположительно, данная цикличность связана с характерным временем динамики облачности, которая является важным климатическим регулятором, хотя данное предположение обусловлено недостаточно. В соответствии с 90-дневной цикличностью сходные по особенностям явления погоды повторяются каждые 80 дней, а через 45 дней наблюдается противоположное исходному. Анализируя динамику температуры в зимний сезон 06-07 гг. (Приложение), можно сделать вывод, что подобная цикличность проявляла себя через 1,5 месяца. После установления типично зональной циркуляции в начале декабря с теплой погодой на Русской равнине произошло принципиальное изменение формы циркуляции и установлением в центре России холодов. Еще через 45 дней, в начале марта, произошло фактическое повторение погодных условий начала декабря. Характерно также, что между кратковременным похолоданием конца декабря на фоне сохранения формы W и кратковременным потеплением в середине февраля при сохранении формы Е также имеется интервал времени, практически точно равный 45 суткам. Прогнозирование погодной динамики в апреле с использованием данной закономерности дало существенные погрешности. В частности, похолодание наступило позже прогнозных сроков (7 апреля, а не 1 апреля) и продлилось дольше ожидаемого.

.2 Прогноз синоптических тенденций в Атлантико-Европейском секторе в 3-й декаде марта 2009 г. по методике Каца

Согласно методике среднесрочных прогнозов атмосферной циркуляции, изложенной в публикации А.Л. Каца «Предсказание погоды на 3-7 дней», спрогнозировать тенденции развития синоптических процессов возможно в начале естественного синоптического периода, который обычно имеет продолжительность 3-7 дней. Границы естественных синоптических процессов определяют в основном качественно по конфигурации высотной фронтальной зоны. Она в свою очередь создает траектории движения барических систем. Количественных методов, разграничивающих синоптические процессы, существует немного. Некоторые из них позволяют с достаточной заблаговременностью давать численные прогнозы тенденции атмосферного давления. В случае, если прогноз сделан в начале периода, установленная тенденция будет сохраняться. Методика, разработанная для средней тропосферы (барическая поверхность 500 гПа) включает три этапа.

этап. Вычисление так называемых лапласианов барического поля, которые характеризуют тенденцию динамики атмосферного давления и позволяют спрогнозировать энергетику барических систем, которые могут возникать в результате этой динамики. Если динамические процессы интенсивные, т.е. лапласиан велик по модулю, то и барические системы, возникающие при этом, будут активны и будут перемещаться с большой скоростью. Расчет лапласиана ведется следующим образом: по отношению к фиксированным точкам карты барического поля производится подсчет суммы давления на концах двух взаимно перпендикулярных отрезков, причем отрезки пересекаются в данной точке. А концы их отстоят от нее на расстоянии 500 км. Из полученной суммы вычитают учетверенное значение давления в самой точке. Результат берется с тем знаком, который получается в процессе вычитания. Отрицательный лапласиан свидетельствует о том, что давление в данной точке выше, чем в окружающих и растет, т.е. о тенденции отрицательного или антициклонального вихря. Положительный лапласиан характеризует тенденцию к развитию циклона в данном регионе мира. Особое значение имеют величины, превышающие по модулю 10 гПа. Именно они порождают замкнутые барические системы. При меньшем значении лапласиана возникают гребни и ложбины.

этап. Производится анализ изаллобарических очагов, т.е. очагов интенсивной динамики атмосферного давления на основании сравнения разновременных карт барического поля. Тенденция к снижению давления говорит о возможности возникновения циклонов, тенденция к росту - антициклонов. Карты изаллобар характеризуют лишь общую тенденцию динамики давления. Для определения того, приведет ли эта тенденция к возникновению барических систем или останется без последствий, необходимо совмещать с ними анализ карт лапласианов.

этап. Для более достоверных результатов анализируется динамика температуры, аналогично выявлению изаллобарических очагов.

Производится совместный анализ результатов трех предыдущих этапов, причем в начале устанавливаются тенденции к изменению давления по картам изаллобар. Затем сопоставляются изаллобарические очаги с аномалиями лапласианов. Считается, что циклоны возникают, если с областями снижения давления совпадают аномалии лапласиана +10 гПа и более, либо 20 гПа с любым знаком. В последнем случае развивающийся циклон будет особенно интенсивным. Антициклоны возникают в очагах роста давления, где величина лапласиана достигает -10 гПа и менее, либо 20 гПа с любым знаком. Наиболее значимым и устойчивым очагам циклонов соответствуют области снижения температуры на 4 градуса и менее за сутки. Для антициклона обычно свойственен рост температуры на 4 градуса и более (данные величины определяются эмпирически для условий свободной атмосферы). Поскольку высотное барическое поле непосредственно взаимодействует с приземным, коэффициент корреляции составляет 0,8-0,9 и более. Можно полагать, что данная методика применима и в отношении приземной атмосферы. Также следует участь, что и без изучения колебаний температуры можно получить достоверные выводы. Вероятность оправдания прогноза будет несколько меньше [12].

Изложенная методика может быть дополнена и уточнена использованием следующих правил:

1)      Циклон огибает малоподвижный (блокирующий) антициклон по часовой стрелке. Поскольку малоподвижнй антициклон является высоким барическим образованием, то изогипсы АТ-700 (АТ-500) близки по направлению к изобарам антициклона, перемещение циклона происходит по ведущему потоку. Аналогично барическая ложбина перемещается относительно центра циклона против часовой стрелки, а барический гребень относительно антициклона - по часовой стрелке.

)        Два сопряженных циклона (с общими замкнутыми изобарами) совершают вращательные движения против часовой стрелки относительно друг друга. При этом оба циклона могут перемещаться в одном направлении, но расположенный впереди более старый циклон перемещается медленнее. В таких случаях передний циклон является высоким барическим образованием и высотные изгипсы этого циклона характеризуют направление ведущего потока для второго более молодого циклона.

)        При преобладающем движении циклонов с запада на восток, каждый последующий циклон серии перемещается несколько южнее предыдущего.

)        После окклюдирования циклона, его траектория обычно отклоняется влево от траектории, связанной с ним изаллобарической области падения давления. Скорость перемещения циклона при этом резко уменьшается.

)        Вероятность перемещения центра циклона или антициклона у поверхности земли по направлению потока на поверхности 700 и 500гПа тем больше, чем больше над ним скорость этого потока. Быстродвижущиеся циклоны почти всегдо перемещаются по потоку (при допуске отклонения 15˚). Циклоны, движущиеся медленно, при своем перемещении часто отклоняются от направления потока.

)        Высокие холодные циклоны и высокие теплые антициклоны малоподвижны в последней стадии своей жизни. В первое же время после своего превращения в высокое, барические образования продолжают перемещаться примерно в том же направлении, в каком они перемещались в предидущие сутки.

)        Небольшие подвижные антициклоны перемещаются примерно с той же скоростью, с какой движутся находящиеся впереди них циклоны.

)        Скорость перемещения резко выраженных барических образований при прочих равных условиях меньше, чем слабо выраженных.

)        Чем интенсивнее изаллобарические очаги в области одного и того же барического образования, тем быстрее оно перемещается.

.2.1 Результаты прогноза по данным о динамике давления

Как отмечено выше, методика Каца позволяет осуществлять прогноз очагов зарождения и траекторий перемещения барических систем с заблаговременностью в несколько (обычно 3) дней. Апробирование методики проведено нами по данным о динамике барического поля над Северной Атлантикой, Западной Европой и Русской равниной 22-28 марта 2008 г. Особенностью погоды в Рязанском регионе в данный период была резкая смена циклонической циркуляции на антициклоническую в ночь с 26 на 27 марта и, как следствие, снижение облачности и прекращение обильных твердых осадков, выпадавших в течение 26 и 27 числа.

На рис. 8а показаны значительные положительные аномалии лапласианов изобарических поверхностей над Северным морем и к югу от Гренландии. Поскольку они совпадают с отрицательными изаллобарическими очагами, следует ожидать, что через 3 дня в указанных регионах будут располагаться очаги циклогенеза. Тыловая часть «гренландской» аномалии лапласиана совпадает с районом, где отмечается тенденция к росту давления, поэтому можно прогнозировать возникновение антициклона над п-овом Лабрадор и его возможное смещение на юг к о. Ньюфаундленд. Область Азорского максимума окажется неоднородной: отрицательная аномалия лапласиана (свыше -10 гПа) к югу от Ирландии территориально соответствует тенденции к снижению давления, поэтому очевидно, что здесь будет наблюдаться образование не антициклона, а еще одного циклона, и максимум давления отступит к югу, в район Испании. Русская равнина будет представлять собой «транзитный регион», где будет осуществляться смещение циклонов, сформированных в других регионах. О тенденции к циклонической деятельность свидетельствует и положительная аномалия лапласиана в Центре России: +8 гПа. Вышесказанное представлено на рис. 8б в форме картосхемы.

а)

б)

в)

Рис. 8 - Синоптическая ситуация на 22.03.09. (а), прогноз на 25 марта (б) и его реализация (в) [32]

Как показано на рис. 8в, прогноз оправдался вплоть до деталей конфигурации полярного фронта. Исключением является «черноморский» циклон, который спрогнозировать не удалось.

Карта лапласианов на 24.03. и ее совместный анализ с данными по изаллобарическим очагам (рис. 9а) позволяет предположить, что через 3 дня, т.е. 27 марта, будет наблюдаться следующее (рис. 9б):

единый пояс циклонической активности от Исландии до Одессы, с возможным вклиниванием в него барического гребня по линии Стокгольм - Глазго (в связи с несовпадение тенденций динамики приземного давления и лапласиана в данном регионе);

дальнейшее усиление Лабрадорско-Ньюфаундлендского антициклона, образование которого выше, его возможное смыкание с Азорским максимумом;

отступание Азорского максимума на запад, тенденция к циклогенезу в западном Средиземноморье;

резкое изменение поля давления над Русской равниной (лапласиан за сутки меняется от +8 до -11 гПа); причем Центр России будет очагом формирования молодого антициклона (пока низкого и холодного);

сформируется поток теплого воздуха по линии Стамбул - Хельсинки, который будет способствовать регенерации антициклонов в Скандинавии и России, а также обострять термобарические контрасты в районе Дании.

Рис. 9в свидетельствует о высокой оправдываемости данного прогноза (исключение - ошибка в анализе местоположения антициклона у побережья Канады: он смыкался с Азорским максимумом быстрее ожидаемого).

Анализ характеристик барического поля за 25.03. (рис. 10а и 10б) позволяет сделать на 28 марта следующий прогноз:

над всей Восточной Европой распространится обширный антициклон с центром над Черным морем, который станет блокирующим и будет прогреваться;

а)

б)

в)

Рис. 9 - Синоптическая ситуация на 23.03.09. (а), прогноз на 26 марта (б) и его реализация (в) [32]

- мощные очаги циклогенеза расположатся к юго-востоку от Гренландии и над Северным морем (в последнем случае возможно образование центрального циклона за счет слияния 3 и более циклонических очагов);

Азорский максимум отступит на запад, и у западного побережья Испании будет наблюдаться генерация циклонов.

Оправдываемость данного прогноза также оказалась высокой (рис. 10в), исключение - ошибка в указании региона генерации «испанского» циклона: он располагался на 500-1000 км восточнее.

Таким образом, методика А.Л. Каца показала высокую эффективность, а наблюдаемые ошибки были приурочены к краевым зонам сектора, который был выбран для анализа. Резкое изменение поля давления над Рязанской областью 26-27 марта также хорошо воспроизведено.

а)

б)

в)

Рис. 10 - Синоптическая ситуация на 24.03.09. (а), прогноз на 27 марта (б) и его реализация (в) [32]

2.3 Апробация расчетной методики краткосрочного прогноза количества осадков на примере г. Рязань

Расчёт проводился для 1, 2, 9, 13, 15 и 20 июля 2008 года. По данным радиозондирования [33] в 0:00 часов определялся средний дефицит точки росы уровней 850 - 700 мбар, а также высота минимальной температуры. Верхняя граница облака принималось равной 12000 м. Использовались следующие соотношения:

 (1),

где  - средний дефицит точки росы уровней 850 - 700 мбар (в ˚С),

 = 0,048 ˚C × 12 ч/мбар,  - средняя упорядоченная скорость в мбар/12ч в слое от поверхности Земли до уровня, на котором значение  достигает максимального;

 (2),

где  - коэффициент генерации осадков, = 0,0053 12 ч/мбар;

 (3),

где  - максимальная скорость восходящего потока (мм/с),  = 0,36×10^-3 с^-1,  - высота минимальной температуры (м),  - верхняя граница облака (м);

 (4),

где  - количество выпавших осадков (мм),  = 4,36×10^-3с,  - максимальная скорость конвективного потока (мм/с) [17].

Результаты расчётов приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты расчётов прогнозируемого количества осадков

Для выпадения сильных осадков необходима большая термодинамическая неустойчивость и влажность в нижнем слое, близкая к насыщающей. [10] При  > 8 ˚С осадков не выпадает. При  ≤ 2 ˚С в большинстве случаев выпадают осадки более 50 мм [2].

Как видно из таблицы 4, методика показала хорошую результативность.

.4 Анализ календарных народных примет погоды (по материалам наблюдений за 2008 г. и начало 2010 г.)

Данный раздел посвящен проверке оправдываемости народных календарных примет погоды по наблюдениям за период с января 2008 по апрель 2010 гг. Народный опыт прогнозирования погоды базируется на многовековых наблюдениях за погодой, многие календарные приметы вполне обоснованы, они являются климатическими обобщениями этих наблюдений. Вопрос заключается в том, насколько народные приметы применимы для прогнозирования погоды в современном климате.

Всего было проанализировано 40 примет: 15 зимних дней, 9 летних, 9 весенних и 7 осенних дней. Все приметы подходят для Центральной части России. Результаты наблюдений представлены в таблицах 5 и 6.

Таблица 5 - Наблюдение за погодой в даты примет [сост. по 11, 20, 27, 31]

За весь период наблюдений (28 месяцев) полностью оправдалось 13 примет. Ни разу не оправдалось 8 примет. Остальные 18 примет оправдались лишь частично. Была возможность сравнения совпадения примет в 2008, 2009 и 2010 гг. - все они касались прогноза весны по ее началу и зимним датам. Общее количество этих примет - 10. Три года подряд сбывались приметы 6 февраля и 30 марта. Ни разу за три года не оправдались приметы 2 февраля и 21 февраля. Остальные 6 примет оправдались частично.

За два года наблюдений сбылись приметы предсказания лета по зимним датам: 19 января, 21 января и 10 февраля. Это достаточно интересно, т.к. прогноз с заблаговременностью в полгода - сложная задача современной метеорологии. Из аналогичных примет с такой заблаговременностью можно выделить также примету 7 августа (Анна-холодница), прогнозирующую погоду на зиму. Она оправдалась не полностью, однако все равно наблюдаются некие связи между погодными условиями в день приметы и общим характером погоды зимних месяцев. Остальные оправдавшие себя приметы предсказывают погоду на ближайший сезон или месяц. К ним относятся упомянутые выше приметы предсказания погодных условий весны по датам 6 февраля (Аксинья-полузимница) и 30 марта (Алексей теплый), примета 1 мая; приметы предсказания погоды лета по датам 13 мая и 16 июня; а также осенние приметы прогноза предстоящей погоды по датам 5 сентября, 14 сентября, 3 октября и 23 ноября. Из осенних примет, указывающих на зиму достаточно информативна примета 4 ноября (Казанская).

Если сравнивать 2008 и 2009 год, то приметы лучше «работали» в 2009 году: 23 приметы из 40 сбылись полностью и 2 приметы сбылись частично. В 2008 полностью оправдались 19 примет и 3 приметы частично. Распределение числа подтвердившихся примет по сезонам года отражено в таблице 7.

Таблица 6 - Результаты проверки примет за период январь 2008г. - апрель 2010г

Таблица 7 - Распределение числа подтвердившихся примет по сезонам года

прогноз погода синоптическая метеорология

Заключение

Подведем итоги. В ходе проделанной работы были получены следующие результаты:

) с середины 20 века качество прогнозов погоды стало значительно повышаться благодаря достижениям в вычислительной технике, в системах наблюдений, а также с развитием моделей численного прогнозирования погоды и связанных с ними методов усвоения данных. Тем не менее, каждому компоненту в пределах науки и технологии прогнозирования погоды и перспективных оценок присущи свои неопределенности. Некоторые из них связаны с недостатком полного понимания или наследованного ограничения предсказуемости исключительно сложных процессов. Другие все еще связаны с необходимостью дальнейших достижений в методах наблюдений или в вычислительной технике;

) было выяснено, что одна из количественных характеристик циркуляции во внетропических широтах - индекс Россби - имеет прогнозное значение лишь при господстве западной формы циркуляции; найдена связь между динамикой индекса и температурой в городе Рязани: при росте данного градиента через 3-5 суток наблюдался рост температуры; была также подтверждена статистическая закономерность - 90-дневная цикличность повторения погодных условий;

) на примере 22 - 28 марта 2009 года был осуществлен прогноз синоптических процессов на основании динамики давления в Атлантико-Европейском секторе, который показал достаточно высокую информативность, позволяя предсказать очаги зарождения и траектории перемещения барических систем за 3 дня;

) методика краткосрочного прогноза количества осадков в г. Рязани для июльских дней 2008 года показала хорошую результативность; было выяснено, при каких соотношениях параметров наблюдается большая термодинамическая неустойчивость в нижнем слое облака, было подтверждено, что при значении среднего дефицита точки росы уровней 850-700 мбар более 8 осадков не выпадает;

) была проанализирована оправдываемость народных календарных примет за период наблюдений с января 2008 по май 2010 гг.: из 40 проверяемых примет полностью оправдались 13 примет, ни разу не оправдались 8, остальные лишь частично подтвердились; большая часть из «работающих» примет предсказывает погоду на ближайший сезон или месяц.

Список использованных источников

1. Адамов П.Н. Местные признаки погоды, Л.: Гидрометеоиздат, 1961. 35с.

. Алпатова Р.Л. Исследование статистических связей облачности с дефицитом точки росы, вертикальными скоростями и температурой. - Труды ММЦ, 1966, вып.11, с. 138-145

. Атлас облаков / Л.: Гидрометеоиздат, 1957. 45с.

. Байдал М.Х. Колебания климата Кустанайской области в 20 столетии. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 154с.

5. Белов П.Н., Борисенков Е.П., Панин Б.Д. Численные методы прогноза погоды. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 276с.

. Гермензон Г.С. Техника службы погоды. М.: Знание, 1971. 63с.

7. Гирс А.А. Макроциркуляционный метод долгосрочных метеорологических прогнозов. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 485с.

. Гирс А.А. Особенности внутригодовых преобразований макросиноптических процессов в различных циркуляционных эпохах/ /Труды ААНИИ. 1963. Т. 255. С.47-85

. Гирс А.А. Многолетние колебания атмосферной циркуляции и долгосрочные гидрометеорологические прогнозы. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 280с.

. Глушкова Н.И. Исследование взаимосвязи между различными параметрами кучево-дождевого облака для усовершенствования прогноза осадков. Труды Гидрометцентра СССР, 1978, вып. 201, с. 38-47

. Жаров С.Н. Народные приметы и предсказания погоды. М.: Учпедгиз, 1954. 163с.

. Кац А.Л. Предсказание погоды на 3 - 7 дней. Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1958. 774с.

. Кондратович К.В. Долгосрочные гидрометеорологические прогнозы в Северной Атлантике. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 183с.

. Мазур И.И., Рукин М.Д. Антология погоды. М.: ЗАО «Издательство «Экономика», 2003. 302с.

. Международный атлас облаков и состояний неба / М.: Гидрометеоиздат, 1940. 43с.

16. Местные признаки и местный прогноз погоды. М., 1934. 54с.

17. Методические указания по использованию радиолокационных данных в синоптическом анализе и краткосрочном прогнозе погоды / под ред. Г.К. Весёловой, Ю.К. Фёдорова. М.: Гидрометеоиздат, 1981. 24с.

. Модели общей циркуляции атмосферы /Под ред. Ю. Чанга. перевод под ред. С.А. Маликовича. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 350с.

. Мультановский Б.П. Основные положения синоптического метода долгосрочных прогнозов погоды. М.: ЦУЕГМС, 1933. 41с.

. Народный месяцеслов. М.: 1991. 21с.

. Пагава С.Т. Синоптический метод месячных прогнозов погоды// Труды ЦИП, 1948. Вып.5 С. 3-27

. Перри А.Х., Уокер Дж.М. Система океан-атмосфера. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 194с.

. Ракипова Л.Р., Яковлева Н.И. О некоторых статистических характеристиках двухлетнего цикла в барическом поле атмосферы //Труды ГГО, вып. 330. С. 46-53

.. Форрестер Ф. Тысяча и один вопрос о погоде. Л.: Гидрометеоиздат, 1968. 211с.

25. Фролов А.В.., Важник А.И., Свиренко П.И., Цветков В.И. Глобальная система усвоения данных наблюдений о состоянии атмосферы. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 2000. 188 с.

. Храбров Ю.Б. Прогноз погоды (Новейшие открытия в метеорологии и долгосрочные прогнозы погоды). М.: Знание, 1974. 198с.

27. Хренов Л.С. Народные приметы и календарь. М.: 1991. 42с.

. Хромов С.П., Мамонтова Л.И. Метеорологический словарь. 3-е издание. Л., 1974.568с.

. Хргиан А.Х. Очерки развития метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1959. 71с.

. Хргиан А.Х. Физика атмосферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 218 с.

.http://meteo.infospace.ru

. http://meteoweb.ru

. http://weather.uwyo.edu