Лекция 14 Погода - Климат и жизнь | Climate and life
advertisement
Лекция 14 Погода Погода • это непрерывно меняющееся физическое состояние атмосферы в определенный момент времени или за некоторый промежуток. • Погода в данном месте в данный момент характеризуется совокупностью значений метеорологических элементов; • Погода за некоторый промежуток времени характеризуется последовательным изменением этих элементов или их средними значениями за некоторый промежуток времени. • Чаще всего подразумевают погоду у поверхности земли, однако в связи с развитием авиации теперь изучается и погода в свободной атмосфере. • В число метеорологических элементов, характеризующих погоду, включаются обычно лишь те характеристики состояния атмосферы или атмосферных процессов, которые оказывают существенное влияние на природу и на жизнь и деятельность людей. Наука Синоптика раздел метеорологии Изучает крупномасштабные физические процессы в атмосфере и на их основе прогнозирует погоду • Наиболее значительные изменения погоды имеют НЕПЕРИОДИЧЕСКИЙ характер и вызываются изменениями циркуляции атмосферы: • сменой воздушных масс, образованием и разрушением циклонов и антициклонов. погода синоптическая карта – это географическое распределение метеорологических характеристик, которые нанесены на географическую карту Характеристики атмосферы систематизированы. Для них введены обозначения, которые наносятся на карты погоды по определенным правилам На ежедневных картах метеорологических полей отображается непрерывное сложное движение атмосферы Важная характеристика для анализа погоды на синоптической карте – давление. Изобары - линии равного давления на карте Циклон – давление понижено Н (рус) или L (анг) Антициклон – давление повышено. Обозначение В(рус.) или H (анг) Макросиноптические процессы классифицируют по типам циркуляции • При зональном типе циркуляции над Северным полушарием господствует западный перенос и воздух течет с океанов на сушу • Пример зонального типа циркуляции на карте абсолютной топографии поверхности 500 мб. • Про меридианальном типе циркуляции (вне тропиков) перенос воздуха с юга на север или наоборот • Пример меридионального типа циркуляции на карте абсолютной топографии поверхности 500 мб. Степень преобладания зональных составляющих над меридиональными может быть различной. • Над тропическими океанами преобладание восточных составляющих в переносе воздуха в нижней части тропосферы выражено очень резко и легко различимо даже на отдельных синоптических картах, т. е. в отдельные дни. • Меридиональные составляющие в тропиках, по крайней мере, в 10 раз меньше зональных. • Наблюдается преобладание западных ветров в умеренной зоне южного полушария. • В то же время во многих районах умеренных широт северного полушария ветер часто и сильно меняется по направлению и преобладание западного переноса можно подметить только из статистического анализа большого материала наблюдений. • Есть, наконец, и такие районы, например восток Азии, где преобладающие направления ветра в нижней тропосфере ближе к меридиональным, чем к зональным. Меридиональные составляющие Меридиональные составляющие переноса воздуха в общей циркуляции атмосферы, при меньшей величине по сравнению с зональными, имеют очень большое значение. Именно они обусловливают обмен воздуха между различными широтами Земли. Последовательность смены форм атмосферной циркуляции определяет долгосрочные изменения погоды и прогнозируется синоптиками с заблаговременностью до 5 месяцев и ошибкой локализации до 5 градусов долготы. (Это большая ошибка!) Макросиноптический процесс над регионом определяет тип барического поля, выражающийся в расположении ЦИКЛОНОВ И АНТИЦИКЛОНОВ Барические поля Циклоны (антициклоны) – это области замкнутых изобар на карте! внутри которых давление понижено (повышено) Vg ( z ) 1 p( z ) f ( z ) n f 2 sin В соответствие с формулой геострофического ветра, ветер в тропосфере В циклоне направлен вдоль изобар против часовой стрелки А в антициклоне – вдоль изобар по часовой стрелке. Вблизи земли под действием трения, ветер втекает в циклон (вытекает из антициклона) Геострофический ветер Простейший вид движения воздуха, который можно представить теоретически, — это прямолинейное равномерное движение без трения. Такое движение при отклоняющей силе, отличной от нуля, называют геострофическим ветром. При геострофическом ветре, кроме движущей силы градиента G = - 1/ρ*dp/dn на воздух действует еще отклоняющая сила вращения Земли A = 2ω*sinφ*V. Поскольку движение предполагается равномерным, обе силы уравновешиваются, т. е. равны по величине и направлены взаимно противоположно. Отклоняющая сила вращения Земли в северном полушарии направлена под прямым углом к скорости движения вправо. Отсюда следует, что сила градиента, равная ей по величине, должна быть направлена под прямым углом к скорости влево. А так как под прямым углом к градиенту лежит изобара, то это значит, что геострофический ветер дует вдоль изобар, оставляя низкое давление слева Геострофический ветер. G — сила барического градиента, А — отклоняющая сила вращения Земли, V — скорость ветра. Воздух в циклоне: Втекает (конвергенци), и поднимается В антициклоне: Вытекает (дивергенцияя), и опускается в антициклоне Подъем охлаждает воздух и вызывает конденсацию и облакообразование в циклоне Опускание в антициклоне нагревает воздух и приводит к рассеиванию облаков сходимость воздушных течений в циклоне В соответствии с характером циркуляции воздух, втекающий у поверхности земли в систему циклона, поднимается вверх и в средней и верхней тропосфере растекается. Если из-за растекания убыль массы воздуха превалирует над втеканием его в нижнем слое, то давление падает, т. е. циклон углубляется. Развитие циклона продолжается вообще несколько суток. В первой половине своего существования циклон углубляется, во второй — заполняется и, наконец, исчезает вовсе (затухает). В некоторых случаях существование циклона оказывается длительным, особенно если он объединяется с другими циклонами, образуя одну общую глубокую, обширную и малоподвижную область низкого давления, так называемый центральный циклон. Погода в циклоне В результате подъема воздух в развивающихся циклонах охлаждается; водяной пар конденсируется, образуются облака и выпадают осадки. Поэтому для циклонов характерна пасмурная с осадками погода. • С момента возникновения и до стадии наибольшего развития циклона давление в его центре понижается: • Горизонтальный градиент давления ( Скорость падения давления на единицу расстояния) возрастает и ветры усиливаются, нередко до штормовых. Осадки выпадают наиболее интенсивно. Затем циклон ослабевает и заполняется, т. е. давление в его центре растет, ветры ослабевают, осадки уменьшаются и постепенно прекращаются. В центре циклонов, располагающихся над Европой, давление составляет часто 990— 1000 гПа. Изредка оно понижается до 940—950 гПА. В таких циклонах ветер достигает разрушительной силы. Циклон - это атмосферный вихрь большого масштаба с низким давлением в центре. По своему происхождению вихри разделяются на две основные группы: тропические (ураганы, тайфуны) и циклоны умеренных широт. Циклоны умеренных широт имеют диаметр порядка 2-3 тыс.км и более. Циклоны, как правило, приносят с собой сложные погодные условия – облачность, осадки, усиление ветра, нередко сезонные явления: грозы, туманы, метели, гололед и пр. Это связано с особенностями распределения давления и фронтальным характером циркуляции воздуха. Тропические циклоны Тропические циклоны- над океаном в приэкваториальной области примерно между 10 – 15° N и S широт. Диаметры этих гигантских вихрей - несколько сотен километров, а высота – от 5 до 15 км. В умеренные широты тропические циклоны выходят в период с конца июня по начало октября, а наиболее активны в августе-октябре. Кинетическая энергия среднего по размерам циклона сравнима с энергией взрыва нескольких мощных водородных бомб и составляет около 10 % всей кинетической энергии северного полушария. Тропические циклоны, достигшие значительной интенсивности, в каждом районе имеют свое название. В восточной части Тихого океана и в Атлантике их называют ураганами (от испанского слова «ураган» или английского «харикейн»), в странах полуострова Индостан – циклонами или штормами, на Антициклоны • Между циклонами возникают и развиваются подвижные антициклоны. • Их размеры и скорости движения примерно такие же; но в поздней стадии развития антициклоны еще чаще, чем циклоны, принимают малоподвижное состояние и могут сохраняться в нем по много дней. • Направление движения также в основном определяется направлением ведущего потока. • Однако, в отличие от циклонов, в перемещении антициклонов преобладает составляющая, направленная к низким широтам. • Поэтому происходит накопление антициклонов в субтропических и тропических широтах, отражающееся на климатологических картах (субтропические зоны высокого давления). • Зимой также происходит преимущественное развитие, накопление и усиление антициклонов над охлажденными материками умеренных широт, особенно над Азией. В системе антициклона воздух у поверхности земли растекается от центра к периферии. Одновременно на высотах идет приток воздуха от периферии к центру. Если количество втекающего на высотах воздуха больше вытекающего в нижнем слое, то давление воздуха растет, и антициклон усиливается. Нисходящие движения воздуха в развивающихся антициклонах приводят к адиабатическому нагреванию его. В результате водяной пар удаляется от состояния насыщения, и облака рассеиваются. Поэтому в антициклонах преобладает малооблачная погода Антициклонами называют огромные воздушные вихри, в которых частицы воздуха в северном полушарии перемещаются по часовой стрелке, в южном – против. Атмосферное давление в антициклонах распределяется так, что в центре вихря оно является максимальным. В зависимости от географического района зарождения различают внетропические и субтропические антициклоны. Возникновение и развитие антициклонов тесно связано с развитием циклонов. Практически это единый процесс: в одном районе создается дефицит массы, а в соседнем - избыток. Антициклоны занимают площади, сравнимые с размером материков, над которыми они лучше развиты зимой, над океанами – летом. В среднем повторяемость антициклонов в 2.5 – 3 раза меньше, чем циклонов. В каждом антициклоне погода существенно меняется в различных секторах. На окраинах антициклонов наблюдаются условия погоды, в общих чертах сходные В антициклонах фронты могут быть только на окраинах с условиями погоды в примыкающих секторах соседних циклонов. • В антициклонах с момента образования и до максимального их усиления давление растет, а с момента старения падает, и антициклон разрушается. • В этот период давление воздуха в их центре начинает понижаться, ветры ослабевают, нередко появляется облачность и местами даже выпадают осадки. • В центре развивающихся антициклонов давление часто достигает 1030— 1040 гПа а в отдельных случаях превышает 1060 гПа. Такие антициклоны нередки зимой над Сибирью. Скорости перемещения циклонов и антициклонов • В начальной стадии развития низкие циклоны и антициклоны перемещаются со скоростью около 40—50 км/ч, в соответствии со скоростью ведущего потока. • В отдельных случаях скорость перемещения достигает 100 км/ч. В поздней стадии, когда циклоны и антициклоны превращаются в высокие барические образования, скорость их перемещения резко падает, и они становятся малоподвижными. • При этом центр их часто описывает неправильную петлеобразную траекторию. • Циклон и антициклон проходит обычно три стадии: возникновение, развитие и старение. • Продолжительность каждой колеблется от нескольких часов до нескольких суток. • Если же условия циркуляции не способствуют развитию циклона и антициклона, они не проходят всех стадий и быстро исчезают. • Условия для возникновения и развития циклонов и антициклонов: изменчивость, или, как обычно говорят, нестационарность воздушных течений, которая возникает под влиянием многих факторов. Главный среди них — изменение горизонтального градиента температуры и давления, неоднородность поверхности земли, сила трения и др. Размещение барических центров каждый день меняется, меняя погоду Разные части циклонов и антициклонов имеют разный тип погоды, которая меняется по мере их прохождения через географический район Там, где долго сохраняются однотипные особенности циркуляции, формируются ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ Воздушные массы (ВМ)- большие области тропосферы, воздух в которых почти однороден по температуре • • Воздушные массы формируются там где воздух долго (неделю и более) задерживается над однородной подстилающей поверхностью (чаще это антициклонические условия). Воздух воздушных масс приобретает свойства, характерные для региона, где формируется ВМ • ВМ формируются в таких районах (очагах) с однородной подстилающей поверхностью, где по условиям общей циркуляции атмосферы воздух пребывает достаточно долго Он приобретает свойства ПП, и потом долго сохраняет их при перемещении по Земле 4 типа ВМ: Арктические Полярные Тропические Экваториальные В зависимости от приходящей воздушной массы будет различная погода ВМ бывают теплыми или холодными, а также влажными или сухими Именно ВМ формируют устойчивые черты погоды • • • • Если ВМ движется от более теплой (холодной) ПП в сторону более холодной (теплой), она называется теплой (холодной) Аналогично определяются и понятия «влажной» и «сухой» ВМ Перемещаясь на другой ПП воздушные массы испытывают трансформацию, т.е. их свойства изменяются при прогреве или увлажнении от ПП. Приходя в определенный район, ВМ приносит туда и свои свойства, которые трансформируясь, формируют погоду данной ВМ в этом районе. Типы воздушных масс Границы раздела воздушных масс хорошо видны на метеорологических картах. Их называют фронтальными зонами или фронтами Фронты – линии раздела воздушных масс холодный теплый стационарный Атмосферный фронт С обеих сторон от поверхности фронта давление одинаково. Но при переходе из одной воздушной массы в другую, с другими температурами и скоростями, изобарические поверхности меняют свое направление, «ломаются». Это значит, что на поверхности фронта испытывают разрыв барические градиенты. • Из рис. видно, что, пересекая поверхности фронта, изобарические поверхности прогибаются, принимая вид желобов, открытых вверх. Это распределение давления представляет собой ложбину в барическом поле — явную (случай /) или замаскированную (случаи // ). Фронт и изобарические поверхности в вертикальном разрезе: а —ложбина, б—замаскированная ложбина • Выделяют следующие фронты в зависимости от направления перемещения ВМ • теплые – к ХВМ • холодные к ТВМ (1 и 2 рода) • окклюзии • стационарные Холодный фронт: - это поверхность, разделяющая тёплую и холодную воздушную массы, перемещается в сторону тёплого воздуха. • Холодный воздух наступает и оттесняет тёплый воздух: наблюдается адвекция холода, за холодным фронтом в данный регион приходит холодная ВМ Различают два вида холодных фронтов: • холодный фронт первого рода, когда холодный воздух наступает медленно, • холодный фронт второго родабыстрое вторжение холодного воздуха. Н Холодный фронт первого рода • Медленно движущийся или замедляющийся холодный фронт. • В холодном фронте первого рода холодный воздух оттесняет тёплый воздух вверх. • Подъём теплого воздуха приводит к появлению слоисто-дождевых (Ns), а заканчивается перисто-слоистыми и перистыми (Cs-Ci). • высоко-слоистые — слоисто-дождевые (As—Ns) • Летом хф 1 рода движется быстрее чем зимой и поэтому перед фронтом образуются кучево-дождевые облака, с ливнями и грозами. • После прохождения фронта давление растёт, а температура воздуха понижается. Ветер усиливается и становится порывистым, за фронтом его направление обычно меняется. Холодный фронт первого рода в вертикальном разрезе. • Облачность его состоит в основном из системы высокослоистых и слоисто-дождевых облаков , близкой по характеру к облакам теплого фронта. • В ее передней части облака, однако, приближаются по характеру к кучево-дождевым. • Осадки вначале ливневые, затем переходят в обложные; ширина зоны осадков меньше, чем у теплого фронта, вследствие более крутого наклона фронтальной поверхности. Изменение метеорологических элементов при прохождении холодного фронта в Москве 1-2 мая Холодный фронт второго рода • Быстро движущийся или ускоряющийся холодный фронт, поверхность которого в нижних слоях является пассивной поверхностью восходящего скольжения, а выше — активной поверхностью нисходящего скольжения. • Облачность такого фронта сводится к валу кучево-дождевых облаков перед фронтом со шквалами, ливневыми осадками и грозами. За линией фронта быстро наступает прояснение. Холодный фронт второго рода в вертикальном разрезе. Теплый фронт • перемещается в сторону более холодного воздуха (наблюдается заток тепла). • За тёплым фронтом в данный регион приходит тёплая ВМ. • Т. Ф. обычно является фронтом восходящего скольжения; в теплом воздухе, поднимающемся над фронтальной поверхностью, возникает характерная система облаков высокослоистых — слоисто-дождевых (As—Ns) с зоной обложных осадков, выпадающих перед линией фронта, шириной 300—400 км. • Выше системы слоисто-дождевых возникают перистые и перисто-слоистые облака (Ci, Cs), а под нею в холодном воздухе — разорванно-дождевые (Frnb). • Перед Т. Ф. наблюдается область отрицательных барических тенденций. Нередки предфронтальные туманы, в основном связанные с насыщением воздуха испаряющимися осадками. • В молодом циклоне Т. Ф. находится в передней его части. Теплый фронт в вертикальном разрезе. Технологическая линия прогноза погоды Достигнутое качество прогноза термобарических полей (ГМЦ РФ) Заблаговременность Оправдываемость, % 1 сутки (барическое поле) 90-95 2 суток (барическое поле) 85-90 1 неделя(барическое поле) Около 80 1 месяц (аномалии температуры) 65-70 Вулкан Шивелуч произвел очередной выброс пепла • Камчатский гигант Шивелуч в очередной раз проявил активность: в воскресенье, 6 апреля, Камчатский филиал геофизической службы РАН зарегистрировал шестикилометровый столб пепла, извергнутый из жерла гиганта. Пепельный шлейф распространился в направлении залива Озерной, который находится к северо-востоку от вулкана. Траектория движения облака вулканического пепла не пролегает через населенные пункты Усть-Камчатского муниципального района. Опасность пеплопадов в них практически исключена. • Объектам авиации, однако, рекомендуется воздержаться от полетов в окрестностях вулкана — в регионе объявлен «оранжевый» уровень авиационной опасности. http://www.gismeteo.ru/news/klimat Вулкан Шивелуч • - самый северный действующий вулкан Камчатки - расположен в северной части центральной Камчатской депрессии. Диаметр его основания 45-50 км, площадь не менее 1300 км2. Абсолютная высота 3283 м (главная вершина), высшая точка действующего аппарата (Молодой Шивелуч) 2800 м. Это одно из крупнейших вулканических сооружений Камчатки. Волгоград30 марта 18:11 В выходные характер погоды в Волгограде резко изменился. После 20-градусного весеннего тепла всю субботу шел снег, а в ночь на воскресенье разыгралась настоящая снежная буря. Сильная метель с видимостью 300 метров и ветром до 20 м/с не прекращается уже 12 часов. В городе намело 15сантиметровые сугробы. На улицы вышла снегоуборочная техника. Дневная температура резко понизилась до −2. В ночь на понедельник снежный буран прекратится, однако похолодание усилится. По области ожидается до −8. Погода СПб • Количество осадков, мм •Температура ночью Температура днём Восход 07:07 7 Апреля 2014 СПБ утром +1…+2 ночью −1…+1 облачно с прояснениями малооблачно 759 758 97% 79% Заход 20:56
