Предмет и методы метеорологии.

Атмосфера, погода. Метеорология.

ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ.

ЛЕКЦИЯ 1.

План:

1. Атмосфера, погода. Метеорология.

2. Методы метеорологии. Особенности атмосферных процессов.

Атмосфера(от. греч. ατμός — «пар» и σφαῖρα — «сфера») — газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией.

Наука, изучающая и объясняющая физические явления и процессы, происходящие в атмосфере при взаимодействии ее с поверхностью почвы, воды, растительности и т. д. («подстилающая поверхность»), называется метеорологией или физика атмосферы. Одной из прикладных родственных наук является авиационная метеорология. Это прикладная научная дисциплина, занимающаяся изучением влияния метеорологических факторов на безопасность, регулярность и экономическую эффективность полётов самолётов и вертолётов, а также разрабатывающая теоретические основы и практические приёмы их метеорологического обеспечения. Образно говоря, авиационная метеорология начинается с выбора местоположения аэропорта, определения направления и требуемой длины взлётно-посадочной полосы на аэродроме и последовательно, шаг за шагом, исследует целый комплекс вопросов о состоянии воздушной среды, определяющем условия полётов. При этом значительное внимание она уделяет и вопросам чисто прикладным, таким, как составление расписания полётов, которое должно оптимальным образом учитывать состояние погоды, или содержание и форма передачи на борт заходящего на посадку самолёта информации о характеристиках приземного слоя воздуха, имеющих решающее значение для безопасности приземления самолёта.

Предметом исследования метеорологии являются :

1. физические, химические процессы в атмосфере

2. состав атмосферы

3. строение атмосферы

4. тепловой режим атмосферы

5. влагообмен в атмосфере

6. общая циркуляция атмосферы

7. электрические поля

8. оптические и акустические явления.

9. циклоны

10. антициклоны

11. ветра

12. фронты

13. климат

14. погода

15. облака

Для исследования атмосферы применяются прямые и косвенные методы. К прямым методам относятся, например, метеорологические наблюдения, радиозондирование атмосферы, радиолокационные наблюдения. Используются метеорологические ракеты и искусственные спутники Земли, снабженные специальной аппаратурой.

Кроме прямых методов, ценную информацию о состоянии высоких слоев атмосферы дают косвенные методы, основанные на изучении геофизических явлений, происходящих в высоких слоях атмосферы.

Проводятся лабораторные эксперименты и математическое моделирование (система формул и уравнений, позволяющих получать числовую и графическую информацию о состоянии атмосферы).

Методы исследований с течением времени претерпевали существенные изменения. На первых этапах преобладали визуальные наблюдения и эпизодические измерения отдельных величин у поверхности земли. Начиная с 18 века на сети метеорологических станций стали проводиться систематические визуальные наблюдения и измерения с помощью однотипных приборов. Внедрение в практику синоптических карт (синоптический метод) во второй половине 19 века позволило перейти к изучению процессов и явлений большого географического масштаба, а так же составить представление о влиянии физико-географических условий на эти процессы. В 20 веке получили широкое развитие методы исследования с помощью радиозондов, самолетов, аэростатов, ракет, искусственных спутников Земли и т.п.

Основным методом исследования, применяемым в метеорологии, является наблюдение. Метеорологические наблюдения заключаются в количественном определении значений метеорологических элементов и оценке качественных характеристик атмосферных явлений.

С качественной и количественной стороны физическое состояние атмосферы и процессы, совершающиеся в ней, выражаются при помощи так называемых метеорологических величин и явлений. Наиболее важными для жизни и хозяйственной деятельности человека являются следующие величины: температура и влажность почвы, давление воздуха, температура и влажность воздуха, облачность, осадки, ветер. Часто их называются элементами погоды. Они находятся между собой в тесной взаимной связи и всегда действуют совместно, проявляясь в весьма сложных и изменчивых сочетаниях.

Состояние атмосферы над данной территорией и за данное время, определяемое физическими процессами, совершающимися в ней при взаимодействии с подстилающей поверхностью, называетсяпогодой.

3.Метеорологическая сеть, метеорологическая служба. Всемирная метеорологическая организация (ВМО), Всемирная служба погоды: наземная и космическая система наблюдений, глобальная система связи, глобальная система обработки данных

Метеорологическая сеть-совокупность метеорологических станций, ведущих наблюдения по единой программе и в строго установленные сроки для изучения погоды, климата и решения др. прикладных и научных задач. В каждой стране основная государственная метеорологическая сеть входит, как правило, в состав метеорологической службы (в Казахстане - Казгидромет). Кроме метеорологических станций, в государственную метеослужбу. входят специализированные станции (аэрологические, актинометрические, агрометеорологические, на морских судах и др.). Всего на территории СНГ около 4000 станций и около 7500 наблюдательных постов.

Глобальный характер атмосферной циркуляции обусловил необходимость международной координации, как результатов наблюдений, так и результатов обработки измерений — анализов и прогнозов погоды, составленных метеорологическими центрами мира.

Международную Координацию деятельности национальных метеорологических служб осуществляет Всемирная метеорологическая организация (ВМО), которая поддерживает функционирование Всемирной службы погоды (ВСП), состоящей из национальных метеорологических или гидрометеорологических служб. ВМО имеет шесть региональных ассоциаций по географическим районам, которые координируют деятельность членов организации в пределах своих географических районов, куда входят Африка, Азия, Южная Америка, Северная и Центральная Америка, Юго-Запад Тихого океана, Европа.

Основная практическая деятельность ВМО выполняется 8-ю техническими комиссиями: по авиационной метеорологии, атмосферным наукам, гидрологии, климатологии, морской метеорологии, основным системам, приборам и методам наблюдений, сельскохозяйственной метеорологии. Штаб-квартира ВМО находится в Швейцарии в Женеве. Бюджет ВМО состоит из взносов Членов Организации, пропорционально размерам национального дохода каждой страны.

Метеорологические службы разных стран мира, оставаясь национальными по структуре и задачам, решаемым в пределах своей страны, работают по международным стандартам в соответствии с рекомендациями ВМО.

Метеорологические службы участвуют в реализации международных программ, например, Всемирной климатической программе, Всемирной программе применения знаний о климате, программах "Метеорология и освоение океанов", "Сельскохозяйственная метеорология", "Гидрология и водные ресурсы" и другими.

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. В Казахстане это РГП Казгидромет.

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

По своей территориальной принадлежности Республика Казахстан входит в Региональную ассоциацию II (Азия) и Региональную ассоциацию VI (Европа).

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

На сегодняшний день наблюдательная сеть «Казгидромет» состоит из 287 метеорологических станций. «По данным нашей науки, на территории Казахстана должна существовать минимально - 421 метеорологическая станция. В Казахстане существует 18 авиационных метеорологических станций принадлежащих «Казаэросервису» и авиационный метеорологический центр в Алматы.

1. АМЦ Алматы UAAA

2. АМСГ Астана UACC

3. АМСГ Актау UATE

4. АМСГ Актобе UATT

5. АМСГ Атырау UATG

6. АМСГ Балхаш UASA

7. АМСГ Караганда UAKK

8. АМСГ Кокшетау UASK

9. АМСГ Костанай UAUU

10. АМСГ Кызылорда UAOO

11. АМСГ Павлодар UASP

12. АМСГ Петропавловск UACP

13. АМСГ Семимпалатинск UASS

14. АМСГ Талдыкорган UATT

15. АМСГ Тараз UADD

16. АМСГ Уральск UARR

17. АМСГ Усть-Каменогорск UASK

18. АМСГ Шымкент UAII

Всемирная Служба погоды включает в себя три составляющие: глобальную систему наблюдений, глобальную систему телесвязи и глобальную систему обработки данных.

Глобальная система наблюдений — это наземные и космические наблюдения.Наземные наблюдения за атмосферой — это все наблюдения, проводящиеся с поверхности Земли или в толще атмосферы. На суше такие измерения ведутся на метеорологических станциях. Станции, передающие результаты измерений в каналы связи сразу же после наблюдений за погодой, называются синоптическими. По данным ВМО, в 1997 — 1998 гг. на земном шаре работали 9929 синоптических станций. В океанах метеорологические наблюдения проводятся на коммерческих и научно-исследовательских судах, дрейфующих и заякоренных буях. Россия имеет флот-исследовательских судов. Наиболее крупные из них «Академик Курчатов», «Академик Королев», «Академик Книпович», «Сергей Вавилов», «Михаил Ломоносов» и многие др., водоизмещение которых достигает 7000 т и более. И. с. часто называют экспедиционными судами. По данным ВМО, в 1997 — 1998 гг. работали 6759 судовых станций. В свободной атмосфере измерения ведутся с помощью радиозондов, метеорологических приборов, устанавливаемых на коммерческих самолетах, а также с помощью метеорологических радиолокаторов. На земном шаре насчитывается 600 метеорологических радиолокаторов и 991 пункт радиозондирования атмосферы. Каждый такой пункт дает сведения о температуре, давлении, влажности воздуха и ветре от поверхности Земли до высоты 20 — 30 км. С помощью приборов, установленных на самолетах, измеряются температура и ветер, а с помощью метеорологических радиолокаторов ведутся наблюдения за облачностью и осадками. Чтобы пополнить информацию, поступающую с сети наземных наблюдений, с 50-х гг. XX в. стали разрабатывать методы метеорологических наблюдений из космоса.

Искусственные спутники Земли позволили проводить метеорологические наблюдения и измерения равномерно над всей планетой. В настоящее время метеорологические наблюдения ведутся со спутников, совершающих движение по околополярным и экваториальным орбитам. Со спутника, находящегося на круговой околополярной орбите, производится последовательный обзор всего земного шара. Высота круговой орбиты и угол ее наклона к плоскости экватора для околополярных спутников подбираются так, чтобы над каждой точкой земного шара измерения проводились, по крайней мере, два раза в сутки. Полярно-орбитальные спутники находятся обычно на высоте около 1000 км.

Экваториальная круговая орбита с высотой около 36 000 км, по которой спутник движется со скоростью, равной угловой скорости вращения Земли, называется геостационарной. Спутник, совершающий полет по такой орбите, как бы висит над одной заранее выбранной точкой земного шара, расположенной на экваторе. Такой неподвижный относительно Земли спутник называется геостационарным. Его преимущество состоит в том, что в течение короткого промежутка времени (порядка 20 мин) производится обзор очень большой территории: 120° по долготе и 120° по широте. Пяти-шести геостационарных спутников достаточно для того, чтобы получать синхронные измерения в широтном поясе от 60° с. ш. до 60° ю.ш. каждые 30 мин. Метеорологические спутники, которые находятся на полярных и геостационарных орбитах и эксплуатируются разными странами, составляют космическую подсистему наблюдений. В настоящее время на оперативной основе по измерениям со спутников оцениваются важнейшие параметры состояния атмосферы — температура и влажность воздуха, облачность, ветер на нескольких уровнях.

Глобальная система обработки данных состоит из трех действующих Мировых метеорологических центров (ММЦ), находящихся в Москве, Вашингтоне и Мельбурне, свыше 30 Региональных метеорологических центров (РМЦ) и более 120 Национальных метеорологических центров (НМЦ).

Все эти центры оснащены современными ЭВМ, с помощью которых осуществляется контроль, обработка и анализ всей метеорологической информации два раза в сутки для стандартных уровней атмосферы от земной поверхности до высоты 30 км. Четыре раза в сутки составляются прогностические карты. Вся система обработки метеоинформации рассчитана на использование оптимально полной информации, обрабатываемой с максимально возможной быстротой и доступной всем ее потребителям.

Глобальная система телесвязи выполняет две основные функции: передает измерения в национальные, региональные и мировые метеорологические центры, где производится их анализ и составляются прогнозы, и распространяет глобальные и региональные анализы и прогнозы из ведущих метеорологических центров по всему миру, с тем, чтобы этой информацией могли пользоваться небольшие метеорологические центры, бюро погоды, авиационные метеорологические станции, которые не в состоянии по своему техническому оснащению готовить такую продукцию.