 |
Программа наблюдений на метеорологических станциях
|
|
|
|
На наземных метеорологических станциях во всем мире проводятся одновременные (синхронные) наблюдения через каждые трех часа по единому - Гринвичскому времени (времени нулевого пояса). Результаты наблюдений за эти сроки немедленно передаются по телефону, телеграфу или по радио в органы службы погоды. Там по ним составляются синоптические карты и другие материалы, которые служат для прогноза погоды.
На метеорологических станциях основного типа регистрируются следующие метеорологические элементы:
- температура воздуха на высоте 2 м над земной поверхностью в психрометрической будке;
- атмосферное давление в помещении метеостанции;
- влажность воздуха - упругость водяного пара в воздухе и относительная влажность в психрометрической будке;
- ветер - горизонтальное движение воздуха на высоте 10-12 м над земной поверхностью. Измеряется его скорость и определяется направление, откуда он дует;
- облачность - степень покрытия неба облаками, типы облаков по международной классификации, высота нижней границы облаков, ближайших к земной поверхности, скорость и направление движения облаков;
- количество осадков, что выпали из облаков, их типы (дождь, туман, снег и др.);
- наличие и интенсивность разных осадков, которые образуются на земной поверхности и на предметах (росы, инея, гололедицы и др.), а также тумана;
- горизонтальная видимость - расстояние, на котором, вследствие мутности атмосферы, перестают различаться очертания предметов;
- продолжительность солнечного сияния;
- температура на поверхности грунта и на нескольких глубинах в грунте;
- состояние поверхности грунта;
- высота и плотность снежного покрова;
- на некоторых станциях - испарение воды с водных поверхностей или с почвы;
- регистрируются также метели, шквалы, смерчи, мглу, пыльные бурые, грозы, тихие электрические разряды, полярные сияния и некоторые оптические явления в атмосфере (радуга, кольца и венцы вокруг дисков светил, миражи).
На береговых метеорологических станциях проводятся также наблюдение за температурой воды и волнением водной поверхности. Программа наблюдений на судах отличается в деталях от наблюдений на сухопутных станциях. На большом числе дополнительных станций (постов) проводятся наблюдение только над осадками и снежным покровом, так как для лучшего выяснения распределения этих элементов нужна более густая сеть наблюдений. В программу работы станций, которые имеют определенный производственный профиль, например сельскохозяйственных, транспортных, авиационных, включаются особые дополнительные наблюдения.
|
|
|
Не все метеорологические элементы наблюдаются в каждый срок наблюдений. Например, количество осадков измеряется четыре раза в сутки, высота снежного покрова - один раз в сутки, плотность снега - один раз в пять дней и т. д.
В программу наблюдений обсерваторий и отдельных станций входят еще актинометрические наблюдения над солнечной радиацией, земным излучением, отражающей способностью (альбедо) поверхности земли и воды; уточненные наблюдения над температурой и влажностью воздуха на разных высотах в приземном слое воздуха (градиентные наблюдения); измерения содержащихся в воздухе пыли, химических примесей, радиоактивных продуктов и др.; атмосферно-электрические наблюдения за ионизацией воздуха, то есть за содержанием в нем электрически заряженных частиц, и за изменениями электрического поля атмосферы.
11- Наблюдение и эксперимент в метеорологии
1. Фактические сведения об атмосфере, погоде и климате получают из наблюдений. Анализ результатов наблюдений служит в метеорологии и климатологии для выяснения причинных связей в изучаемых явлениях.
|
|
|
В общей физике основным методом исследования является эксперимент. Экспериментируя, исследователь вмешивается в ход физических процессов, меняет условия, в которых они протекают, вводит одни факторы и исключает другие с целью выяснения причинных связей в явлениях. Но атмосферные явления крупного масштаба, такие, как общая циркуляция атмосферы или теплооборот на больших пространствах, еще не могут быть существенно изменены в результате деятельности человека. Даже энергия термоядерных взрывов невелика по сравнению с энергией процессов циркуляции атмосферы, поскольку взрывы при большой их мощности весьма кратковременны. Изменения в физическом состоянии атмосферы, которые создаются термоядерными взрывами, оказываются ограниченными по распространению их влияния и недолговременными (речь идет о физических процессах, а не о заражении атмосферы радиоактивными продуктами распада). Поэтому метеорология, как и другие геофизические науки, должна прибегать к наблюдениям, т. е. к измерениям и качественным оценкам процессов, протекающих в природной обстановке. Непрерывно наблюдая за атмосферными процессами, человек является зрителем и регистратором тех грандиозных опытов, которые ставит сама природа, без его участия.
2. В ограниченных пределах в метеорологии применяется и эксперимент. К числу метеорологических экспериментов относятся, например, опыты осаждения облаков и рассеяния туманов путем различных физико-химических воздействий на них. Такие опыты преследуют практические цели, но они позволяют также глубже разобраться в природе явления. Насаждение лесных полос, создание водохранилищ, орошение местности и т. п. вносят некоторые изменения в состояние приземного слоя воздуха. Тем самым и они в некоторой степени являются средствами метеорологического (точнее, климатологического) эксперимента.
Применяется и моделирование некоторых атмосферных процессов в лаборатории, т. е. воспроизведение их в малом масштабе и при упрощенных условиях. Так, например, моделируется даже общая циркуляция атмосферы. Возможности такого метода исследования также ограничены.
|
|
|
12-Распределение температуры с высотой
Мы встречаемся в атмосфере как с падением, так и с ростом температуры по вертикали. В нижней части атмосферы — в тропосфере — возможно и то, и другое. Однако падение температуры с высотой в тропосфере преобладает, и в среднем вертикальный градиент температуры в тропосфере 0,5-0,6° 1100 м. При этом в нижних 4 км он ближе к 0,5°/100 м, а в полярных областях и зимой в средних широтах даже уменьшается до 0,1-0,4°/100 м. В верхней части тропосферы он возрастает до 0,7- 0,8°/100 м.
Затем обнаруживается переходный слой тропопаузы,где вертикальный градиент убывает до 0,1-0,2°/100 м.В высоких широтах тропопауза лежит (в среднем) на высоте 8-10 км,в средних широтах — на высоте 10-12 км,а вблизи экватора — выше 16 км.
Еще выше, над тропопаузой, мы переходим к стратосфере, где падение температуры с высотой сменяется повышением; вертикальные градиенты температуры здесь отрицательны, однако малы по абсолютной величине. В первом приближении нижнюю стратосферу можно считать даже изотермическим слоем, в котором температура с высотой не меняется.
Высота тропопаузы в средних и высоких широтах меняется в годовом ходе. Так, в Санкт-Петербурге тропопауза в среднем начинается летом на высоте 10,7 км, а зимой – на высоте 9,6 км.
Вследствие того, что тропосферное падение температуры в тропиках распространяется до больших высот, температура на уровне тропопаузы и над ним в тропиках очень низка: круглый год от -70 до -80°, а в отдельных случаях ниже -90°. В умеренных широтах температура нижней стратосферы значительно выше (порядка -55°) и с небольшим годовым ходом (рис. 7).
В полярных областях температура тропопаузы летом еще выше, чем в умеренных широтах, особенно в Арктике (-45°). Над тропопаузой, в нижней стратосфере, она повышается даже до -35° как в Арктике, так и в Антарктике. Это значит, что летом полярная стратосфера намного теплее, чем стратосфера тропическая. Но зимой тропопауза над Арктикой имеет температуру порядка -60° и над Антарктикой около -70°. В нижней стратосфере температура еще ниже: до -70° в Арктике и до -80° (а в отдельных случаях до -90°) в Антарктике. Это значит, что зимой стратосфера над полярными областями почти так же холодна, как и над тропиками.
|
|
|
Итак, в тропиках стратосфера холодна круглый год, в полярных областях — только зимой. Это очень важное различие нам придется вспомнить, когда мы будем объяснять особенности общей циркуляции атмосферы.
Высота тропопаузы и температура на уровне тропопаузы и в нижней стратосфере меняются не только в годовом ходе, но и день ото дня. Иногда за сутки высота тропопаузы меняется на 3 кмили больше, а температура на уровне тропопаузы — на 10-20°. Эти изменения высоты и температуры тропопаузы связаны с прохождением областей низкого и высокого атмосферного давления — циклонов и антициклонов. В циклонах тропопауза снижается, и температура ее повышается; в антициклонах она приподнимается, а температура ее понижается.
Распределение температуры внутри самого слоя тропопаузы может представлять собой непрерывный переход от положительных тропосферных градиентов температуры к отрицательным стратосферным. Но в других случаях в слое тропопаузы может наблюдаться резкая инверсия температуры, т.е. скачкообразный рост температуры с высотой. Над тропопаузой, в стратосфере, температура обычно растет, как об этом сказано выше, однако, не всегда. Если тропопауза низко опущена, и температура на ее уровне высока (как бывает в глубоких циклонах), то и в стратосфере продолжается падение температуры, хотя и медленное в сравнении с тропосферным.
Бывает, что в высоких широтах Арктики и Антарктики зимой тропопаузу нельзя обнаружить вовсе: тропосферное падение температуры постепенно переходит в замедленное стратосферное падение, продолжающееся до больших высот.
Нередко над одним и тем же местом в одно и то же время наблюдаются две тропопаузы или более, одна над другой. Выше говорилось, что тропопауза не есть непрерывная поверхность, охватывающая весь Земной шар, и что в субтропических широтах постоянно обнаруживаются разрывы тропопаузы. При этом над одним и тем же пунктом может одновременно наблюдаться низкая полярная и высокая тропическая тропопауза. Но также и в более высоких широтах тропопауза часто размывается и возникает на новом уровне в связи с динамическими процессами в атмосфере. При этом над отдельными участками земной поверхности также может наблюдаться двойная или многослойная тропопауза.
|
|
|
