Облака и осадки

 Между средней мощностью  отражённых сигналов и интенсивностью  осадков установлены эмпирические  соотношения, на основании которых  определяют распределение интенсивности  и количества выпадающих осадков  на площади радиолокационного  обзора. Более высокая точность  измерения интенсивности осадков  и водности облаков достигается  при измерении ослабления радиоволн.  Для определения ослабления радиоволн  используют двухволновые  радиолокаторы.  Если λ сравнима с размером  частицы, закон рассеяния существенно  отличается от рэлеевского, и  при известной частотной зависимости  ослабления радиоволн измерения  отражённых сигналов на нескольких  длинах волн позволяют оценить  размеры частиц осадков. Для  несферических частиц вероятность  рассеяния зависит от их формы  и ориентации. По степени деполяризации  отражённых сигналов можно судить  о форме частиц облаков и  осадков и, следовательно, об  их агрегатном состоянии. Движение  рассеивателей приводит к смещению  частоты отражённых сигналов  вследствие эффекта Доплера. Измерение  доплеровского смещения частоты,  а также др. параметров спектра  радиолокационных сигналов, отражённых  от облаков и осадков, крупных  частиц аэрозоля, искусственных  рассеивателей, позволяет исследовать  структуру различных движений  в атмосфере (ветер, турбулентность, упорядоченные вертикальные потоки). С помощью высокочувствительных  радиолокационных станций обнаруживаются  области повышенных градиентов  показателя преломления, связанные  с образованием устойчивых слоев  в приземном и пограничном  слоях атмосферы, а также с  зонами интенсивной турбулентности  при «ясном» небе на высотах  до 10—15 км. Интенсивность турбулентности в «ясном» небе оценивается по величине отражённых сигналов, а также по ширине их спектра, обусловленного доплеровским смещением.        

 Благодаря применению  Р. в м. оперативные данные  о ветре на различных высотах  получают при любых условиях  погоды. Скорость и направление  ветра вычисляются по измеренным  координатам радиопилота. Определение  ветра часто производится одновременно  с измерением температуры, давления, влажности и др. параметров атмосферы,  поэтому созданы радиолокационные  станции для комплексного зондирования  атмосферы, которые позволяют  определять координаты радиозонда  по сигналам его передатчика-ответчика  и принимать телеметрическую  информацию о метеорологических  элементах

 

5. Спутниковая информация

Запуск первого искусственного спутника Земли, осуществленный Советским  Союзом в 1957 г., открыл новую эру в  исследовании космического пространства и атмосферы Земли.

Советский космический корабль  «Зонд-5» в 1969 г. впервые в мире сфотографировал всю видимую  часть Земли с расстояния около 90 ООО км.

В России первый метеорологический  спутник «Космос-122» был запущен 25 июня 1966 г. Уже первые фотографии облачных систем, полученные со спутников, показали всю ценность их для использования  в анализе и прогнозе погоды.

С апреля 1967 г. началось планомерное  функционирование созданной в Советском  Союзе экспериментальной метеорологической  космической системы «Метеор». Эта  система включает находящиеся на орбитах метеорологические спутники (один или два) и наземные пункты приема, обработки и распространения  поступающей от спутников информации.

На спутниках «Метеор» осуществляется покадровая съемка облачности двумя телекамерами справа и слева  от орбиты. Ширина полосы фотографирования около 1000 км. Пространственное разрешение фотографий 1,25×1,25 км2. Метеорологическая  информация на приемных пунктах регистрируется на фотопленку.

На спутниках установлена  телевизионная, инфракрасная и АК-тинометрическая  аппаратура. Служебное оборудование спутников включает:

1) запоминающие устройства  и приборы, осуществляющие передачу  наблюдений на Землю;

2) средства управления  и контроля;

3) приборы радионаблюдения  и измерения параметров спутника;

4) устройства, осуществляющие  привязку спутниковых данных  по времени.

Программа наблюдений с метеорологических  спутников предусматривает получение  изображений облачности (снежного покрова, ледяных полей) на освещенной и теневой  сторонах земного шара, а также  количественных данных об отраженной и излученной радиации и об эффективной  радиационной температуре земной поверхности  и облаков.

Для фотографирования облачности на спутниках устанавливается телевизионная (ТВ) и инфракрасная (ИК) аппаратура; для измерения уходящей радиации применяется актинометрическая (АК) аппаратура.

Эта научная аппаратура может  включаться с помощью специальной  бортовой программы или по команде  с Земли. Результаты наблюдений хранятся в бортовых запоминающих устройствах. Пролетая над пунктом приема, спутник  передает в ускоренном темпе накопленную  информацию на Землю. Здесь в приемных пунктах

ТВ- и ИК-информация регистрируется одновременно на магнитной ленте и на фотопленке, АК-информация на магнитной ленте.

С приемных пунктов вся  спутниковая информация направляется в Гидрометцентр России (г. Москва), где в специальном отделе анализа  спутниковых данных она проходит полную обработку и подготовку к  распространению.

Для трансформирования и  географической привязки ТВ-изображений  используется специальная электронная  аппаратура.

После дешифрирования облачных изображений изготовляется схематическая  карта облачности — нефанализ.

Обработка данных АК-измерений  производится на ЭВМ. Программой обработки  предусмотрена привязка результатов  измерений ко времени и географическим координатам, пересчет измерений в  физические величины.

Результаты обработки  оформляются в виде цифровых карт радиационной температуры, на которые  автоматически наносится сетка  географических координат.

Подготовленные для распространения  данные метеорологических наблюдений со спутников направляются в оперативные  отделы Гидрометцентра России и в  службы погоды внутри страны и за границу. Главный радиометеорологический центр (ГРМЦ) ведет эти передачи по факсимильной связи (передавая фотоснимки, нефанализы, карты общего влагосодержания атмосферы  и радиационные карты).

Космическая метеорология —  новая, наиболее перспективная ветвь  современной службы погоды.

Она существенно расширила  возможности метеорологов в наблюдении за атмосферными процессами в масштабе всей Земли и позволяет точнее, быстрее и качественнее составлять прогнозы п 01 оды.

Достаточно сказать, что  только за один виток спутник в  состоянии собрать данные о температуре  поверхности и облачного покрова  примерно с одной пятой части  планеты. Взгляд на погоду из космоса  существенно обогатил наши познания.

Спутники позволили получить весьма подробную информацию о циклонах умеренных широт и о тропических  ураганах. Наиболее четко облачные вихри, отражающие движение воздуха  в тайфунах и ураганах, наблюдаются  над океанами на фоне темного изображения  воды.

Сейчас от пристального глаза  спутников не может укрыться ни один тайфун, ни один опасный циклон.

С развитием техники стало  возможным перейти от регистрации  глобальных явлений природы к  конкретным прогнозам погоды в отдельных  районах нашей страны.

Директивами XXIV съезда КПСС предусмотрено дальнейшее развитие исследований космического пространства и использование полученных результатов  для совершенствования радиосвязи и телевидения для метеорологической  службы и других практических целей.

Для успешной работы службы погоды необходимо располагать метеорологической  информацией над территорией  всего земного шара. Регулярная информация, которая поступает в настоящее  время от наземных метеорологических  и аэрологических станций, специально оборудованных судов погоды и  самолетов, уже не удовлетворяет  требований метеорологов.

Причина этого, прежде всего  в том, что метеорологические  и аэрологические станции достаточно плотно размещены лишь в густонаселенных  районах земного шара, составляющих всего 7б часть его поверхности.

Обширные водные пространства Мирового океана и малообжитые территории суши занимают в общей сложности  около 80% поверхности нашей планеты. В этих районах сеть метеорологических  и аэрологических станций настолько  редка, что она не дает правильного  представления об атмосферных процессах  и погоде над огромными территориями.

В настоящее время метеорологическая  служба находится в стадии комплексной  автоматизации. В связи с развитием  авиации, ракетной техники, морского транспорта перед гидрометслужбой возникли новые задачи. Межконтинентальные полеты авиации требуют информации о  состоянии атмосферы на всей трассе полета. Таковы регулярные авиалинии  на Кубу, в Монреаль, в Токио, межконтинентальные полеты в Антарктиду. Эффективность  работы моряков и рыбаков в  значительной мере определяется правильным учетом гидрометеорологической обстановки над морями и океанами.

Результаты современных  исследований показывают, что по фотоснимкам, полученным со спутников, можно распознавать крупномасштабные облачные системы, соответствующие  циклонам, ураганам, тайфунам, атмосферным  фронтам, зонам внутритропической  конвергенции, воздушным массам и  другим синоптическим объектам.

В поле облачности можно  выделить мелкомасштабные особенности  структуры: будь то облачные полосы, или  цепочки, гряды или конвективные ячейки, спирали, вторичные вихри  и др.

Данные об облачности позволяют  не только устанавливать фактическое  состояние погоды, но и оценивать  синоптическую обстановку и характер развития атмосферных процессов  в различных физико-географических условиях. По характеристике и структуре  облачности можно определить положение  и эволюцию циклонов, атмосферных  фронтов и других объектов, определяющих погоду на больших территориях.

 

6. Облачность - оценка

Облачность оценивается  в десятых долях покрытия неба облаками - в баллах (10 баллов - небо покрыто полностью, 5 баллов - наполовину и т. д.). По своему строению облака делятся  на водные, ледяные и смешанные.

Оценка количества облаков  возможна для нижнего яруса и  для общей облачности. Оценивать  же количество облаков верхнего яруса  сложнее, так как нередко они  бывают закрыты облаками нижнего  яруса. Со спутников, наоборот, не видна  нижняя облачность из-за более высоких  облаков.

Наибольшая повторяемость  нижней облачности 8-10 баллов приходится на зиму, а наименьшая - на лето, тогда  как максимальное количество осадков  в течение года в Москве выпадает летом.

Повторяемость (%) ясного (0-2 балла), полуясного  (3-7) на пасмурного (8-10) неба по общей облачности и облачности нижнего яруса. Москва, TCXA

Общая облачность

Месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

0-2. 16 17 24 26 27 28 27 27 24 15 13 11

3-7. 4 7 9 14 19 23 25 21 16 9 6 4

8-10 80 76 67 60 54 49 48 52 60 76 81 85

Облачность нижнего яруса

0-2 29 36 45 48 48 50 48 48 42 28 23 21

3-7 4 4 5 12 17 20 23 20 13 7 4 3

8-10 67 60 50 40 35 30 29 32 45 65 73 76

Среднее значение количества облаков может наблюдаться чрезвычайно  редко, при переходе от сплошной облачности к малой или, наоборот, при формировании пасмурной погоды.

Проектировщикам или эксплуатационникам полезно ознакомиться с данными  табл. 15, в которой помещены

Таблица 15

Среднее и наибольшее число  дней с

Месяц III IV V

Среднее 0,07 0,6 3

Наибольшее 1 3 7

грозой. Москва, ТСХА

VI VII VIII IX X Год

6 7 5 1 0,07 23

12 12 13 5 1 34

данные о числе дней в Москве с грозой. Оказывается, в  среднем 1 раз в 14-15 лет гроза бывает в марте и октябре. Зато летом грозы наблюдаются в среднем через каждые 4-5 дней.

Редко, но все же, бывают грозы и зимой. Например, сильная гроза наблюдалась москвичами в январе 1984 г.

Приятно летом позагорать на солнышке, да и зимой хорошо покататься на лыжах, когда ослепительно блестит  снег, освещенный яркими лучами. Кое-кто  даже и зимой решается при солнечной  погоде пройтись на лыжах без рубашки. А как часто это возможно? Ведь зимний день короток, и солнце часто  бывает закрыто облаками. Поэтому  те часы, когда солнце могло бы светить, оказываются возможными часами солнечного сияния, а действительные составляют какие-то проценты их. Какие это проценты от возможных часов солнечного сияния, можно увидеть из табл. 16. Из этой же таблицы видно, что в январе солнце 21 день не выглядывает из-за облаков, а возможная длительность солнечного сияния за месяц - всего 30 ч. Из них фактически солнце светит 14%

Таблица 16

Возможная продолжительность  солнечного сияния (ч), действительная (% возможной) и число дней без  солнца

Месяц .. 1 II III IV V VI VII VI11 IX X XI XII Год

Возможная продолжительность 30 58 113 161 242 256 258 218 136 73 32 20 1597

Действительная продолжительность 14 25 36 43 53 64 55 52 41 27 15 II 41

Число дней без солнца 21 14 10 6 2 1 1 2 4 12 20 24 1 17

времени, то есть 2 ч.. Зато в  июле возможная длительность солнечного сияния составляет 258 ч, и из них более  половины -55%, или 142 ч - мы могли бы получить фактически, если бы вставали чуть свет: в июле солнце восходит в 3 ч. 35 м.

Конечно, приведенные выше средние характеристики фактического солнечного сияния определяются средней  облачностью, которая сильно меняется от года к году с 2-3-летней цикличностью.

Для народного хозяйства  Москвы и Московской области особенно важно знать многолетнюю изменчивость осадков и иметь их точный прогноз  для перспективного планирования и  для текущей работы, на месяц, сезон, год.