Синоптический метод прогноза. 
Принципы составления карт погоды

Для анализа атмосферных процессов и прогноза погоды составляются карты погоды — синоптические карты, давшие название синоптическому методу изучения и предсказания погоды, основанному на выявлении физических закономерностей развития атмосферных процессов с помощью этих карт.

Синоптическая карта — географическая карта, на которую цифрами и символами наносят результаты наблюдений на сети метеорологических станций в определенные моменты времени. Такие карты составляются в бюро погоды по несколько раз в день. Синоптическая карта может охватывать территорию от полушария или всего земного шара до небольшого района или географического пункта.

Синоптический метод постоянно развивается и совершенствуется, что позволяет переходить от качественных форм анализа к количественным.

Основным приемом синоптического анализа является сопоставление характеристик погоды, нанесенных на карты погоды, составленные на последующие сроки или даты наблюдений.

При этом сопоставляются:

• — значения одной и той же величины, например температуры воздуха или атмосферного давления, в разных пунктах, на разных высотах в один и тот же период времени;
• — значения различных метеорологических величин в одном и том же пункте, в разных пунктах и на разных высотах в один и тот же момент времени;
• — значение одного или нескольких метеорологических элементов в последовательные моменты времени, как в одном, так и в различных пунктах.

Основными принципами синоптического анализа являются:

• — комплексность: характеристики природы анализируются не изолированно, а в комплексе, с учетом их взаимосвязи и взаимообусловленности;
• — трехмерность: рассматриваются процессы развития атмосферных процессов, не только на одном уровне в горизонтальной плоскости, но и в значительной толще атмосферы;
• — историческая последовательность: проводится сопоставление анализа погоды на данной карте с анализом погоды на предыдущих картах, так как процессы, протекающие в атмосфере, обычно имеют значительную длительность и могут прослеживаться по последовательным картам погоды.

Важнейшими достоинствами синоптического метода являются его наглядность и оперативность (рис. 3.2).

С помощью современных средств связи можно обеспечивать народное хозяйство страны сведениями о погоде и прогнозах погоды из сравнительно небольшого числа прогностических центров.

Синоптический метод позволяет более или менее успешно преодолевать трудности, связанные с недостаточностью метеорологической информации, ее прерывностью (дискретностью) в пространстве и во времени. Синоптические карты по содержанию делятся на приземные, высотные и вспомогательные. Приземные карты составляются на основе наблюдений у поверхности Земли, вертикальные — но данным аэрологических наблюдений, что дает возможность проводить трехмерный анализ развития — эволюции атмосферных процессов. Вспомогательные карты составляются для прогноза экстремальных и наиболее опасных явлений природы.

Рис. 3.2. Карта погоды территории РФ.

На бланках приземной карты погоды показывается распределение суши и морей, а также важнейшие особенности орографии земной поверхности. Бланк обычно печатается в два тона: зеленоголубой и песочный, реже — в один.

На приземные карты наносится большой комплекс метеорологических величин, поэтому они являются более информативными. Чтобы позволить делать заключения о развитии атмосферных процессов и составлять прогнозы, карты на каждый момент времени должны быть наглядны. Одной из важнейших операций при обработке приземных карт погоды является проведение изобар — линий равного давления, дающих наглядное представление о закономерностях пространственного распределения давления на уровне моря. Если метеорологическая станция, где проводилось измерение давления, находилась на абсолютной отметке, превышающей отметку уровня моря, то к измеренному на станции давлению прибавляют еще давление столба воздуха, простирающегося от уровня станции до уровня моря. При проведении изобар проводят интерполяцию между значениями давления на соседних станциях, учитывая при этом направление и скорость ветра. Ввиду непрерывности поля давления изобары не могут пересекать друг друга. В пределах всего земного шара любая изобара является замкнутой кривой линией. На синоптических картах, составленных для конкретного района, многие изобары разомкнуты, т. е. обрываются на краях карты, а замкнуты лишь изобары в циклонах и антициклонах, расположенных в данном районе.

Основная задача составления синоптических карт — выявление тенденций в развитии синоптических процессов, установлении структуры синоптических объектов, их эволюции и перемещения (циклонов, антициклонов и др.).

В силу этого на тех же линиях наносят изолинии барических тенденций, характеризующих величину и характер изменения атмосферного давления на метеорологической станции за период между сроками наблюдений, т. е. фактически определяют частную производную от давления по времени dp/dt, называемую градиентом давления. Производные dp/dt, заменяемые отношением разности (р₂ — P)/At, могут иметь разные знаки: «+», если давление за срок At увеличилось (р₂ > р/), или «-», если давление уменьшилось (р₂^<р_{).

С помощью изобар и изотенденций можно не только определить форму и границы циклических атмосферных явлений: циклонов, замкнутых областей пониженного давления, и антициклонов, замкнутых областей повышенного давления, но и провести линии атмосферных фронтов — границы между двумя воздушными массами с разными потенциалами давлений и другими параметрами.

В зоне фронтов горизонтальные градиенты температуры и других метеорологических элементов резко увеличены. Иными словами, эти элементы меняются в зоне фронта при переходе от одной воздушной массы к другой скачкообразно. При этом возможно возникновение локальных опасных явлений. Например, при прохождении холодного фронта над географическим пунктом возможно возникновение грозы или града в связи с бурным вытеснением теплого воздуха вверх наступающим валом холодного воздуха.

Выявление линий атмосферных фронтов и их развития — наиболее сложная и ответственная операция синоптического анализа.

При его проведении используются не только данные, нанесенные на приземные синоптические карты, но также данные карт барической топографии и снимки облачности со спутников. Карты барической топографии являются высотными картами погоды и составляются, но данным вертикального зондирования атмосферы. Карта барической топографии представляет собой карту высот равных давлений (р = const) — изобарических поверхностей — изобар и линий одинаковых высот Н изобарических поверхностей — изогипс.

Для прогноза опасных погодных условий составляют дополнительные карты, содержащие сведения о туманах, пыльных и песчаных бурях, грозах, гололеде, метелях, значительных осадках, сильном ветре и других явлениях. На этих картах проводят изохроны — линии равных моментов времени появления на станциях грозы или другого явления природы, отмечают положение границ областей гроз, туманов по данным предыдущих сроков наблюдений.

При составлении специальных прогнозов, например, для транспортников или сельского хозяйства, используют вспомогательные карты экстремальных значений температуры, осадков, снежного покрова и состояния почвы. На таких картах проводят изогиеты — линии равных количеств осадков за ночь, день, сутки; указывают границы снежного покрова, границы заморозков в переходные сезоны — осенью и весной.

Следует иметь в виду, что на основе метеорологической информации, содержащейся на высотных и приземных синоптических картах, вычисляются дополнительные характеристики, непосредственно не наблюдаемые, которые используются при прогнозе синоптического положения, например горизонтальные и вертикальные градиенты давления и температуры, вертикальная составляющая скорости ветра и др.

При обработке синоптических карт используют методы интерполяции — нахождения промежуточного значения метеорологического элемента по его значениям на двух или нескольких метеостанциях, и экстраполяции — нахождения предполагаемого значения метеорологического элемента за пределами области, где значения этого элемента известны. Интерполяция и экстраполяция могут осуществляться в пространстве, по горизонтали и вертикали и во времени, причем тем успешнее, чем проще закономерность изменения данного метеорологического элемента в пространстве и во времени.

Поскольку нс все явления погоды попадают в ноле зрения метеорологических станций, синоптический метод дает возможность наиболее хорошо прогнозировать явления крупномасштабных атмосферных процессов, т. е. синоптического положения.

Для анализа мезомасштабных процессов (ливней, грозы, града), охватывающих по площади всего несколько десятков квадратных километров, необходимо создать сеть малых автоматических станций специального назначения, имеющих связь с бюро погоды, где обрабатывается метеорологическая информация.