Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 декабря 2019 года; проверки требуют 49 правок.
Прогноз погоды — научно обоснованное предположение о будущем состоянии погоды в определённом пункте или регионе на определённый период. Составляется (разрабатывается) метеорологическими службами на основе методов метеорологии.
Прогнозы погоды делятся по типам в зависимости от целей, для которых они разработаны:
Физика прогноза погоды
Прогноз синоптического положения, то есть температуры, осадков, влажности и полей давления (геопотенциала) опирается на законы, описывающие движение атмосферы как сжимаемой жидкости. Данные законы относятся к такому разделу физики как гидродинамика, которая включает в себя уравнения движения, состояния газов, переноса влажности, сохранения массы. Решая эти уравнения численными методами для конкретного состояния атмосферы, можно получить числовые значения будущих полей давления, температуры, ветра. В качестве исходных данных для подстановки в уравнения являются измеренные в настоящий момент параметры атмосферы; измерения проходят по всей возможной высоте. Численное интегрирование уравнений обязано своей точностью современным вычислительным машинам, которые могут обрабатывать значительное количество входных данных. Тем не менее, для целей численного решения уравнений и быстрой интерпретации этих решений необходимо использовать максимально возможные ресурсы — суперкомпьютеры.
Для целей прогнозирования погоды возможно использовать не только данные науки метеорологии как таковой, но и наблюдаемые корреляции между некоторыми параметрами погоды в настоящем и будущем. Отметим, что следующие приметы являются следствием исключительно научного понимания природы Земли. Ниже приведены некоторые из них.
Можно ожидать неустойчивую погоду и дождь:
Можно ожидать затяжные осадки:
Можно ожидать ясную погоду:
Каждое утро мы выглядываем в окно, чтобы посмотреть, светит ли солнце, идет ли дождь или падает снег. Мы смотрим на градусник, чтобы определить, тепло или холодно на улице. Мы слушаем предсказания синоптиков по радио и телевидению, чтобы понять, как планировать свои выходные или ближайший отпуск. Мы определяем погоду. Сегодня трудно найти человека, который бы не интересовался природными явлениями за окном, ведь от них напрямую зависит наша жизнь, наши увлечения и дела.
Что такое погода?
Погода – это совокупность атмосферных явлений и метеорологических факторов, которые наблюдаются в том или месте земного шара. Ее можно описывать температурой воздуха, влажностью, давлением, направлением ветра, атмосферными осадками и многими другими показателями. В отличие от понятия «климат», определяющего среднее состояние атмосферы за большой промежуток времени, погода показывается в определенный период, составляющий обычно не более месяца.
Среди наиболее распространенных погодных явлений можно выделить осадки в виде дождя или снега, туманы, ветер, облачность, метели, шторма, грозы. Более редкими являются смерчи и ураганы, которые относятся скорее к стихийным бедствиям и требуют обязательного прогнозирования. Практически все эти явления происходят в тропосфере, т. е. в нижних слоях атмосферы, где сосредоточено более 80 % всей массы атмосферного воздуха. Здесь формируется атмосферный фронт, развиваются циклоны и антициклоны, а также собирается значительная часть атмосферного пара.
Почему погода меняется?
Воздух в атмосфере находится в постоянном движении. Теплые воздушные массы, двигающиеся из южной части планеты в северную, приносят за собой потепление, а их соприкосновение с более прохладной земной поверхностью приводит к конденсации водяного пара, образованию облаков и выпадению сильных дождей, ливней.
Холодные массы, напротив, приносят похолодание и образуют облака другой формы – кучево-дождевые, которые редко закрывают собой весь небосвод и из-за небольших размеров выдают небольшое количество осадков.
Зачем нужно предсказывать погоду?
Хотя погода сильно влияет на нашу жизнь, ее предсказывают в большей степени в экономических целях. Основными пользователями метеорологических услуг выступают авиация и морской транспорт, поскольку от природных явлений во многом зависит передвижение по воздуху и по морю. Сведения о погоде нужны туристическим агентствам, организующим поездки в те или иные страны, и сельскохозяйственной отрасли – информация о влажности воздуха, количестве атмосферных осадков и света играет большую роль в продуктивности при выращивании растений.
Знание прогноза погоды может пригодиться в строительстве при проведении работ на открытом воздухе, а также предприятиям культурной сферы, занимающимся организацией фестивалей, спортивных соревнований и других мероприятий. Но главная задача метеорологов – предупреждение населения о стихийных бедствиях, что позволяет вовремя подготовиться к ним и избежать человеческих жертв.
Как предсказывают погоду?
Основным инструментом, которым метеорологи пользуются для предсказания погоды, является наблюдение. Замеры фактических изменений температуры, давления, силы ветра и других показателей, а также нанесение их на карты – основная работа специалистов в этой области. Для краткосрочного прогноза достаточно небольшой современной метеостанции, позволяющей выявить все показатели на ближайшие несколько суток. Для долгосрочных прогнозов применяют специальные компьютерные программы, способные моделировать предположительное движение воздушных масс в атмосфере и выдавать на экран достаточно точный результат.
( 3 оценки, среднее 3.33 из 5 )
Пого́да — совокупность значений метеорологических элементов и атмосферных явлений, наблюдаемых в определённый момент времени в той или иной точке пространства. Понятие «Погода» относится к текущему состоянию атмосферы, в противоположность понятию «Климат», которое относится к среднему состоянию атмосферы за длительный период времени. Если нет уточнений, то под термином «Погода» понимают погоду на Земле. Погодные явления протекают в тропосфере (нижней части атмосферы) и в стратосфере — атмосферном слое, располагающемся на высоте примерно от 11 до 50 километров. Погоду можно описать давлением, температурой и влажностью воздуха, силой и направлением ветра, облачностью, атмосферными осадками, дальностью видимости, атмосферными явлениями (туманами, метелями, грозами) и другими метеорологическими элементами.
Обычные погодные явления на Земле — это ветер, облака, атмосферные осадки (дождь, снег, град и т. д.), туманы, грозы, пыльные бури и метели. Более редкие явления включают в себя стихийные бедствия, такие как торнадо и ураганы. Почти все погодные явления происходят в тропосфере (нижняя часть атмосферы).
Различия в физических свойствах воздушных масс возникают из-за изменения угла падения солнечных лучей в зависимости от широты и удалённости региона от океанов. Большое различие температур между арктическим и тропическим воздухом является вероятной причиной возникновения высотных струйных течений. Барические образования в средних широтах, такие как внетропические циклоны, образуются, как правило, в результате развития планетарных волн в зоне высотного струйного течения. Эти образования, оказывающие основное влияние на изменения погоды, в результате неустойчивости струйных течений, (так называемый цикл индекса) приходят сериями. Поскольку ось вращения Земли наклонена относительно плоскости её орбиты, угол падения солнечных лучей зависит от времени года. В среднем, температура на поверхности Земли изменяется в течение года в пределах ±40 °C. Изменение параметров орбиты, угла наклона оси и угловой скорости вращения Земли влияет на количество и распределение солнечной энергии на планете, являясь основной причиной долгосрочных изменений климата.
Различие температур на поверхности земли в свою очередь вызывает разность в поле атмосферного давления. Горячая поверхность нагревает находящийся над ней воздух, расширяет его, понижая давление и плотность воздуха. Горизонтальный градиент давления, действуя совместно с центробежной силой и силой Кориолиса, связанной с вращением Земли, создают ветер, направленный в свободной атмосфере вдоль линий равного давления — изобар. Атмосфера — это сложная система, поэтому незначительные изменения в одной её части могут оказать большое влияние на систему в целом.
Движения воздушных масс
Воздух находится в непрерывном движении, особенно благодаря деятельности циклонов и антициклонов.
Воздушная масса, которая движется из тёплых районов в более холодные, своим приходом вызывает неожиданное потепление. При этом от соприкосновения с более холодной земной поверхностью движущаяся воздушная масса снизу охлаждается и прилегающие к земле слои воздуха могут оказаться даже холоднее верхних слоёв. Охлаждение тёплой воздушной массы, идущее снизу, вызывает конденсацию водяного пара в самых нижних слоях воздуха, в результате образуются облака и выпадают осадки. Эти облака располагаются невысоко, часто опускаются до земли и вызывают туманы. В нижних слоях тёплой воздушной массы довольно тепло и ледяных кристаллов нет. Поэтому они не могут давать обильных осадков, лишь иногда выпадает мелкий, моросящий дождь. Облака тёплой воздушной массы заволакивают всё небо ровным покровом (тогда их называют слоистыми) или слегка волнистым слоем (тогда их называют слоисто-кучевыми).
Граница соприкосновения разных воздушных масс называется атмосферным фронтом. На синоптических картах эта граница представляет собой линию, которую метеорологи называют «линия фронта». Граница между тёплой и холодной воздушной массой является почти горизонтальной поверхностью, незаметно опускающейся к линии фронта. Холодный воздух находится под этой поверхностью, а тёплый сверху. Так как воздушные массы всё время в движении, то и граница между ними всё время сдвигается. Интересная особенность: через центр области пониженного давления обязательно проходит линия фронта, а через центры областей повышенного давления фронт не проходит никогда.
Тёплый фронт возникает при продвижении вперёд тёплой воздушной массы и отступлении холодной. Тёплый воздух, как более лёгкий, наползает на холодный. Из-за того, что подъём воздуха приводит к его охлаждению, над поверхностью фронта образуются облака. Тёплый воздух взбирается вверх достаточно медленно, поэтому облачность тёплого фронта представляет собой ровную пелену перисто-слоистых и высокослоистых облаков, которая имеет ширину несколько сот метров и иногда на тысячи километров в длину. Чем дальше впереди линии фронта находятся облака, тем они выше и тоньше.
Развитие и перемещение циклонов и антициклонов приводит к переносам воздушных масс на значительные расстояния и соответствующим непериодическим изменениям погоды, связанным со сменой направлений и скоростей ветра, с увеличением или уменьшением облачности и осадков. В циклонах и антициклонах воздух перемещается в сторону уменьшения атмосферного давления, отклоняясь под действием разных сил: центробежной, Кориолиса, трения и др. В результате в циклонах ветер направлен к его центру с вращением против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном, в антициклонах, наоборот, от центра с противоположным вращением.
Цикло́н — атмосферный вихрь огромного (от сотен до 2—3 тысяч километров) диаметра с пониженным атмосферным давлением в центре. Различают циклоны внетропические и тропические.
Тропические циклоны (тайфуны) обладают особыми свойствами и возникают гораздо реже. Они образуются в тропических широтах (от 5° до 30° каждого полушария) и имеют меньшие размеры (сотни, редко — более тысячи километров), но бо́льшие барические градиенты и скорости ветра, доходящие до ураганных. Для таких циклонов характерен «глаз бури» — центральная область диаметром 20—30 км с относительно ясной и безветренной погодой. Вокруг располагаются мощные сплошные скопления кучево-дождевых облаков с сильнейшими дождями. Тропические циклоны могут в процессе своего развития превращаться во внетропические.
Внетропические циклоны образуются в основном на атмосферных фронтах, чаще всего находящихся в субполярных районах, способствуют самым значительным изменениям погоды. Для циклонов характерна облачная и дождливая погода, с ними связана большая часть осадков в умеренной зоне. В центре внетропического циклона наиболее интенсивные осадки и наиболее густая облачность.
Имеют значение для погоды также маломасштабные вихри (смерчи, тромбы, торнадо).
Можно выделить два типа метеорологической информации:
Успешность разрабатываемых прогнозов погоды в значительной степени зависит от качества первичной метеорологической информации.
Главными потребителями метеорологической информации являются авиация и морской флот (водный транспорт). В большой зависимости от погодных условий и климата стоит также сельское хозяйство. На продуктивность большое влияние оказывает влажность почвы и воздуха, количество осадков, света, тепла. В конце XIX века сформировалась самостоятельная отрасль метеорологии — агрометеорология. Сведения о климате широко используются при проектировании и эксплуатации различных сооружений — зданий, аэродромов, железных дорог, линий электропередач и т. д.
Организация метеорологических наблюдений
В России существует обширная сеть метеорологических станций (различных разрядов с разными программами наблюдений), метеорологических и гидрологических постов. Значительную роль играют наблюдения, выполняемые посредством метеорологических радиолокаторов (пространственные образы слоёв облачности и интенсивности осадков и гроз в радиусе до 250 км от местоположения локатора) и метеорологических искусственных спутников Земли (телевизионные снимки облачности в различных диапазонах длин волн, вертикальные профили температуры и влажности воздуха в атмосфере). Ведутся аэрологические наблюдения на сети специальных аэрологических станций с помощью радиозондов, иногда с помощью метеорологических и геофизических ракет. Наблюдения на морях и океанах со специально оборудованных судов.
Наземная метеорологическая сеть в СССР максимального развития достигла к середине 1980-х годов. Начавшиеся в конце 1980-х годов кризисные экономические процессы вызвали ощутимое сокращение метеорологической сети. С 1987 по 1989 годы число метеостанций в СССР сократилось на 15 %, на начало 1995 года уменьшение числа метеостанций в РФ составило 22 %. В дальнейшем, также возможно сокращение метеостанций вследствие развития других способов получения информации о погоде (спутниковых и радиолокационных).
Синоптическая карта (греч. , «обозримый одновременно») — это географическая карта, на которой условными знаками нанесены результаты наблюдений многих метеостанций. Такая карта даёт наглядное представление о состоянии погоды в данный момент. При последовательном составлении карт выясняются направления движения воздушных масс, развитие циклонов, перемещение фронтов. Анализ синоптических карт позволяет предвидеть изменения погоды. Можно отследить изменения состояния атмосферы, в частности перемещение и эволюцию атмосферных возмущений, перемещение, трансформацию и взаимодействие воздушных масс и пр. С середины 20 века приземная синоптическая информация дополнена результатами аэрологических наблюдений, на основе которых регулярно строятся карты состояния свободной атмосферы — так называемые карты барической топографии. С конца 20 века широко используется также спутниковая информация о состоянии океанов и частей суши, где нет метеостанций. Фотографирование облачных систем со спутников позволяет обнаружить зарождение тропических циклонов над океанами.
Изучение погоды на других планетах
Погода существует не только на Земле, но и на других небесных телах (планетах и их спутниках), имеющих атмосферу. Изучение погоды на других планетах стало полезным для понимания принципов изменения погоды на Земле. Известный исследовательский объект в Солнечной Системе — Большое красное пятно Юпитера, является антициклоническим штормом, который существует в течение, по крайней мере, 300 лет. Однако погода не ограничена планетарными телами. Корона Солнца постоянно теряется в космос, создавая, по существу, очень тонкую атмосферу во всей Солнечной Системе. Движение частиц, испускаемых Солнцем, называется солнечным ветром.
Прогноз погоды — это научно и технически обоснованное предположение о будущем состоянии атмосферы в определённом месте. Люди пробовали предсказывать погоду тысячелетиями, но официальные прогнозы появились в девятнадцатом столетии. Для составления прогноза погоды собираются количественные данные о текущем состоянии атмосферы, и при помощи научного понимания атмосферных процессов проектируется, как изменится состояние атмосферы.
Если раньше прогнозы основывались в основном на изменении атмосферного давления, текущих погодных условиях и состоянии неба, то сейчас для определения будущей погоды применяются модели прогнозирования. Участие человека необходимо для выбора наиболее подходящей модели прогнозирования, на которой в дальнейшем будет основываться прогноз. Это включает в себя умение выбрать шаблон модели, учёт взаимосвязи удалённых событий, знание принципов работы и особенностей выбранной модели. Сложная природа атмосферы, необходимость мощной вычислительной техники для решения уравнений, описывающих атмосферу, наличие погрешностей при измерении начальных условий и неполное понимание атмосферных процессов означают, что точность прогноза снижается. Чем больше разница между настоящим временем и временем, на которое делается прогноз (диапазон прогноза), тем меньше точность. Использование нескольких моделей и приведение их к единому результату помогает снизить погрешность и получить наиболее вероятный результат.
Прогнозами погоды пользуются очень многие. Важными прогнозами являются штормовые предупреждения, так как они используются для защиты жизни и имущества. Прогнозы температуры и осадков важны для сельского хозяйства и, следовательно, даже для трейдеров на фондовых рынках. Более того, существуют даже т. н. производные финансовые инструменты на погоду. Температурные прогнозы нужны также тепловым сетям для оценки необходимой в ближайшие дни тепловой энергии. Ежедневно люди пользуются прогнозом погоды, чтобы решить, что надеть в этот день. Прогнозы дождей, снега и сильных ветров используются для планирования работы и отдыха на свежем воздухе.
В настоящее время существует грид-проект ClimatePrediction.net, целью которого является поиск наиболее адекватной модели изменения климата и построение на её основе прогноза на ближайшие 50 лет.
Влияние погоды на людей
Погода играет большую, а иногда даже решающую роль в человеческой истории. Помимо изменений климата, которые вызывали постепенную миграцию народов (например, опустынивание Ближнего Востока и формирование сухопутных мостов между материками во время ледниковых периодов), экстремальные погодные явления вызывали меньшие по масштабу перемещения народов и принимали непосредственное участие в исторических событиях. Одним из таких случаев является спасение Японии ветрами Камикадзе от вторжения монгольского флота Хана Хубилая в 1281 году. Притязания французов на Флориду прекратились в 1565 году, когда ураган уничтожил французский флот, дав Испании возможность завоевать форт Каролину. Совсем недавно ураган Катрина заставил более одного миллиона человек переселиться с центрального побережья Мексиканского залива в США, создав самую крупную диаспору в истории Соединённых Штатов.
Антропогенное влияние на погоду и климат
Рекорды погоды — экстремальные метеорологические показатели, которые были официально зарегистрированы на поверхности Земли. Самая низкая температура за всю историю была зафиксирована 21 июля 1983 года на Станции Восток, Антарктида −89,2 °C. Самая высокая зафиксирована 13 сентября 1922 года в Альазизайи, Ливия. Тогда столбик термометра поднялся до +58 °C; значение впрочем, оспаривается.
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 15 октября 2021 года; проверки требует 21 правка.
Слово «метеорология» (др.-греч. — «рассуждение о небесных явлениях») связано с трудами Платона, Аристотеля, Плутарха, где оно встречается. Например, у Аристотеля в трактате под названием «Метеорологика» (др.-греч. ) описаны небесные явления. Аристотель назвал свой труд, исходя из греческого выражения «та метеора» (др.-греч. ) — «небесные явления». К ним он причислял дожди и кометы, град и метеоры, радуги и полярные сияния.
В 1723 году секретарь Лондонского королевского общества Джеймс Джурин разработал инструкцию по наблюдению за погодой, в которой приводились форма стандартной таблицы замеров, перечень необходимых приборов и описание методик измерения температуры, давления воздуха, силы и направления ветра, которую он разослал более чем сотне ученых Европы. Вторая сеть метеостанций в Европе просуществовала до 1735 года.
В России сеть станций наблюдения за погодой появилась в период Великой Северной экспедиции. Инструкцию для наблюдателей написал Даниил Бернулли. За период с 1733 по 1744 год по всей Сибири было организовано 24 метеостанции.
Во время Крымской войны 14 ноября 1854 года буря разбила 60 британских и французских кораблей. После этого в конце ноября директор Парижской обсерватории Урбен Леверье обратился с просьбой к знакомым европейским учёным прислать ему сводки о состоянии погоды в период с 12 по 16 ноября. Когда сводки были получены и данные нанесли на карту, стало ясно, что ураган, потопивший корабли в Чёрном море, можно было предвидеть заранее. В феврале 1855 г. Леверье подготовил доклад Наполеону III о перспективах создания централизованной метеорологической сети наблюдений с передачей сведений по телеграфу. Уже 19 февраля Леверье составил первую карту погодной обстановки, сформированную по данным, полученным в реальном времени.
В Великобритании Фицрой вменил в обязанность всем капитанам английских судов наблюдение за погодой, отмечать значение температуры, силы и направления ветра, снимать показания барометров и заносить данные в специально разработанные таблицы. Для этого он добивался снабжения всех судов необходимым оборудованием. На побережье Великобритании, а также в некоторых европейских стран было создано 24 метеорологические станции. 19 находились в Великобритании, одна — в Копенгагене, одна в Нидерландах, две во Франции (Брест и Байен) и ещё одна в Лиссабоне. Станции были соединены с центром службы погоды недавно изобретённым телеграфом Морзе. Сведения о погоде, собранные с этих станций, анализировались в центре службы погоды и на основании этого анализа давались рекомендации. Рекомендации рассылались на станции с помощью телеграфа. Были выпущены первые синоптические карты, на основании которых и составлялся прогноз погоды. Газета «Таймс» начала публикацию первых прогнозов погоды.
Синоптическая карта Европы 1887 г.
В 1917 году норвежский метеоролог Вильгельм Бьеркнес предложил концепцию атмосферного фронта. Принципы фронтологического анализа были главной научной базой прогнозов погоды вплоть до конца 1940-х годов.
С 1930 года для изучения верхних слоев атмосферы начали применять радиозонды. Однако достаточно частую мировую сеть аэрологических станций, с которых они запускались, удалось создать лишь после Второй мировой войны. В результате в 1946—53 годы оправдываемость прогнозов погоды резко возросла.
История метеорологии в России и СССР
Кроме того, есть такие прикладные разделы, как:
Экспедиции, работавшие (надписи синим цветом) и продолжающие работать (надписи красным цветом) на Марсе по состоянию на 2022 год
Программы НАСА, обеспечившие, начиная с 1970-х годов, размещение на Марсе посадочных модулей, а затем и марсоходов, заложили основы метеорологии Марса, как отдельной отрасли знания. Каждая новая экспедиция на Марс (кроме Mars Exploration Rover) имела в комплекте научного оборудования метеостанции для наблюдения за базовыми параметрами приземного слоя атмосферы: сила ветра, температура, давление. В 2021 году к списку добавился китайский марсоход Чжужун.