книги из ГПНТБ / Применение информации метеорологических спутников в анализе и прогнозе особых явлений погоды для авиации (пособие для синоптиков АМСГ, ЗАМЦ и МГАМЦ)

ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ

ПРИ СОВЕТЕ МИНИСТРОВ СССР

гу ОРДЕНА ЛЕНИНА ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР СССР

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ СПУТНИКОВ В АНАЛИЗЕ И ПРОГНОЗЕ ОСОБЫХ ЯВЛЕНИЙ ПОГОДЫ

ДЛЯ АВИАЦИИ

(ПОСОБИЕ для синоптиков

лмсг, ЗЛМЦ и МГАМЦ)

ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ ЛЕНИНГРАД • 1974

/,Z

УДК 629.198.1(07)

-Xf- IfO

В Пособии рассматриваются принципы использо­ вания информации искусственных метеорологических спутников Земли для обнаружения и прослеживания эволюции облачных систем, атмосферных фронтов, тро­ пических и внетропических циклонов, определения гео­ графического положения струйных течений и зон тур­ булентности, вызывающей болтанку самолетов. Пока­ зана возможность применения этих данных при пост­ роении прогностических карт особых явлений погоды для авиации на основе прогноза барического поля.

Пособие предназначается для синоптиков авиацион­ ных метеорологических станций и центров. Оно полезно для авиационных работников, преподавателей и студен­ тов гидрометеорологических учебных заведений.

1

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее пособие по применению информации метеорологи­

ческих спутников «Метеор» в анализе и прогнозе особых явлений погоды для авиации подготовлено группой сотрудников Отдела авиационной метеорологии Гидрометцентра СССР под руководст­ вом Н. В. Петренко. Пособие предназначено для прогнозистов авиационных метеорологических станций и центров, выпускающих прогностические карты особых явлений погоды и прогнозы погоды по району аэродромов.

В предлагаемом пособии изложены принципы использования ин­ формации спутников для построения прогностических карт особых явлений погоды и показаны на примерах возможности обнаруже­ ния и прослеживания пути тропических циклонов, определения кон­ туров облачных систем и зон тумана, положения оси струйного течения и анализа зон турбулентности, вызывающей болтанку са­ молетов.

Первый раздел пособия написал Н. В. Петренко, второй— Е. П. Черенкова, третий — Г. Д. Решетов, четвертый — К. Г. Абра­

мович совместно с Г. В. Васильевой, пятый — Г. С. Булдовский и И. В. Петренко, шестой — А. А. Васильев.

Авторы благодарны сотрудникам Лаборатории оперативной об­ работки спутниковой информации и Т. С. Кружковой за оказанную помощь в подборе примеров телевизионных и инфракрасных фото­ снимков облаков с метеорологических спутников «Метеор», поме­ щенных в различных разделах пособия.

1*

1. ПРИНЦИПЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДАННЫХ СПУТНИКОВ

Изображения облачности и поля радиационных температур, по­ лучаемые с метеорологических спутников, представляют собой цен­ ную исходную информацию для прогностических карт особых яв­ лений погоды на маршрутах полетов различных типов самолетов,

а также для прогнозов погоды по аэродромам.

По терминологии Всемирной метеорологической организации и Международной организации гражданской авиации к особым яв­ лениям погоды, влияющим на полет, относятся гроза, тропический циклон, фронтальный шквал, град, умеренная и сильная турбулент­

ность, умеренное или сильное обледенение самолета, хорошо выра­ женные горные волны, песчаная или пыльная буря, дождь с обра­ зованием гололеда.

Перечисленные явления и облака (их количество и высоты верх­ ней и нижней границ) обозначаются на прогностической карте особых явлений погоды. Для полетов на низких уровнях или на

короткие расстояния; кроме указанных особых явлений, обозна­ чаются обширные зоны тумана, все виды осадков и другие явле­ ния, вызывающие ухудшение видимости (дымка, слабый туман, дым).

Данные метеорологических спутников позволяют прослеживать эволюцию облачных систем атмосферных фронтов и циклонов уме­ ренных широт не только над материками, но и над океанами. Имея

представление о конфигурации облачной системы фронта или цик­

лона в период времени, близкий к сроку исходной карты погоды,

метеоролог-прогнозист достаточно уверенно может очертить гра­ ницы этой облачной системы на прогностической карте поля дав­

ления и положения фронта у поверхности Земли. При этом он должен принимать во внимание возможные изменения контуров и структуры облачной системы в зависимости от изменения про­ филя ложбины, в которой лежит фронт, или давления в центре циклона и его формы на прогностической карте по сравнению с ис­ ходной картой погоды. Описание характерных особенностей облач­ ных систем атмосферных фронтов в процессе их эволюции и цик­ лонов в различных стадиях их развития имеется в монографиях и пособиях по практическому использованию данных метеорологи­ ческих спутников [11, 13, 18, 19, 26].

5

Особенно большую ценность представляет облачная информа­ ция метеорологических спутников для обнаружения и прослежива­ ния пути тропических циклонов, которые образуются над аквато­ рией океанов вблизи экватора, где весьма редка сеть синоптиче­

ских станций. Обнаружив тропический циклон в стадии зарождения и определив направление его перемещения по данным метеороло­

гических спутников, можно с достаточной степенью надежности

предвидеть положение тропического циклона и структуру его об­ лачной системы на прогностической карте особых явлений погоды.

По полю радиационной температуры, полученному с помощью спутника, и вертикальному распределению температуры в районе расположения тропического циклона определяется высота верхней границы его облачной системы. Это также важная исходная ин­ формация для прогностической карты особых явлений погоды в тропической зоне.

Определение границ облачных образований в тропической зоне

конвергенции и контуров зон тумана, слоистых и слоисто-кучевых облаков по данным спутников имеет немаловажное значение для прогноза их положения на картах особых явлений погоды и для прогноза условий взлета и посадки самолетов на аэродромах.

Обнаружение струйных течений и уточнение их географического положения над океанами и некоторыми районами материков с ред­ кой сетью радиозондирования также стало возможным благодаря

данным метеорологических спутников об облаках и инфракрасном излучении атмосферы.

Анализ зон турбулентности по данным облачности с искусствен­ ных спутников Земли — это еще одна важная область примене­ ния информации для прогноза особых явлений погоды.

2. ОБНАРУЖЕНИЕ ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Данные метеорологических искусственных спутников Земли зна­ чительно расширили представления о тропических циклонах. Стало возможным уточнить классификацию районов их зарождения, про­

слеживать траектории тропических циклонов, стали известны структура их облачных систем и отдельные стороны динамических процессов, в то время как до появления данных со спутников сам факт возникновения нового тропического циклона мог оста­ ваться неизвестным. Данные со спутников тем более ценны, что

в приэкваториальных океанических районах, где регулярно обра­

зуются тропические циклоны, крайне редка сеть синоптических станций. Как обнаружено, по телевизионным (ТВ) и инфракрас­

ным (ИК) спутниковым изображениям облачности можно не только определить факт появления тропического циклона, его раз­ меры и траекторию, но также оценить его интенсивность, стадию развития, направление перемещения.

Спутниковые наблюдения послужили основой новой классифи­ кации тропических циклонов, учитывающей их эволюцию. Согласно

6

этой классификации, тропические возмущения подразделяются на

четыре стадии. Три из них используются для классификации фор­ мирующихся тропических циклонов, как правило, до образования замкнутой приземной циркуляции в районе возмущения, когда тро­ пическое возмущение может затухнуть, не развиваясь. Четвертая стадия в свою очередь подразделяется на четыре категории, кото­

рые классифицируют развитые тропические циклоны.

В основу классификации тропических циклонов четвертой ста­ дии — классификации по категориям — положены особенности изо­ бражения облачности на ТВ фотографиях со спутников. При этом используется большой набор признаков, имеющих в основном ка­ чественный характер. Эти особенности облачности тропических

циклонов, выделенные рядом авторов [19, 21, 25], были сведены

в единую таблицу Семинаром по интерпретации и использованию данных метеорологических спутников (Япония, 1964). Полный их перечень, который необходимо использовать в практической работе по интерпретации спутниковых фотографий, можно найти, напри­

мер, в работах [11, 18, 24, 26]. Из-за большого объема этот мате­

риал здесь не приводится. Однако вкратце можно указать основ­ ные особенности распределения облаков в тропических циклонах, находящихся в четвертой стадии развития [11]:

1-я категория, внутренняя структура облачности полосчатая, без спиралей, внешняя — полосы отсутствуют или слабые;

2-я категория, внутренняя структура—-размытые спирали, внеш­ няя— умеренные полосы;

«глаз бури», внешняя — хорошо выраженные полосы.

Л. Ф. Хьюберт и др. [22] проследили связь между максимальной

скоростью ветра у поверхности Земли и эволюцией поля облачно­

сти тропических циклонов на спутниковых фотографиях, отражен­ ной в классификации по категориям. Они предложили методику оценки максимальной скорости ветра в тропических циклонах по данным анализа ТВ снимков облаков. Для оценки скорости ветра по методике Хьюберта проводятся внутренняя окружность, вклю­ чающая район сплошной облачности, и внешняя, концентрическая

окружность, включающая все поле облачности циклона. Затем определяются категория тропического циклона (по особенностям облачности во внутренней и внешней окружностях) и диаметр внешней окружности. Максимальная скорость ветра у поверхности Земли, по Хьюберту, для каждой категории тропических циклонов связана с диаметром внешней окружности зависимостью, которая в графическом виде представлена, например, в [11, 18, 22, 26].

Найдена также связь диаметра облачной системы тропического

циклона с наиболее вероятной величиной приземного атмосфер­ ного давления в его центре [20, 25]. Это дает возможность с по­

мощью спутниковых фотографий оценить минимальное давление в циклоне.

7

зарождения тропического циклона не имеется стационарных метео­

рологических станции, а метеорологические наблюдения двух судовых станции, оказавшихся на расстоянии 300—700 км от цен­ тра зарождающегося тропического циклона, не показали характер­ ного для него падения давления или каких-либо других особенно­ стей в значениях поля метеорологических элементов, за исключе­ нием поворота ветра.

О направлении смещения тропического циклона можно судить по ориентации линии шквалов (рис. 1 а). Наиболее вероятно сме­ щение в направлении, перпендикулярном по отношению к ней [26].

Линия шквалов ориентирована с запада на восток, поэтому сле­ дует ожидать передвижения тропического циклона на юг. Как уви­ дим, это близко к действительному перемещению циклона 23 марта и в последующие двое суток. Скорость смещения тропического ци­

клона составляла 10—30 км/ч.

Большая часть тропических возмущений затухает, не разви­ ваясь до штормовой и ураганной стадии. По спутниковым данным видно, что за период с 22 по 26 марта 1970 г. тропическое возму­

дующие изменения облачной системы тропического циклона: цен­ тральный облачный массив увеличился по площади, на краю об­ ласти плотной облачности появились загнутые полоски перистых облаков, наибольший просвет имеет циклоническую кривизну. Эти признаки позволяют отнести циклон ко 2-й категории. Диаметр круга, очерчивающего систему облаков, связанную с тропическим циклоном, составляет около 8° широты. Согласно [22], для данной

категории и диаметра циклона наиболее вероятная максимальная

скорость ветра составляет 40 м/с. Депрессия перешла в стадию

тропического шторма, и в дальнейшем продолжалось развитие соб­ ственно тропическою циклона.

Необходимо отметить, что связь между наиболее вероятной мак­ симальной скоростью ветра и диаметром центрального облачного массива установлена на основании изучения только ТВ информа­ ции. К оценкам скоростей ветра по ИК данным следует подходить с осторожностью. Они обычно оказываются заниженными, по­ скольку отражающая зона облачности в ИК области спектра меньше, чем в видимой области [17].

Признаком углубления тропического циклона «Мишель» за пе­ риод 22—26 марта оказалось также появление перистой облачности над центром и распространение ее на периферию облачной си­ стемы. Особенно хорошо это заметно при сравнении ТВ и ИК фо­

тографий на рис. 2 а, б. В верхней левой части снимков видны поперечные полоски перистых облаков в верхней части системы. Слева внизу перистая облачность имеет вид тонкой пелены.

Диаметр облачной системы тропического циклона к концу суток

25 марта увеличился до 10° широты (рис. 1 в). Судя по характеру

10

рывы на ее периферии), циклон относился к 2-й категории. Макси­ мальная скорость ветра при диаметре облачной системы около IO0

на 300—500 км от центра тропического циклона, не дали значений больших 30 м/с. В дальнейшем вблизи тропического шторма не находилось ни одного корабля. Они обходили этот опасный район, и источником информации о скорости ветра служили только дан­ ные спутников.

Рис. 2. ТВ, ИК и AK М-3, в. 132, 26 марта 1970 г., 10 ч 00 мин мск. Зона облач­ ности тропического циклона «Мишель»: а) перистые облака в верхней и нижней левой части ТВ снимка — циклон углубляется; б) TlK изображение циклона то же, что на рис. 1г; в) область холода на карте радиационной температуры, соответ­ ствующая центральному массиву облаков тропического циклона.

Диаметр облачной системы тропического циклона на протяже­

нии предыдущих трех дней изменялся от 8 до 10° широты, причем в середине дня 26 марта отмечено временное уменьшение ее раз­ меров. Согласно работам [3, 4], по диаметру облачной системы с некоторой вероятностью определяется давление в центре тропи­

ческого циклона. Можно предполагать, что глубина циклона также была непостоянной и давление в его центре находилось в преде­ лах 960—930 мб.

Дополнительную информацию дает карта радиационной темпе­ ратуры, представленная на рис. 2 в. Видно, что существует одна область холода, соответствующая центральному массиву облаков тропического циклона. Минимальная температура в центре его составляла —33°С. Для определения высоты ВГО были привле­

чены данные радиозондирования корабля «Воейков» в районе

20° ю. ш., 65° в. д. Согласно кривой стратификации, в этом районе изотерма —330 C располагалась на высоте около 10 км. Если полагать, как принято, что температура верхней поверхности

11