для прогноза синоптического положения, которое яв ляется основой составления прогноза погоды.
Теоретические основы построения карт барической топографии. Характер распределения, давления на опре деленном уровне можно установить не только путем анализа карт распределения давления в виде изобар, как это делается при анализе приземных синоптических карт, но и по распределению высот определенных изо барических поверхностей. В качестве стандартных изо
барических |
поверхностей приняты |
850, |
700, 500, |
300, |
2 0 0 , 1 0 0 ; их |
средние |
высоты |
над |
уровнем |
моря приве |
дены в табл. |
28. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 28 |
Средняя |
высота стандартных |
изобарических |
поверхностей |
|
И з о б а р и ч е с к а я п о в е р х н о с т ь , |
850 |
700 |
500 |
300 |
200 |
100 |
м б а р |
|
Средняя высота, км |
1,5 |
3 |
5 |
9 |
12 |
16 |
Вычисление линейных высот главных изобарических поверхностей представляет большие трудности. Значи тельно проще оказалось вычислять значения потенциа ла силы тяжести в различных точках изобарической по верхности (геопотенциал). Геопотенциалом называется работа, которую нужно совершить против силы тяже сти при подъеме единицы массы на определенный уро вень. Чем дальше удалена единица массы от центра Земли (в пределах действия притяжения Земли), тем большим будет геопотенциал. Практический интерес представляет не само значение геопотенциала, а отно сительное его значение, представляющее изменение гео потенциала при перемещении единицы массы с одного
уровня на другой. |
падения; |
Обозначим: g — ускорение свободного |
с7Ф — приращение геопотенциала. |
|
Тогда |
|
йФ = gdz, |
(9.3) |
где г — высота. |
|
Вычислим геопотенциал нал уровнем моря, |
где г,= 0 |
II Фі = 0. Считая g |
постоянным и интегрируя, |
получим |
|
® = g ] d z |
(9.4) |
|
|
о |
|
или, переходя к |
конечным |
разностям, |
|
|
ДФ = |
g k z . |
(9 .5 ) |
Из полученной формулы выводятся и специальные единицы для оценки геопотенциальных высот. Для этого
разделим левую |
и правую |
части (9.5) |
на |
9,8. Тогда, |
л |
1 |
Аф |
|
|
|
если A z = 1 м, то и -gg-равно одному геопотенциальному |
метру. |
Очевидно, |
что для |
всех высот, |
где |
g = 9,8 м/с2, |
геопотенциальный метр будет численно равен обычному линейному метру. Практически до высот около 20 км величина g*&9,8 м/с2, следовательно, в пределах тропо сферы геопотенциальная высота примерно соответствует обычной линейной высоте, хотя размерность их совер
шенно |
разная. Так, размерность геопотенциальных вы- |
сот |
Д Ф |
= \ML?T~2\ (как размерность работы), а |
9,8 |
размерность |
линейных высот | Az | = |
| L | . |
|
Формула |
для вычисления |
геопотенциальных |
высот. |
Возьмем уравнение статики |
в общем |
виде |
|
|
dP = — gpdz. |
|
(9.6) |
В правой части его gdz — есть уравнение геопотенциала. Следовательно,
|
dO = ---- у dP. |
(9.7) |
|
Из уравнения Клапейрона — Менделеева |
имеем |
|
|
Р |
(9.8) |
|
Р |
R T ' |
|
|
|
Подставляя это значение |
в равенство (9.7), получим |
|
d<I>= |
— RTd ln Р. |
(9.9) |
|
Интегрируя при R = const, найдем |
|
|
|
А, |
|
|
Ф2 _ Ф 1==_ / ? j r d \ n P . |
(9.10) |
|
|
К |
* |
Заменив значение температуры воздуха средней вир туальной температурой слоя Т= Тт, окончательно по лучим
ф2 - |
Фі = — RTm(Іп/'з — ln Pj). |
(9.11) |
На уровне моря, |
где Фі = 0, а Р\ — Ро, |
|
<b.2= ATp = RTm\ n - ^ . |
(9.12) |
Получили уравнение абсолютного геопотенциала изоба
рической поверхности |
Р. |
|
|
Для любой другой изобарической поверхности |
|
Ф2 _ ф, = |
ОТ£ = RTmln |
. |
(9.13) |
Получили уравнение относительного геопотенциала изо
барической поверхности Р2 над Р|. |
и переходя к деся- |
Принимая |
R = 287 м2 • с- 2 • град- 1 |
1 |
|
|
р |
р |
окончательно |
тичным логарифмам |
In ~р- — 2,3 lg |
, |
получим |
|
|
|
|
|
|
ОТр^ = |
67,4Гтlg -Ip- |
(9.14) |
(геопотенциальных |
метров) |
|
|
или |
OT£. = |
6,77,« lg -S - |
(9.15) |
|
|
1 |
м |
|
|
(геопотенциальных декаметров).
Полученные формулы позволяют сделать следующие выводы.
1 . Геопотенциальные высоты абсолютной изобариче ской поверхности зависят от давления и средней вир туальной температуры слоя, поэтому они характеризуют термобарическое поле атмосферы.
2.Линии равных значений абсолютного геопотен циала, называемые изогипсами, позволяют судить о ха рактере барического поля на высотах. При этом замкну тые изогипсами области повышенных значений геопотен циала соответствуют антициклонам, а пониженных — циклонам.
3.Высоты относительной топографии изобарической поверхности зависят только от средней виртуальной тем-
ітературы слоя и не зависят* от давления. Поэтому изо линии относительной топографии характеризуют терми ческое поле атмосферы; их обычно называют изотерма ми. Замкнутые области низких значений соответствуют очагам холода, а высоких — очагам тепла.
Техника составления карт барической топографии. Карты барической топографии составляются по резуль татам комплексного температурно-ветрового зондирова ния атмосферы, производимого с помощью радиозондов и радиопилотов. Результаты наблюдений передаются в виде кодограмм, зашифрованных международными ко дами КН-04 и КН-04С (международный индекс кодов
FM-35 и FM-36).
С т р у к т у р а к о д а КН-04. Код состоит из четырех самостоятельных частей. Часть 1 кода содержит све дения о высотах главных изобарических поверхностей, температуре воздуха на уровне этой поверхности, на правлении и скорости ветра и дефиците точки росы. Под последним понимается алгебраическая разность между температурой воздуха и температурой точки росы. Пе ред этой частью кода ставятся Отличительные буквы 7Т. Часть 2 предваряется отличительными буквами ѴѴ. В этой части передаются сведения об особых точках атмосферы, в которых наблюдаются аномалии в зна чениях температуры или ветра. Часть 3 предназначена для передачи сведений об очень высоких изобарических поверхностях, начиная с 70-миллибаровой и выше. Эта часть кода имеет отличительные буквы WW. Часть 4 кода имеет отличительные буквы YY и содержит дан ные об особых точках, расположенных выше 1 0 0 -мил- либаровой поверхности. Для составления карт бариче ской топографии используется только часть 1 ; эта часть составляется по следующей схеме:
ТТ JJGGi ІІііі 99PPP TTtDD ddfff 00HHH TTtDD
ddf f f ... 50HHH TTtDD ddf f f ... |
(9.16) |
Цифры и буквы в схеме имеют следующие значения: |
ТТ — отличительные |
буквы |
части 1 кода; |
JJ и GG — число и часы |
выпуска |
радиозонда |
по грин |
вичскому |
времени; |
|
поверх |
і — указатель |
последней изобарической |
ности, для которой даются сведения о ветре |
(служит для контроля); |
|
13* |
|
|
|
371 |
