Файл: Океанография и морская метеорология учебник..pdf

освещенными метеорологическими данными, и для этих районов приходится составлять прогноз синоптического положения самостоятельно.

§ 40. ЭМПИРИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРОГНОСТИЧЕСКОЙ КАРТЫ

Синоптические объекты, являющиеся носителями определенных погодных условий, являются материальны­ ми телами; подчиняясь законам диалектики, они зарож­ даются, развиваются и отмирают. Следовательно, они обладают инерционностью, а это дает возможность экс­ траполировать их местоположение вперед и применять правила, установленные эмпирическим путем или полу­ ченные из гидродинамической теории изменения дав­ ления.

При пользовании этими правилами нужно помнить следующее:

—правила указывают лишь на связи, существующие

вданный момент времени;

—каждое правило учитывает только влияние ограни­ ченной части факторов, определяющих развитие атмо­ сферных процессов; во многих случаях действие разных факторов может быть противоположно по знаку, поэто­ му применение правил иногда дает разноречивые резуль­ таты;

—изменение давления у поверхности Земли зависит от процессов, происходящих во всей толще атмосферы, поэтому необходимо проводить тщательный анализ карт барической топографии. При этом выводы, полученные из анализа структуры барического поля на высотах по

картам АТуоо или ÄT50o, нельзя безоговорочно распро­ странять на изменение давления у Земли. Даже знаки изменения давления у поверхности Земли и на уровне изобарической поверхности не всегда совпадают, не го­ воря уже о количественном их изменении. В этом случае нужно обязательно учитывать влияние адвекции тепла и холода.

Перечисленные ниже правила носят формальный ха­ рактер, вследствие чего степень уверенности в определе­ нии будущего центра циклона будет тем больше, чем больше правил дают однозначное решение.

411

Правила, используемые при прогнозе синоптического положения. 1. Прямолинейная экстраполяция (рис. 89). При прямолинейной экстраполяции предполагается, что будущие изменения сохраняют свой знак и по величине будут равны изменениям, имевшим место в предшест­ вующий отрезок времени. Это означает, что перемещение основных синоптических объектов происходит с постоян­ ной скоростью, без ускорения.

і Ч 2 ч

і ~ 1 2 ч

Рис. 89. Определение будущего положения циклона на момент t + 12 ч прямолинейной экстраполяцией

2.Криволинейная экстраполяция (рис. 90). При кри­ волинейной экстраполяции считается, что последующее развитие синоптических процессов будет происходить с таким же ускорением или замедлением, с каким оно происходило в предшествующий момент времени.

Экстраполяционное методы обеспечивают достаточ­ но точное определение будущего положения синоптиче­ ских объектов на 6—12 ч. При использовании этих мето­ дов в результаты предвычислений вносятся поправки, по­ лучаемые из анализа изменений в термобарическом поле за предшествующий срок вследствие влияния местных условий.

3.Правило ведущего потока. Это правило утверждает, что перемещение центров приземных циклонов, анти­ циклонов, осей ложбин, гребней и точек фронтальных' разделов происходит в соответствии с ветром, наблю­ дающимся на уровне 4—6 км.

4.Циклоны, имеющие хорошо выраженный теплый

412

6. Циклоны с очень сильными ветрами в его перед­ ней части обычно становятся малоподвижными и запол­ няются.

Рис. 90. Определение центра циклона на 12 ч вперед криволинейной экстраполяцией

7. Два сопряженных циклона, имеющие общие изо­ бары (рис. 92), всегда совершают вращательное движе­ ние против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке — в Южном.

413

8 . Циклон огибает малоподвижный антициклон по часовой стрелке в Северном полушарии и против часо­ вой стрелки — в Южном.

9. Циклоны перемещаются вдоль линии, соединяю­ щей очаг роста давления с очагом падения, если абсо­ лютная величина изменения давления в очагах примерно одинакова.

10. Старые, сильно окклюдированные циклоны оста­ ются, как правило, малоподвижными.

И. Циклоны перемещаются в район, где наблюда­ ются слабые ветры.

§41. ПОНЯТИЕ О ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МЕТОДАХ ПОСТРОЕНИЯ ПРОГНОСТИЧЕСКОЙ КАРТЫ

Гидродинамические методы основаны на решении уравнений гидро- и термодинамики в применении к ат­ мосфере. Возможность применения этих уравнений обу­ словливается тем, что атмосфера является физической средой и, следовательно, в ней действуют основные за­ коны физики. Воспользуемся следующими законами.

1. Закон сохранения количества движения (Второй закон Ньютона). Этот закон гласит, что изменение коли­ чества движения пропорционально равнодействующей всех сил и происходит по линии ее действия. На воздуш­ ную частицу с массой, равной единице, действуют:

G — сила, обусловливаемая наличием барического градиента;

К — отклоняющая сила вращения Земли (сила Ко­ риолиса) ;

g — сила тяжести;

D — диссипативные ' силы, приводящие к рассеянию энергии.

Другие силы значительно слабее перечисленных, по­ этому их действием можно пренебречь.

415

Тогда закон изменения количества движения запишется выражением

2. Закон сохранения массы. Этот закон описывается уравнением неразрывности в виде

где дивергенция div(рV) равна сумме частных производных

3. Закон сохранения энергии. Этот закон примени­ тельно к атмосфере описывается уравнением притока тепла

4. Закон состояния газа, выралсенный уравнением Клапейрона — Менделеева:

Приведем записанные законы к единому скалярному виду, для этого выразим векторные выражения через проекции на координатные оси х, у и г, как показано на рис. 93. Тогда

Применяя формулы векторного анализа, вычислим про­ екции силы Кориолиса на прямоугольные орты:

Кх = [2ѵѴ]х = 2 (lüyW— шаг»);

К, \2v>V]z = 2{vxv-

416

Чтобы вычислить проекции угловой скорости враще­ ния Земли по этим ортам, направим ось х вдоль парал­ лели на восток, ось у — по меридиану на север, а 2 — по

z

Рис. 93. Проекции вектора на стандартные оси X, у, г

Рис. 94. Проекции угловой скорости вращения Земли на стандартные оси х, у, г

417

Сила тяжести g направлена вдоль оси, поэтому

(9.36)

g x = = g y = ° ‘> g z = — g -

Вектор диссипативных сил не имеет строгого выражения, для целей прогноза обычно принимают

Тогда перечисленные выше законы дают систему из ше­ сти уравнений, записанных в скалярном виде:

P— pRT.

Вэтой системе неизвестными являются: и, ѵ, до, Р, Т, р, в. Таким образом, используя основные законы физики применительно к атмосфере, мы получили систему из

шести уравнений, которые содержат семь неизвестных, т. е. получили незамкнутую систему, которую решить не представляется возможным. Чтобы замкнуть ее, можно воспользоваться методом подобия.

Сущность метода подобия заключается в установле­ нии подобия в значениях двух или нескольких перемен­ ных. В нашем случае достаточно найти два подобных аде-

418