Как се раждат вятърът и облаците
Интернет направи света на метеопрогнозите наистина предвидим
Петър ГАВРИЛОВ
Ще вали ли? Онзи огромен облак какво значи? Този силен вятър докога ще духа? Телевизионните прогнози откъде се взимат (кой си ги измисля), както и какво, по дяволите, означават тези знаци по метеокартите? Всички тези въпроси неведнъж карат немалко хора да изпадат в още по-голямо чудене, което в крайна сметка обикновено се свежда до простото: днес да си нося ли чадър и яке или напротив? Развитието на интернет, както и на космическите (и в частност сателитните) технологии доведоха до това, че човек може да намери отговора на този въпрос онлайн, и то с точност на прогнозите, която понякога изумява. Онлайн прогнозите се следят от пилоти, моряци, земеделци, туристи и хиляди други хора, които искат да знаят дали днес времето е съюзник или враг. Спътниците вече предлагат и активни метеокарти, които могат да се сравнят с революцията, която имейлите направиха с комуникациите.
Зад добрата стара синоптична прогноза обаче продължават да стоят наблюдението и измерването на времето така, както е започнало през XIX век. На база на наблюденията (чиято цел е да бъдат максимално постоянни) се правят синоптичните анализи и прогнози, като данните в световен мащаб идват от около 9500 наземни и 1500 аерологични станции, разположени на сушата, както от 7000 корабни, 200 закотвени и 300 дрейфуващи (плуващи) такива. Те са обединени в Глобална система за наблюдения, които подават данни в Глобалната система за обработка на данни. Тази система се състои от три световни центъра - във Вашингтон, Москва и Мелбърн, и няколко регионални. Най-важни (като близост и данни) за България са регионалните центрове, разположени в Рединг, Англия, и в Офенбах, Германия.
Освен тях в обмена на данни и изготвянето на прогнози участват около 180 национални центъра. Данните се обменят посредством Глобалната система за метеорологични комуникации, която също има три световни центъра, 16 регионални (един от тях е в София) и около 160 национални. Тези три глобални системи са обединени в World Weather Watch (Световна служба за времето). Към ООН съществува и Световна метеорологична огранизация, която управлява тази служба. Има и
Световен ден на метеорологията
който се празнува на 23 март.
Станциите за наблюдение принципно трябва да са разположени сравнително равномерно по земната (и водната) повърхност, за да дават глобална информация. На практика обаче в океаните, пустините и полярните области те са значително по-малко. За всички станции обаче важи правилото да предоставят данни за типични за района условия на времето. Най-представителни са метеопунктовете, разположени върху еднородна повърхност - равнини, морета и т.н.
Тази сложна система, съставена от много структури, в които работят стотици хиляди души, има един-единствен обект на изследвания - атмосферата, нейните състояния, придвижване и всичко, свързано с нея. Следят се показатели като скорост на вятъра (който е движеща се въздушна маса), влажност, температура, въздушно налягане, образуване на циклони и антициклони и придвижването им, облачност, валежи, видимост, зараждащи се бури и урагани и още, и още, и още... Огромно количество информация, събирана от горните метеостанции, постъпва като база данни в компютрите на метеослужбите, които правят математически модели и базирани на минали подобни събития, съставят прогнози, които могат да кажат с висока степен на сигурност дали даден ураган, който брули Карибите, ще помете и Източното крайбрежие на САЩ например. Както и за колко време идващият студен западен фронт (например) ще стигне до България.
Откъде започва всичко
Основната част от атмосферата, която участва в тези наглед хаотични движения на въздушни маси, е съставена от тропосферата, която се простира от земната повърхност до около 11 хиляди метра височина. Над нея се намира стратосферата, която достига около 50 хиляди метра. Приетата за физическа граница на атмосферата е височината от 1000 - 1200 км. Останалите слоеве са мезосфера (50 - 90 км), термосфера (90 - 800 км) и екзосфера (над 800 км). Основната маса на атмосферата е в нейните ниски слоеве и 99% от теглото и е в долните 36 хиляди метра.
Целият долен слой на атмосферата е в непрекъснато движение хоризонтално и вертикално и основна причина за това е енергията, получена от слънцето. То загрява земната повърхност изключително неравномерно (най-силно в тропиците и на екватора), а тя от своя страна отразява и отделя топлина в различна степен - водните площи трудно се загряват и трудно отделят топлина в атмосферата за разлика от сушата. Това неравномерно загряване от своя страна води до различно разширение и преместване на атмосферата и до промени в атмосферното налягане.
На съвсем локално ниво различното загряване на въздуха над гора (по-малко), поляна (по-голямо) и над езеро (най-малко) води дотам, че в даден момент най-топлият въздух (над поляната) се откъсва и тръгва нагоре. На негово място „се втурва“ по-студеният околен въздух, което на земята се чувства като порив на вятъра. Откъсналият се топъл въздух продължава своя път нагоре, като измества по-студения околен въздух във височина. Този топъл въздух се нарича термика и според безмоторните пилоти е най-голямото благо на природата - веднъж центрирали дадена термика, те са в състояние да се извисят на хиляди метри над повърхността.
По границите на топлата и студената въздушна маса (които освен с различна температура са и с различно налягане и различна влажност) има триене и завихряне на граничните слоеве, познато като
Турбуленция
Турбуленции има и когато приземният вятър обтича неравности по релефа, минава през планини, долини и високи съоръжения и сгради. Друг местен тип вятър са бризовете, които духат от морето към брега през деня (брегът отделя по-бързо топлината и студеният морски въздух нахлува) и обратно през нощта (сушата изстива по-бързо от морето).
В глобален мащаб се развиват подобни явления, но по доста по-сложен начин, и формират гигантски премествания на въздушни маси. Над определени зони от земното кълбо трайно се формират зони на ниско или високо налягане. Тези зони зависят от сезоните (и положението на Земята спрямо Слънцето). При преместването на тези огромни въздушни маси се образуват гигантски въздушни вихри, наречени циклони и антициклони, а преходните зони между тях се наричат фронтове. В зависимост от свойствата на въздуха фронтовете биват студен или топъл и съответно носят затопляне или застудяване там, където се насочат. Линията, в която фронтовите зони пресичат земята, се нарича линия на фронта. Околофронтовите зони са с нестабилен въздух, като в районите с високо налягане преобладава ясно безоблачно време, докато въздушните маси с ниско атмосферно налягане са предимно облачни. Обяснението за това е много просто - конвергенцията в горната атмосфера причинява постепенно „пропадане“ на въздуха, който стига до земната повърхност. Падащият въздух се нагрява от компресирането си и затова не се образуват облаци, а изобилстват термики. От друга страна, въздухът в областите с ниско налягане постепенно се издига нагоре и от охлаждането и кондензирането се образуват масивни облачни системи.
Атмосферното налягане
е един от най-важните метеорологични елементи. Прието e, че нормалното атмосферно налягане е равно на налягането, уравновесяващо теглото на живачен стълб с височина 76 (760 милиметра) сантиметра и напречно сечение 1 квадратен сантиметър при температура 0° С, на височина на морското равнище и географска ширина 45° (България се простира между 41 и 44 градуса северна ширина). За единица е приета атмосферата, като 1 атм. = 760 мм живачен стълб. По-късно е въведена друга единица - бар, като за удобство се работи в милибарове (1000 мбар = 1 бар); 1 мбар е равен на сила от 100 нютона върху 1 кв. метър. През последните години е въведена международната единица за атмосферно налягане паскал. За нормални стойности се приемат тези около 1016 хектопаскала (hPa).
Ако се върнем при термиката, която оставихме да набира височина, можем да добавим, че тя като вид локално явление силно се влияе от температурния градиент на въздуха, от нахлуващи фронтове и други по-глобални премествания на въздушни маси. В даден момент, ако вятърът не отнася термиките, те достигат точката, в която носената от тях влага кондензира и спомага за образуването на малки пухкави облачета - кумулуси. Те са само част от многото видове облаци, които се формират в атмосферата в резултат на сложните процеси на движение на въздушни маси с различна температура, влажност и налягане. Според състава си облаците са разделени на водни, ледени и смесени. В зависимост от височината са високи, средни, ниски и облаци с вертикално развитие. По външния си вид са купести (кълбести), слоести и вълнообразни.
Според международната класификация на облаците те се обозначават с латински наименования и са разделени на четири семейства, десет рода и множество видове и разновидности. Семействата са разделени според тяхното разположение във височина на атмосферата. Всъщност именно кръговратът на водата в голяма степен символизира и движенията на въздушните маси - днешният ураган в Карибите утре е лек средиземноморски бриз, а вдругиден под формата на силен вятър гони боклуците по софийските улици. И после пак и пак...
Сайтове на метеоорганизации:
Световна метеорологична организация към ООН
Световна служба за времето
прогнозите на американската метеослужба
Европейски център за средносрочни метеопрогнози, в който членуват 25 европейски страни (в т.ч. и Турция), но не - и България
сайтът на НИМХ
германската метеослужба
световни прогнози на български език
български метеосайт
Европейска служба за метеосателитите
1. Кракосрочни и средносрочни прогнози
Ръководител:
ст.н.с. д-р Латин Латинов
Състав:
1 ст.н.с., 12 физици-синоптици, от които 4 н.с. ІІІ ст., 6 техници-метеоролози.
Основните задачи на секцията са подготовката и разпространението на краткосрочни и средносрочни (до 7 дни) прогнози за времето, както и свръх краткосрочни (до 3 часа) прогнози. Неотделима част от дейността ни е постоянен контрол за настъпили или очаквани опасни и особено опасни метеорологични явления, за които се издават своевременни предупреждения, предназначени за обществото и специализираните държавни органи.
При решаването на тези задачи ежедневно се анализира значително количество разнообразна метеорологична информация, получавана от специализираната наблюдателна мрежа на НИМХ покриваща цялата страната а така също и от световната метеорологична мрежа и информационни центрове. В този поток информация са включени:
спътникови снимки;
радарна информация;
щормови съобщения;
аерологични сондажи;
числени хидродинамични прогностични модели;
глобални числени прогностични модели;
разнообразна тясно специализирана информация;
В резултат на проведения детайлен анализ на тази богата метеорологична информация, се изготвят множество информации и бюлетини, свързани с развитието и състоянието на времето, които обслужват централните ведомства, редица предприятия и фирми, медии и граждани.
В секцията се работи денонощно. Специализирана информация може да се получи винаги на тел.: 0 900 12 015, който може да се избира от цялата страна (8 имп./мин.)
2. Дистанционни методи
Ръководител:
ст.н.с., д-р Рангел Петров
Състав:
2 - ст.н.с., 1 - н.с., 4 - специалисти с висше обр., 4 - техници.
Дейността на секцията е съсредоточена в развитието и приложението на най-модерните съвременни методи и средства, осигуряващи информация за атмосферните явления свързани с облаците и валежите, както и използването и за краткосрочни и свръх краткосрочни метеорологични прогнози. Секцията поддържа целогодишната денонощна оперативна дейност на автоматизираната радарна система МРЛ-5, като практически, в реално време, предоставя получаваната информация за състоянието на атмосферата до специализираните прогностични звена на НИМХ.
Втората, не по-малко важна оперативна задача на секцията е поддържане на оперативния поток спътникова информация , която позволява оперативните прогностични звена да следят непосредствено протичащите глобални атмосферни процеси.
Натрупаният информационен архив подсигурява и разнообразната експертна дейност при анализ и оценка на опасни атмосферни явления
Наред с оперативните задачи, в секцията има и разнообразна научна и научно-приложна дейност , продуктите от които позволяват по-изчерпателното анализиране на тези два типа информация. Секцията има и амбициозни планове за бъдещо развитие и ясни перспективи
3. Прогностични методи и системи
Ръководител:
ст.н.с. д-р Нейко Нейков
Състав:
2 ст.н.с., 2 н.с. І ст., 1 инженер, 2 техници.
Интернет направи света на метеопрогнозите наистина предвидим
Петър ГАВРИЛОВ
Ще вали ли? Онзи огромен облак какво значи? Този силен вятър докога ще духа? Телевизионните прогнози откъде се взимат (кой си ги измисля), както и какво, по дяволите, означават тези знаци по метеокартите? Всички тези въпроси неведнъж карат немалко хора да изпадат в още по-голямо чудене, което в крайна сметка обикновено се свежда до простото: днес да си нося ли чадър и яке или напротив? Развитието на интернет, както и на космическите (и в частност сателитните) технологии доведоха до това, че човек може да намери отговора на този въпрос онлайн, и то с точност на прогнозите, която понякога изумява. Онлайн прогнозите се следят от пилоти, моряци, земеделци, туристи и хиляди други хора, които искат да знаят дали днес времето е съюзник или враг. Спътниците вече предлагат и активни метеокарти, които могат да се сравнят с революцията, която имейлите направиха с комуникациите.
Зад добрата стара синоптична прогноза обаче продължават да стоят наблюдението и измерването на времето така, както е започнало през XIX век. На база на наблюденията (чиято цел е да бъдат максимално постоянни) се правят синоптичните анализи и прогнози, като данните в световен мащаб идват от около 9500 наземни и 1500 аерологични станции, разположени на сушата, както от 7000 корабни, 200 закотвени и 300 дрейфуващи (плуващи) такива. Те са обединени в Глобална система за наблюдения, които подават данни в Глобалната система за обработка на данни. Тази система се състои от три световни центъра - във Вашингтон, Москва и Мелбърн, и няколко регионални. Най-важни (като близост и данни) за България са регионалните центрове, разположени в Рединг, Англия, и в Офенбах, Германия.
Освен тях в обмена на данни и изготвянето на прогнози участват около 180 национални центъра. Данните се обменят посредством Глобалната система за метеорологични комуникации, която също има три световни центъра, 16 регионални (един от тях е в София) и около 160 национални. Тези три глобални системи са обединени в World Weather Watch (Световна служба за времето). Към ООН съществува и Световна метеорологична огранизация, която управлява тази служба. Има и
Световен ден на метеорологията
който се празнува на 23 март.
Станциите за наблюдение принципно трябва да са разположени сравнително равномерно по земната (и водната) повърхност, за да дават глобална информация. На практика обаче в океаните, пустините и полярните области те са значително по-малко. За всички станции обаче важи правилото да предоставят данни за типични за района условия на времето. Най-представителни са метеопунктовете, разположени върху еднородна повърхност - равнини, морета и т.н.
Тази сложна система, съставена от много структури, в които работят стотици хиляди души, има един-единствен обект на изследвания - атмосферата, нейните състояния, придвижване и всичко, свързано с нея. Следят се показатели като скорост на вятъра (който е движеща се въздушна маса), влажност, температура, въздушно налягане, образуване на циклони и антициклони и придвижването им, облачност, валежи, видимост, зараждащи се бури и урагани и още, и още, и още... Огромно количество информация, събирана от горните метеостанции, постъпва като база данни в компютрите на метеослужбите, които правят математически модели и базирани на минали подобни събития, съставят прогнози, които могат да кажат с висока степен на сигурност дали даден ураган, който брули Карибите, ще помете и Източното крайбрежие на САЩ например. Както и за колко време идващият студен западен фронт (например) ще стигне до България.
Откъде започва всичко
Основната част от атмосферата, която участва в тези наглед хаотични движения на въздушни маси, е съставена от тропосферата, която се простира от земната повърхност до около 11 хиляди метра височина. Над нея се намира стратосферата, която достига около 50 хиляди метра. Приетата за физическа граница на атмосферата е височината от 1000 - 1200 км. Останалите слоеве са мезосфера (50 - 90 км), термосфера (90 - 800 км) и екзосфера (над 800 км). Основната маса на атмосферата е в нейните ниски слоеве и 99% от теглото и е в долните 36 хиляди метра.
Целият долен слой на атмосферата е в непрекъснато движение хоризонтално и вертикално и основна причина за това е енергията, получена от слънцето. То загрява земната повърхност изключително неравномерно (най-силно в тропиците и на екватора), а тя от своя страна отразява и отделя топлина в различна степен - водните площи трудно се загряват и трудно отделят топлина в атмосферата за разлика от сушата. Това неравномерно загряване от своя страна води до различно разширение и преместване на атмосферата и до промени в атмосферното налягане.
На съвсем локално ниво различното загряване на въздуха над гора (по-малко), поляна (по-голямо) и над езеро (най-малко) води дотам, че в даден момент най-топлият въздух (над поляната) се откъсва и тръгва нагоре. На негово място „се втурва“ по-студеният околен въздух, което на земята се чувства като порив на вятъра. Откъсналият се топъл въздух продължава своя път нагоре, като измества по-студения околен въздух във височина. Този топъл въздух се нарича термика и според безмоторните пилоти е най-голямото благо на природата - веднъж центрирали дадена термика, те са в състояние да се извисят на хиляди метри над повърхността.
По границите на топлата и студената въздушна маса (които освен с различна температура са и с различно налягане и различна влажност) има триене и завихряне на граничните слоеве, познато като
Турбуленция
Турбуленции има и когато приземният вятър обтича неравности по релефа, минава през планини, долини и високи съоръжения и сгради. Друг местен тип вятър са бризовете, които духат от морето към брега през деня (брегът отделя по-бързо топлината и студеният морски въздух нахлува) и обратно през нощта (сушата изстива по-бързо от морето).
В глобален мащаб се развиват подобни явления, но по доста по-сложен начин, и формират гигантски премествания на въздушни маси. Над определени зони от земното кълбо трайно се формират зони на ниско или високо налягане. Тези зони зависят от сезоните (и положението на Земята спрямо Слънцето). При преместването на тези огромни въздушни маси се образуват гигантски въздушни вихри, наречени циклони и антициклони, а преходните зони между тях се наричат фронтове. В зависимост от свойствата на въздуха фронтовете биват студен или топъл и съответно носят затопляне или застудяване там, където се насочат. Линията, в която фронтовите зони пресичат земята, се нарича линия на фронта. Околофронтовите зони са с нестабилен въздух, като в районите с високо налягане преобладава ясно безоблачно време, докато въздушните маси с ниско атмосферно налягане са предимно облачни. Обяснението за това е много просто - конвергенцията в горната атмосфера причинява постепенно „пропадане“ на въздуха, който стига до земната повърхност. Падащият въздух се нагрява от компресирането си и затова не се образуват облаци, а изобилстват термики. От друга страна, въздухът в областите с ниско налягане постепенно се издига нагоре и от охлаждането и кондензирането се образуват масивни облачни системи.
Атмосферното налягане
е един от най-важните метеорологични елементи. Прието e, че нормалното атмосферно налягане е равно на налягането, уравновесяващо теглото на живачен стълб с височина 76 (760 милиметра) сантиметра и напречно сечение 1 квадратен сантиметър при температура 0° С, на височина на морското равнище и географска ширина 45° (България се простира между 41 и 44 градуса северна ширина). За единица е приета атмосферата, като 1 атм. = 760 мм живачен стълб. По-късно е въведена друга единица - бар, като за удобство се работи в милибарове (1000 мбар = 1 бар); 1 мбар е равен на сила от 100 нютона върху 1 кв. метър. През последните години е въведена международната единица за атмосферно налягане паскал. За нормални стойности се приемат тези около 1016 хектопаскала (hPa).
Ако се върнем при термиката, която оставихме да набира височина, можем да добавим, че тя като вид локално явление силно се влияе от температурния градиент на въздуха, от нахлуващи фронтове и други по-глобални премествания на въздушни маси. В даден момент, ако вятърът не отнася термиките, те достигат точката, в която носената от тях влага кондензира и спомага за образуването на малки пухкави облачета - кумулуси. Те са само част от многото видове облаци, които се формират в атмосферата в резултат на сложните процеси на движение на въздушни маси с различна температура, влажност и налягане. Според състава си облаците са разделени на водни, ледени и смесени. В зависимост от височината са високи, средни, ниски и облаци с вертикално развитие. По външния си вид са купести (кълбести), слоести и вълнообразни.
Според международната класификация на облаците те се обозначават с латински наименования и са разделени на четири семейства, десет рода и множество видове и разновидности. Семействата са разделени според тяхното разположение във височина на атмосферата. Всъщност именно кръговратът на водата в голяма степен символизира и движенията на въздушните маси - днешният ураган в Карибите утре е лек средиземноморски бриз, а вдругиден под формата на силен вятър гони боклуците по софийските улици. И после пак и пак...
Сайтове на метеоорганизации:
Световна метеорологична организация към ООН
Световна служба за времето
прогнозите на американската метеослужба
Европейски център за средносрочни метеопрогнози, в който членуват 25 европейски страни (в т.ч. и Турция), но не - и България
сайтът на НИМХ
германската метеослужба
световни прогнози на български език
български метеосайт
Европейска служба за метеосателитите
1. Кракосрочни и средносрочни прогнози
Ръководител:
ст.н.с. д-р Латин Латинов
Състав:
1 ст.н.с., 12 физици-синоптици, от които 4 н.с. ІІІ ст., 6 техници-метеоролози.
Основните задачи на секцията са подготовката и разпространението на краткосрочни и средносрочни (до 7 дни) прогнози за времето, както и свръх краткосрочни (до 3 часа) прогнози. Неотделима част от дейността ни е постоянен контрол за настъпили или очаквани опасни и особено опасни метеорологични явления, за които се издават своевременни предупреждения, предназначени за обществото и специализираните държавни органи.
При решаването на тези задачи ежедневно се анализира значително количество разнообразна метеорологична информация, получавана от специализираната наблюдателна мрежа на НИМХ покриваща цялата страната а така също и от световната метеорологична мрежа и информационни центрове. В този поток информация са включени:
спътникови снимки;
радарна информация;
щормови съобщения;
аерологични сондажи;
числени хидродинамични прогностични модели;
глобални числени прогностични модели;
разнообразна тясно специализирана информация;
В резултат на проведения детайлен анализ на тази богата метеорологична информация, се изготвят множество информации и бюлетини, свързани с развитието и състоянието на времето, които обслужват централните ведомства, редица предприятия и фирми, медии и граждани.
В секцията се работи денонощно. Специализирана информация може да се получи винаги на тел.: 0 900 12 015, който може да се избира от цялата страна (8 имп./мин.)
2. Дистанционни методи
Ръководител:
ст.н.с., д-р Рангел Петров
Състав:
2 - ст.н.с., 1 - н.с., 4 - специалисти с висше обр., 4 - техници.
Дейността на секцията е съсредоточена в развитието и приложението на най-модерните съвременни методи и средства, осигуряващи информация за атмосферните явления свързани с облаците и валежите, както и използването и за краткосрочни и свръх краткосрочни метеорологични прогнози. Секцията поддържа целогодишната денонощна оперативна дейност на автоматизираната радарна система МРЛ-5, като практически, в реално време, предоставя получаваната информация за състоянието на атмосферата до специализираните прогностични звена на НИМХ.
Втората, не по-малко важна оперативна задача на секцията е поддържане на оперативния поток спътникова информация , която позволява оперативните прогностични звена да следят непосредствено протичащите глобални атмосферни процеси.
Натрупаният информационен архив подсигурява и разнообразната експертна дейност при анализ и оценка на опасни атмосферни явления
Наред с оперативните задачи, в секцията има и разнообразна научна и научно-приложна дейност , продуктите от които позволяват по-изчерпателното анализиране на тези два типа информация. Секцията има и амбициозни планове за бъдещо развитие и ясни перспективи
3. Прогностични методи и системи
Ръководител:
ст.н.с. д-р Нейко Нейков
Състав:
2 ст.н.с., 2 н.с. І ст., 1 инженер, 2 техници.