Жер беті ауа райы карталарының тарихы мен маңызы

Жер беті ауа райы карталары – метеостансалар деректері негізіндегі ауа райының температура, қысым, бұлттылық сияқты элементтерін көрсетеді. Тарихы 19 ғасырға дейін салады.

9 мин оқу

100%

Дереккөз: Surface weather analysis — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Ауа райы картасының түрі

Жер бетіндегі ауа райы талдауы – бұл жер бетіндегі ауа райы станцияларынан алынған мәліметтерге негізделген, белгілі бір уақыттағы географиялық аймақтағы ауа райы элементтерін көрсететін ауа райы картасының арнайы түрі. Ауа райы карталары теңіз деңгейінің қысымы, температура және бұлт жамылғысы сияқты маңызды көрсеткіштердің мәндерін географиялық картаға белгілеу арқылы жасалады, бұл ауа райы майдандары сияқты синоптикалық масштабтағы ерекшеліктерді анықтауға көмектеседі. 19 ғасырдағы алғашқы ауа райы карталары, дауыл жүйелері туралы теорияны жасауға көмектесу үшін, оқиғадан кейін көп уақыттан соң салынған. Телеграфтың пайда болуынан кейін, жер бетіндегі ауа райын бір мезгілде бақылау мүмкіндігі алғаш рет туды, ал 1840 жылдардың соңында Смитсондар институты жер бетіндегі нақты уақыттағы талдауды жасаған алғашқы ұйым болды. Жер бетін талдауды қолдану алғаш рет АҚШ-та басталды, ал 1870 жылдары әлемге тарады. Норвегиялық циклондық модельді фронталды талдау үшін қолдану 1910 жылдардың соңында Еуропа бойынша басталды, ал оның қолданылуы Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде АҚШ-қа жетті. Жер бетіндегі ауа райы талдауында фронталды жүйелерді, бұлт жамылғысын, жауын-шашынды немесе басқа да маңызды ақпаратты көрсететін арнайы белгілер бар. Мысалы, H әрпі жоғары қысымды білдіреді, яғни аспан ашық және ауа райы салыстырмалы түрде жылы. Ал L әрпі көбінесе жауын-шашынмен бірге келетін төмен қысымды білдіреді. Әртүрлі белгілер ауа райы карталарындағы фронталды аймақтар мен басқа да беткі шекараларды ғана емес, сонымен қатар ауа райы картасындағы әртүрлі жерлердегі қазіргі ауа райын көрсету үшін де қолданылады. Жауын-шашынның аймақтары фронттың түрін және орналасқан жерін анықтауға көмектеседі.

Жер бетін талдау тарихы

Қазіргі заманғы мағынада ауа райы карталарын қолдану 19 ғасырдың ортасында дауыл жүйелерінің теориясын жасау мақсатымен басталды. 1845 жылы телеграф желісінің құрылуы алыс орналасқан жерлерден ауа райы туралы ақпаратты жылдам жинауға және оның уақтылы қолдану үшін маңыздылығын сақтауға мүмкіндік берді. Смитсондар институты 1840-1860 жылдар аралығында АҚШ-тың орталық және шығыс бөлігінде бақылаушылар желісін құрды. АҚШ Армиясының Сигнал корпусы Конгресс шешімімен 1870-1874 жылдары бұл желіні мұраға алды және оны жақын арада батыс жағалауға дейін кеңейтті. Бастапқыда ауа райы туралы деректердің пайдалылығы, бақылаулардың әртүрлі уақытта жүргізілуіне байланысты төмен болды. Уақытты стандарттау бойынша алғашқы әрекеттер 1855 жылы Ұлыбританияда жасалды. АҚШ-тың барлық аймағында уақыт белдеулерінің әсері 1905 жылға дейін, яғни Детройт стандартты уақытты белгілегенге дейін толыққанды сезілмеді. 1873 жылдан бастап, басқа елдер де ауа райын бір уақытта бақылауда АҚШ-тың үлгісін қабылдады. Содан кейін басқа елдер де жер бетін талдауға кірісті. Ауа райы карталарында фронталды аймақтарды қолдану 1910 жылдардың соңында Норвегиялық циклон моделі енгізілгенге дейін пайда болған жоқ, бірақ Лумистің 1841 жылғы ұқсас идеяға жасаған алғашқы тырысы бар еді. Ауа массасының өзгеруінің бастапқы шегі Бірінші дүниежүзілік соғыстағы әскери майданға ұқсас болғандықтан, осы сызықтарды білдіру үшін "фронт" термині қолданыла бастады. Норвегиялық циклон моделі Бірінші дүниежүзілік соғыстан кейін енгізілгеніне қарамастан, АҚШ 1942 жылдың соңына дейін, WBAN талдау орталығы Вашингтон қаласының орталығында ашылғанға дейін жер бетіндегі фронттарды ресми түрде талдамады. Карталарды автоматтандыру жұмысы 1969 жылы АҚШ-та басталды және 1970 жылдары аяқталды. Гонконг 1987 жылы автоматтандырылған жер бетін сызу процесін аяқтады. 1999 жылы компьютерлік жүйелер мен бағдарламалық қамтамасыздар спутниктік суреттерді, радарлық суреттерді және атмосфералық қалыңдық пен фронтогенез сияқты модельдік өрістерді бір жұмыс орнында жер бетін бақылау деректерімен біріктіретіндей жетілді, бұл жер бетін ең жақсы талдауға мүмкіндік берді. АҚШ-та бұл жетістік Intergraph жұмыс станциялары AWIPS жұмыс станцияларымен ауыстырылғанда қол жеткізілді. 2001 жылы Ұлттық метеорологиялық қызметте жасалған әртүрлі жер бетін талдаулар әр алты сағат сайын жарияланатын Бірыңғай жер бетін талдауға біріктірілді, ол төрт түрлі орталықтың талдауларын қамтиды. Метеорология және географиялық ақпараттық жүйелер саласындағы соңғы жетістіктер ауа райының нақты карталарын жасауға мүмкіндік берді. Ауа райы туралы ақпаратты тиісті географиялық ерекшеліктермен жылдам сәйкестендіруге болады. Мысалы, мұз жағдайларын жол желісіне бейнелеуге болады. Бұл жағдай алдағы бірнеше жылда жер бетін талдаудың жасалу және көрсетілу әдістерінде өзгерістерге әкелуі мүмкін.

The use of weather charts in a modern sense began in the middle portion of the 19th century in order to devise a theory on storm systems. The development of a telegraph network by 1845 made it possible to gather weather information from multiple distant locations quickly enough to preserve its value for real time applications. The Smithsonian Institution developed its network of observers over much of the central and eastern United States between the 1840s and 1860s. The U. S. Army Signal Corps inherited this network between 1870 and 1874 by an act of Congress, and expanded it to the west coast soon afterwards. The weather data was at first less useful as a result of the different times at which weather observations were made. The first attempts at time standardization took hold in Great Britain by 1855. The entire United States did not finally come under the influence of time zones until 1905, when Detroit finally established standard time. Other countries followed the lead of the United States in taking simultaneous weather observations, starting in 1873. Other countries then began preparing surface analyses. The use of frontal zones on weather maps did not appear until the introduction of the Norwegian cyclone model in the late 1910s, despite Loomis' earlier attempt at a similar notion in 1841. Since the leading edge of air mass changes bore resemblance to the military fronts of World War I, the term "front" came into use to represent these lines. Despite the introduction of the Norwegian cyclone model just after World War I, the United States did not formally analyze fronts on surface analyses until late 1942, when the WBAN Analysis Center opened in downtown Washington, D. C. The effort to automate map plotting began in the United States in 1969, with the process complete in the 1970s. Hong Kong completed their process of automated surface plotting by 1987. By 1999, computer systems and software had finally become sophisticated enough to allow for the ability to underlay on the same workstation satellite imagery, radar imagery, and model derived fields such as atmospheric thickness and frontogenesis in combination with surface observations to make for the best possible surface analysis. In the United States, this development was achieved when Intergraph workstations were replaced by n AWIPS workstations. By 2001, the various surface analyses done within the National Weather Service were combined into the Unified Surface Analysis, which is issued every six hours and combines the analyses of four different centers. Recent advances in both the fields of meteorology and geographic information systems have made it possible to devise finely tailored weather maps. Weather information can quickly be matched to relevant geographical detail. For instance, icing conditions can be mapped onto the road network. This will likely continue to lead to changes in the way surface analyses are created and displayed over the next several years.

Ауа райы карталарында қолданылатын станция моделі

Ауа райы картасын талдағанда, әрбір бақылау нүктесінде станция моделі белгіленеді. Станция моделі ішінде температура, нүктесі, желдің жылдамдығы мен бағыты, атмосфералық қысым, қысымның өзгеруі және қазіргі ауа райы көрсетіледі. Ортадағы шеңбер бұлттылықты көрсетеді; оның толтырылған бөлігі бұлттың жабықтық деңгейін көрсетеді. АҚШ-тан тыс елдерде температура мен нүктесі Цельсий градусында көрсетіледі. Желдің көрсеткіші желдің қай жақтан есіп келетінін көрсетеді. Жел көрсеткішіндегі әрбір толық ту желдің жылдамдығын, әрбір жарты ту желдің жарты жылдамдығын білдіреді. Желдің жылдамдығы сағатына жеткенде, әрбір сағат үшін толтырылған үшбұрыш қолданылады. АҚШ-та станция моделінің бұрышында көрсетілген жауын-шашын дюйммен өлшенді. Жауын-шашынның халықаралық стандартты өлшем бірлігі – миллиметр. Картада станция модельдерінің өрісі белгіленгеннен кейін, изобарлар (тең қысым сызықтары), изоаллобарлар (тең қысым өзгеру сызықтары), изотермалар (тең температура сызықтары) және изотақтар (тең жел жылдамдығы сызықтары) сызылады.

Синоптикалық масштабтың ерекшеліктері

Синоптикалық масштабтағы құбылыс – бұл өлшемдері кең ауқымды, ұзындығы бірнеше жүз шақырымнан асатын нысан.

Қысым орталықтары

Жер бетіндегі ауа райы талдауындағы жабық изобарлар ішінде кездесетін жоғары және төмен қысым орталықтары қысым даласының абсолютті максимумдары мен минимумдары болып табылады және пайдаланушыға бір қарағанда олардың айналасындағы ауа райының жалпы сипатын білдіре алады. Ағылшын тілінде сөйлейтін елдер ауа райы карталарында жоғары қысымды Hs, ал төмен қысымды Ls арқылы көрсетеді, ал испан тілінде сөйлейтін елдер жоғары қысымды As, төмен қысымды Bs арқылы көрсетеді.

Төмен қысым

Төмен қысым жүйелері, сондай-ақ циклон деп аталады, қысым даласының ең төмен нүктелерінде орналасқан. Криолис күшінің әсерінен солтүстік жарты шарда бетінде айналу ішке қарай және сағат тіліне қарсы бағытта, ал оңтүстік жарты шарда ішке қарай және сағат тілімен айналады. Циклон маңындағы ауа райы көбінесе тұрақсыз болады, бұлттылықтың артуы, желдің күшеюі, температураның жоғарылауы және атмосферадағы көтерілу қозғалысы байқалады, бұл жауын-шашынның ықтималдығын арттырады. Мұзды қаптан суық ауа келгенде, салыстырмалы түрде жылы мұхит суларының үстінде полярлық төмен қысым пайда болады. Жылырақ су жоғары қарай конвекцияны тудырады, төмен қысымның қалыптасуына және әдетте қар түрінде жауын-шашынға себеп болады. Тропикалық циклон және қысқы дауылдар – төмен қысымның қарқынды түрлері. Құрлықта жылулық төмен қысым жазда ыстық ауа райын көрсетеді.

Жоғары қысым

Жоғары қысым жүйелері, сондай-ақ антициклон деп аталады, солтүстік жарты шарда сыртқа қарай және сағат тілімен айналады, ал оңтүстік жарты шарда сыртқа қарай және сағат тіліне қарсы айналады. Жер бетіндегі жоғары қысым аймақтарында атмосфераның төмен қарай қозғалуы ауаны қысылу арқылы сәл жылытады, нәтижесінде аспан ашық болады, желдің күші әлсірейді және жауын-шашынның ықтималдығы төмендейді. Төмен түсетін ауа құрғақ болғандықтан, оның температурасын көтеру үшін аз энергия қажет. Егер жоғары қысым ұзақ сақталса, ауа ластануы жоғары қысыммен байланысты төмендеу қозғалысынан туындаған, жер бетіне жақын тұтқындалған зиянды заттардың жиналуына әкеледі.

Алдыңғы жақтары

Фронттар – метеорологияда әртүрлі тығыздыққа, ауа температурасына және ылғалдылығына ие ауа массаларының арасындағы шекаралар. Қатаң айтқанда, фронт – бұл градиенті өте жоғары алдыңғы аймақтың жылы жиегінде белгіленеді. Фронт белгілі бір нүктеден өткенде температураның, ылғалдылықтың, желдің жылдамдығы мен бағытының өзгеруімен, атмосфералық қысымның ең төменгі деңгейімен және бұлттардың пішінінің өзгеруімен (кейде жауын-шашынмен бірге) сипатталады. Суық фронттар суық ауа массасы жылжу кезінде, ал жылы фронттар жылы ауа массасы жылжу кезінде пайда болады, ал тұрақсыз фронт қозғалмайды. Фронттар төмен қысым орталықтарының айналасында оралып жатады, бұл солтүстік жарты шарда көрсетілген суретте бейнеленген. Ірі масштабта Жердің полярлық фронты – экватордан полюске дейінгі температура градиентінің күшеюі болып табылады, ол жылулық желдің тепе-теңдігіне байланысты биік тікпе жол ағынының негізін құрайды. Фронттар көбінесе батыстан шығысқа қарай жылжыса да, солтүстік-оңтүстік бағытта немесе тіпті шығыстан батысқа қарай ("қайта оралатын" фронт) жылжуы мүмкін, мұндай кезде ауа ағыны төмен қысым орталығының айналасында оралады. Фронталды аймақтар таулар және ірі су көлемі сияқты географиялық ерекшеліктердің әсерінен бұрмалануы мүмкін. Заманауи көзқарас бойынша, олар циклогенез кезінде бароклиндік аймақтың оралуы барысында тікелей қалыптасады және ағынның деформациясы мен циклон айналасындағы айналуынан ұзарады. Жабық фронттар ауа райы картасында қозғалыс бағытын көрсететін жарты шеңберлер мен үшбұрыштармен алмастырылған қызғылт түсті сызықпен белгіленеді, яғни жылы және суық фронттардың түстері мен белгілерінің араласуымен. Жабылулар жылы және суық типтерге бөлінеді. Суық жабылуда жылы фронтты басып өтетін ауа массасы, жылы фронттың алдындағы суық ауадан салқын болып, екі ауа массасының астына енеді. Жылы жабылуда жылы фронтты басып өтетін ауа массасы, жылы фронттың алдындағы суық ауа сияқты салқын болмайды, керісінше суық ауа массасының үстінен өтіп, жылы ауаны көтереді. Жабық фронттар ауа райы картасында қозғалыс бағытын көрсететін жарты шеңберлер мен үшбұрыштармен алмастырылған қызғылт түсті сызықпен белгіленеді.

Fronts in meteorology are boundaries between air masses that have different density, air temperature, and humidity. Strictly speaking, the front is marked at the warmer edge of a frontal zone where the gradient is very large. When a front passes over a point, it is marked by changes in temperature, moisture, wind speed and direction, a minimum of atmospheric pressure, and a change in the cloud pattern, sometimes with precipitation. Cold fronts develop where the cold air mass is advancing, warm fronts where the warm air is advancing, and a stationary front is not moving. Fronts classically wrap around low pressure centers as indicated in the image here depicted for the northern hemisphere. On a larger scale, the Earth's polar front is a sharpening of the general equator to pole temperature gradient, underlying a high altitude jet stream for reasons of thermal wind balance. Fronts usually travel from west to east, although they can move in a north south direction or even east to west (a "backdoor" front) as airflow wraps around a low pressure center. Frontal zones can be distorted by such geographic features as mountains and large bodies of water. A more modern view suggests that they form directly during the wrap up of the baroclinic zone during cyclogenesis, and lengthen due to flow deformation and rotation around the cyclone. Occluded fronts are indicated on a weather map by a purple line with alternating half circles and triangles pointing in direction of travel: that is, with a mixture of warm and cold frontal colors and symbols. Occlusions can be divided into warm vs. cold types. In a cold occlusion, the air mass overtaking the warm front is cooler than the cool air ahead of the warm front, and plows under both air masses. In a warm occlusion, the air mass overtaking the warm front is not as cool as the cold air ahead of the warm front, and rides over the colder air mass while lifting the warm air. Occluded fronts are indicated on a weather map by a purple line with alternating half circles and triangles pointing in direction of travel.

Тұрақты фронттар мен қиып-сүйгіш сызықтар

Тұрақты фронт – екі түрлі ауа массасының арасындағы жылмайтын шекара. Олар көбінесе ұзақ уақыт бойы бір аймақта қалып, кейде толқын тәрізді иіліп тұрады. Ауа массаларының температурасы теңелген кезде, тұрақты фронттардың көлемі кішірейіп, жел бағытының қысқа аралықта өзгеретін тар аймаққа дейін ыдырайды, бұл қиғаш сызық деп аталады және бір-бірімен алмасатын нүктелер мен штрихтардан тұратын көк түсті сызық ретінде көрсетіледі.

Мезошаңдылық ерекшеліктері

Мезомасштабтық құбылыстар фронттар сияқты синоптикалық масштабтағы жүйелерден кіші, бірақ найзағайлар сияқты дауылдық масштабтағы жүйелерден үлкен. Көлденең өлшемдері әдетте он километрден бірнеше жүз километрге дейін жетеді.

Құрғақ желі

Құрғақ сызық – бұл Роки таулары сияқты бір бағытта орналасқан тау тізбектерінің шығысындағы құрғақ және ылғалды ауа массаларының арасындағы шекара. Ол шөл нүктесінің немесе ылғал градиентінің алдыңғы жиегінде көрсетіледі. Жер бетіне жақын, жылы ылғалды ауа, жылы құрғақ ауадан тығыз болғандықтан, суық фронттың жылы ауаның астына кіргені сияқты, құрғақ ауаның астына еніп кіреді. Құрғақ массаның астындағы жылы ылғалды ауа қызғанда, тығыздығы азайып, көтеріліп, кейде нөсер жауады. Күндіз құрғақ ауа жоғарыдан төменге қарай жылжып, құрғақ сызықтың шығысқа қарай илеуіне себеп болады. Түнде шекара батысқа қарай қайтады, себебі төменгі атмосфераны араластыруға көмектесетін күн сәулесі болмайды. Егер құрғақ сызыққа жеткілікті ылғал жиналса, ол күндізгі және кешкі нөсерлердің ошағы болуы мүмкін. АҚШ-тың жер бетінің талдауларында құрғақ сызық ылғалды секторға қарай иілген шұбарлар немесе дөңгелектер бар қоңыр сызық түрінде бейнеленеді. Құрғақ сызықтар – бұл сызылған шекарадағы ерекше пішіндер шекараның қозғалыс бағытын міндетті түрде көрсетпейтін сирек кездесетін жер беті фронттарының бірі.

Ағынды шекаралар мен дауыл сызықтары

Дауылды ауа райының жиынтық аймақтары ғана емес, бұрыннан бар фронталдық аймақтарды күшейтеді, сонымен қатар суық фронттан озады. Осы озу жоғары деңгейдегі қанағаттың екі арнаға бөлінуімен жүреді. Нәтижесіндегі мезомасштабты конвекциялық жүйе (МКС) жел үлгісіндегі жоғары деңгейдің бөліну нүктесінде, ең жақсы төменгі деңгейдегі ағын аймағында қалыптасады. Содан кейін конвекция шығысқа және экваторға қарай жылы секторға, төменгі деңгейдегі қалыңдық сызықтарына параллель қозғалады. Конвекция күшті және түзу немесе иісті болған кезде, МКС шквалдық желі деп аталады, ал осы ерекшелік маңызды желдің өзгеруі мен қысымның көтерілуі болатын алдыңғы жиегінде орналасады.

Теңіз және құрлық желінің фронттары

Теңіз желдеткіштері күн ашық күндері құрлық ауасын судан жоғары температураға дейін жылытқанда пайда болады. Ұқсас шекаралар күндіз көлдер мен өзендердің ар жағында, ал түнде жағалаудағы құрлық аймақтарында қалыптасады. Судың жылу сыйымдылығы өте жоғары болғандықтан, тіпті ең күн сәулесі мол күндерде де су температурасы күндізгі уақытта аз өзгереді. Су температурасы салыстырмалы түрде тұрақты болса, жердің жылу сыйымдылығы төмен болғандықтан, бірнеше сағаттың ішінде бірнеше градусқа дейін өзгеруі мүмкін.

Төменгі рефлексивтілік өзегі

Төмен түсетін рефлексиялық өзек (DRC) – суперклеткалық дауылдарда байқалатын метеорологиялық құбылыс. Ол дауылдың төменгі қабаттарына эхо-оверхеннен төмен түсетін, локальды, кішкентай аумақты, радарлық рефлексиясы күшейген аймақпен сипатталады.