« Любите метеорологию, изучайте метеорологию ежесекундно,
относитесь к метеорологии как к синтезу науки и искусства,
поверьте, господа, она этого достойна…»
Самая наболевшая проблема в практической метеорологии – это анализ и проведение атмосферных фронтов. Фактически с момента их открытия в 1878г. Ли и Кеппеном т.н. «линии шквалов», а в 1919г. фронта окклюзии Бержероном, для практикующего синоптика принципиально ничего не изменилось. Фундаментальная наука ходит по кругу «невыполнимых» задач по типу вечного двигателя, а доступного, логичного, основанного на научном фундаменте и самое главное – оперативно помогающего в практической деятельности дежурного синоптика метода пока нет. Все научные и учебные издания, как только дело доходит до конкретного проведения фронтальных систем, оперируют выражениями «вероятно» по типу модного на сегодняшний день «highly likely». Какой же вывод? Мне кажется, что в ближайшей и среднесрочной перспективе мы, практикующие метеорологи, вряд ли дождемся от ученых мужей какого либо внятного рабочего метода. Во-первых, над ними «не капает», а во-вторых, по словам известного и популярного физика Лоуренса Краусса: «Большинство физиков следует тому же правилу, которое позволяет голливудским продюсерам приумножать уже полученные результаты: « Эксплуатируйте это, пока оно работает, а потом сделайте ремейк и эксплуатируйте дальше» (Лоуренс Краусс, «Страх физики. Сферический конь в вакууме», «Питер», Санкт-Петербург, 2017г.) Фактически нам предлагают ждать у моря погоды с туманными перспективами искусственного интеллекта. Далее следует вполне конкретный вопрос: «Что делать?» Как говорил один известный классик: «Мы пойдем другим путем!»
В последующем повествовании автор кратко и пошагово попробует донести до метеорологической общественности самый простой и доступный метод анализа и проведения атмосферных фронтов, наработанный мной и моим коллегой Мозиковым Б.В. за многолетнюю практику обработки синоптического материала и обучения начинающих метеорологов. Данный текст предназначен для узкой аудитории практикующих специалистов или занимающихся преподавательской деятельностью. Поэтому, если вдруг эти строки читает случайный обыватель, не знающий, почему для детализации анализа фронтов приоритетней использовать карту АТ-850, а не ОТ-500/1000, но проблема его действительно интересует, то я посоветую, не теряя времени изучить теорию вопроса. Достаточно информации в профильных учебных изданиях и, конечно, в Интернете. Рекомендую начать с лекций Гущиной Д.Ю. (Дарье Юрьевне низкий поклон).
ШАГ №1. Пропускаем все подробности получения метеорологической информации. Представим, что перед нами лежит комплект карт, в который входят синоптическая карта, АТ-850, АТ-700, АТ-500 и ОТ-500/1000 с одной наноской за 30.10.2019г. Далее разговор пойдет исключительно о варианте ручной обработке синоптического материала, т.к. он наиболее предпочтительнее для синоптиков с опытом и исключает ряд механических ошибок.
Начинаем анализ с карты АТ-850. Данная карта является ключевой для дальнейшего анализа. Представьте себе,что несколько синоптиков одновременно обрабатывают вручную АТ-850. Вопрос, как вы думаете, сколько будет вариантов обработки? Правильно, сколько синоптиков, столько будет и вариантов обработки. И какой выбрать для дальнейшего анализа? И может в данном случае вообще не будет правильного. Проблема при обработке АТ-850 заключается в том, что поле давления и температуры формируются синоптиками совершенно независимо друг от друга, что является грубейшей ошибкой. Задача состоит не только в правильном проведении изолиний, но и в правильном согласовании полей ветра, давления и температуры между собой. Но вернемся к карте. Информация, представленная на карте: давление в г. п. м., температура, температура точки росы , сила и направление ветра. Проводим изогипсы через 4г.п. м. На что обратить внимание – поле давления (изогипс) должно быть ОБЯЗАТЕЛЬНО СОГЛАСОВАНО с полем ветра, особенно в районах циклонической деятельности и барических ложбин. Если кто забыл теорию, то открываем «библию» всех метеорологов, учебник Зверева А.С. «Синоптическая метеорология», Гидрометеоиздат, Ленинград,1968г. (или любое другое издание данного учебника), протираем пыль и открываем раздел 5.2 «Действительный ветер».Читаем: «в связи с влиянием трения направление ветра в приземном слое отклонено от касательной к изобаре (изогипсе) в сторону низкого давления на угол около 30гр.». Пример проведения изогипс на карте АТ-850 представлен на рис.1. Они проведены черным цветом сплошной линией. Итак, провели по всем правилам проведения изолиний при помощи методов экстраполяции и интерполяции, проверили.
Рис.1 Согласование между собой на карте АТ-850мб полей ветра,давления и температуры. Определение опорных точек.
Проводим изотермы через 2 градуса красным тонко заточенным карандашом. Обращаем внимание на то, что станций с данными катастрофически мало, поэтому при проведении изотерм НЕОБХОДИМО кроме соблюдения правил проведения изолиний производить СОГЛАСОВАНИЕ поля температуры с полем давления. Каким образом? В очередной раз открываем учебник Зверева А.С. «Синоптическая метеорология» раздел 7.3 «Особенности барического поля и поля тенденций у фронтов» смотрим рис.7.9. На нем показана термобарическая схема циклона, правда приведены данные с карт АТ-700 и ОТ-500/1000, но сути это не меняет. ТЕРМОБАРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ – это комбинация ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ полей температуры и давления воздуха в атмосфере (Хромов С.П. «Метеорологический словарь», Гидрометеоиздат, Ленинград, 1974г.). Ключевое слово в этом определении «ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ». Т.е. если мы наблюдаем на карте циклон или хорошо выраженную барическую ложбину со своей локальной циклонической циркуляцией, то поле температуры в этой ситуации ОБЯЗАТЕЛЬНО должно описывать теплый сектор, мы должны при проведении изотерм «отработать» ярко выраженный гребень тепла с осью, проходящей через центр циклонической циркуляции.
ТЕПЛЫЙ СЕКТОР – часть циклона, заключенная между теплым и холодным фронтами. (Хромов С.П., «Метеорологический словарь»)
При согласовании полей давления и температуры, т.е. выстраивая термобарическую модель, мы должны осознанно понимать, что циклоническая циркуляция и гребень тепла (теплый сектор) это явления ВЗАИМОЗАВИСИМЫЕ. Особое внимание обращаем на опорные элементы для анализа и проведения фронтов. А именно, на р-ны формирования циклонических барических образований и зон сгущения изотерм (линии основных фронтов). Поле давления и поле температуры НЕ СУЩЕСТВУЮТ каждое само по себе. Еще раз повторяю, они ВЗАИМОЗАВИСИМЫ, а ось гребня тепла, фактически всегда проходит через центр циклонической циркуляции. И если на вашей карте этой зависимости нет, то ищите ошибку и исправляйте. Потому что несогласованная карта АТ-850 в дальнейшем НЕ ПРИГОДНА для анализа и проведения фронтов. И над вами потенциально будет «висеть» вопрос от коллег: «Почему фронты режут изотермы?». Для новичков на начальном этапе это будет вызывать определенные трудности, но с увеличением практики это должно стать автоматическим действием.
И так, мы с вами на карте АТ-850 провели изолинии и согласовали между собой поля ветра, давления и температуры. Проверили, все правильно. Приступаем к анализу.
Рис. 2 Перенос фронтальных систем и опорных точек с карты АТ-850мб на кольцевую карту.
МЕТОД ЩУКИНА-МОЗИКОВА
ШАГ №2. Приступаем к анализу. Обращаем особое внимание на зоны циклонов и барических ложбин и как они взаимодействуют с полем температуры. Какие элементы поля температуры нас интересуют в первую очередь? Их два. Во-первых, это линии сгущения изотерм и во-вторых, описываемые ими ярко выраженные гребни тепла. Если мы грамотно и правильно провели предварительную обработку, то проведенные мысленно оси гребней тепла всегда должны проходить через центр циркуляции циклона или барической ложбины. Точка пересечения оси гребня тепла с серединой линии сгущения изотерм всегда будет являться вершиной волны в циклонах 1 и 2 стадии развития или точкой окклюзии циклона 3 стадии развития. Отметим их на карте АТ-850 и подписываем их простым карандашом «Точка №1» и т.д.. Это будут наши «ОПОРНЫЕ ТОЧКИ». Они безусловно и доказательно находятся в тех местах, где мы их обозначили. Прошу отметить, что линия сгущения изотерм у циклона 3 стадии развития проходит не через центр, как у циклонов 1 и 2 стадии, а по периферии. Используя наши отмеченные ОПОРНЫЕ ТОЧКИ как вершины волны или как точку окклюзии, нам остается только провести основные фронты вдоль линии изотерм, анализируя основные признаки фронтальных разделов (барические ложбины, сдвиг ветра, контраст температуры и зоны влажности), грамотно отмечая смену знака. Фронт окклюзии проводится от центра циклона вдоль оси гребня тепла до точки пересечения с линией сгущения изотерм (стык теплого и холодного фронта или точки окклюзии). Оставляем наши фронты в простом карандаше. Отмечаем географические координаты наших опорных точек и переходим к приземной карте.
ШАГ №3. На синоптической карте проводим, применяя правила проведения изолиний, изобары через 5мб простым карандашом. Проверили. Обращаем особое внимание на зоны циклонов и ярко выраженных барических ложбин. Переносим при помощи географических координат, с карты АТ-850 отмеченные нами ОПОРНЫЕ ТОЧКИ. Нашли их расположение на приземной карте и отмечаем их простым карандашом. В 90% случаев в этих районах мы наблюдаем области пониженного давления. При варианте размытого барического поля попробуйте провести промежуточные изобары по минимальным значениям давления. Наверняка обнаружите замкнутую циклоническую циркуляцию. Проводим анализ и определяем стадии развития циклонов. Опорные Точки, расположенные в центрах циклонов 1и 2 стадии развития, обозначают вершину волны и будут фактически совпадать с центром циклонической циркуляции. При варианте циклона 3 стадии развития отмеченная ОПОРНАЯ ТОЧКА будет располагаться на периферии циклона, в ярко выраженной ложбине рядом с зоной максимального падения давления и через которую проходит линия сгущения изотерм на карте АТ-850. После того, как все ОПОРНЫЕ ТОЧКИ нанесены и проанализированы, приступаем к предварительному проведению основных фронтов. Согласовываем их траекторию с направлением изотерм карты АТ-850, основных и косвенных признаков фронтальных зон (кто не их не знает, не должен занимать должность синоптика). Очень хорошим подспорьем является карта вертикальных движений, не заслуженно игнорируемая практикующими синоптиками. Провели фронты простым карандашом, проверили всю свою работу еще раз. ИТОГ: на карте АТ-850 мы с вами согласовали между собой поля ветра , давления и температуры. Провели анализ и наметили простым карандашом фронтальные линии при помощи ОПОРНЫХ ТОЧЕК. Затем по основным признакам провели фронты на приземной карте, согласовывая их положение с АТ-850. Если у вас все получилось, то хорошо. Если нет, то пошагово ищите ошибку. Проявите внимательность, наверняка какие-то значимые элементы или данные вы упустили. У многих может возникнуть вопрос о так называемом «сдвиге» между линией фронтов на приземной карте и ее проекцией с карты АТ-850. Я считаю, что на разных участках фронтальной линии скорость смещения различна. Поэтому величина сдвига будет отличаться, а если еще принять во внимание масштаб рабочих карт, на которых в данный момент работают большинство синоптиков, сдвиг будет составлять величину равную 0,5-1см, что соответствует величине допустимой погрешности (еще один поклон Гущиной Д.Ю.). Поэтому, траектории фронтов примерно должны совпадать на приземной карте и АТ-850, распечатанных на формате А3.
Рис.3-6 Окончательный вариант обработки комплекта карт за 30.10.2019г.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Помните, что каждый элемент, нанесенный вами на метеорологическую карту, должен быть доказан согласно его основным признакам. Все процессы в атмосфере подчиняются ТОЛЬКО законам физики. И никакая самодеятельность здесь недопустима. Конечно, грамотное и согласованное проведение атмосферных фронтов и их анализ у молодых синоптиков вызывает некоторые трудности. Но запомните, квалифицированный специалист получается в результате многолетней практики и километрами проведенных вручную изолиний, а не работой "под фанеру", подкрашивая чужие карты на уровне ясельной группы. При этом формируются навыки логического и абстрактного мышления. Самое трудное в работе практикующего синоптика, положив перед собой свежий материал, заставить себя думать. Делайте все своими руками и никогда не доверяйте чужому анализу. Ошибки допускают все, даже на картах «Синоптической метеорологии» Зверева А.С. есть неточности в проведении фронтов. Я всегда был противником фразы в среде коллег: «Сколько синоптиков столько и вариантов проведения фронтов». Нет, вариантов может быть бесконечное множество, но правильный только один, основанный на законах физики атмосферы, синоптической метеорологии и многолетней практике. Покажите мне свой синоптический материал, и я скажу какой вы синоптик.
24.08.2020г. С уважением ст. л-т Щукин С.В.
P.S.: Приношу свои извинения за качество изображений. Емкость карт очень большая, поэтому вставил как смог. Хотелось опубликовать именно в день ВМО. Вышлю файлы на ваш E mail. Пишите на alsaas@mail.ru.
