Учение об атмосфере / метеор / Часть3

действие электрических разрядов. При этом погрешность измерений должна сохраняться в следующих пределах: для температуры ±0,5 °С, для влажности ±5 %, для давления ±1 гПа.

Воздушный шар, используемый для подъема радиозон­ да, представляет собой наполненную водородом или гели­ ем оболочку. В нашей стране используются оболочки диа­ метром в нераздутом состоянии 10, 20, 30, 100, 150 и 200 см, обозначаемые соответственно номерами 10, 20, 30, 100,150,200.

При подъеме шара с уменьшением атмосферного давле­ ния оболочка сильно растягивается. Так, оболочка № 200 на предельной высоте имеет разрывной диаметр 850 см. Поэтому она должна обладать эластичностью, прочностью

и сохранять эти свойства в диапазоне температур от +50 до

-70 °С при влажности воздуха от 100 до 0 %, при разру­ шающем воздействии сильного ультрафиолетового излуче­ ния Солнца. Этим требованиям в достаточной степени удовлетворяет латекс (на основе синтетического каучука), из которого изготавливают оболочки.

Для подъема радиозондов используются оболочки № 150-200, обеспечивающие подъем на высоту 30-35 км при скорости подъема 200-300 м/мин. Зонд подвешивается

кободочке на шнуре длиной 12 м.

С1986 г. в нашей стране применяется аэрологический информационно-вычислительный комплекс ABK-I, в со­ став которого входят: наземная радиолокационная станция слежения за активной мишенью (радиозонд, излучающий радиосигналы), аппаратура предполетной проверки техни­ ческих характеристик радиозондов, мини-ЭВМ и радиозон­ ды МРЗ-2 для радиоветрового зондирования и МРЗ-ЗА для температурно-ветрового зондирования (измеряет темпера­ туру, влажность воздуха; величина атмосферного давления рассчитывается по барометрической формуле). Датчиком температуры служит терморезистор, датчиком влажности - органическая пленка. Пространственные координаты зонда, необходимые для определения скорости и направления ветра, получают на основании измеренных радиолокатором азимута, вертикального угла и наклонного расстояния от антенны локатора до радиозонда. Результаты измерений

метеорологических величин радиозонд передает в закоди­ рованном виде по радио на наземную станцию. Дальность действия радиолокатора до 300 км.

Вычислительный комплекс обрабатывает поступающую от зонда информацию и выдает ее в виде распечатки на бу­ мажной ленте, на которой дается следующая информация: температура и влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра на уровне станции; далее, по мере подъема зонда до 6 км, все указанные характеристики даются через каждые 200 м, на высотах более 6 км - через каждый километр, а также для всех стандартных изобари­ ческих поверхностей. Даются высоты, соответствующие особым точкам, т.е. переломным точкам на графиках вер­ тикальной стратификации измеряемых характеристик.

Для исследовательских целей практикуется сбрасывание радиозондов на парашюте с самолетов, аэростатов. На не­ которых станциях, на временных аэродромах, в экспедици­ ях при отсутствии радиолокатора ветровое зондирование выполняют визуальным (оптическим) методом. Скорость и направление ветра на разных высотах определяют по тра­ ектории шара-пилота, в качестве которого используются оболочки № 10, 20, 30 белого, красного, черного цвета, в зависимости от состояния неба. При однопунктном способе специальным шар-пилотным теодолитом через равные промежутки времени (0,5-1 мин) измеряют азимут и верти- "тльный угол на шар, и при известной скороподъемности шара и времени подъема определяют его высоту, а затем и координаты. Допущение о постоянстве скорости подъема шара может приводить к существенной погрешности. Эта погрешность исключается при засечках шара-пилота двумя 1 еодолитами с концов базиса.

Шар-пилотный метод неприменим в облачную погоду, и даже в ясную погоду высота зондирования ограничивается 5-7 км.

3.10.4.АЭРОСТАТНОЕ

ИСАМОЛЕТНОЕ ЗОНДИРОВАНИЯ

Аэростатное н самолетное зондирования атмосферы являются разновидностью аэрологического зондирования и применяются в основном в научно-исследовательских целях.

Аэростат - летательный аппарат легче воздуха, пла­ вающий в атмосфере, благодаря подъемной силе заключен­ ного в оболочке водорода, иногда гелия. Аэростат, предна­ значенный для полетов в стратосфере, называется страто­ статом.

Подъем измерительной аппаратуры на аэростатах с це­ лью изучения пространственных и временных изменений значений различных метеорологических величин называет­ ся аэростатным зондированием. Аэростаты могут исполь­ зоваться для подъема научных приборов с наблюдателями и только приборов. В состав поднимаемых приборов входят метеорограф (самописец, на одной ленте синхронно реги­ стрирующий температуру, влажность воздуха, давление, характеристики ветра) и другие приборы в зависимости от программы исследований, например, для измерения водно­ сти облаков, для взятия облачных капель, аэрозоля и др. В определенные сроки приборы с накопленной информацией на парашютах доставляются на землю.

Для зондирования применяются свободные и привязные аэростаты. Свободные аэростаты способны дрейфовать, находясь на одном уровне в течение месяца и более (транс­ зонды). Трансзонд, перемещаясь с окружающим его возду­ хом на большие расстояния на заданной изобарической по­ верхности, дает возможность изучать процесс трансформа­ ции воздушной массы на пути ее адвекции. Прослеживая траекторию свободного аэростата со спутников, получают сведения о ветре на высотах, что особенно важно для изу­ чения воздушных потоков над океанами, где аэрологиче­ ские данные, получаемые с помощью радиозондов, практи­ чески отсутствуют. В настоящее время запуски свободных аэростатов до высот 30-35 км производятся регулярно от арктических широт до Антарктиды.

В отличие от свободного аэростата привязной аэростат имеет обтекаемую форму и удерживается на месте тросом, связывающим его с землей. Привязной аэростат служит для подъема метеорографов и других приборов на высоты в пределах слоя трения и позволяет получать сведения о со­ стоянии атмосферы на различных уровнях, через которые он поднимается и опускается, или в одной точке атмосферы с определенными, координатами. Преимуществом этого ме­ тода является возможность длительных измерений на уров­ не подъема измерительных приборов.

Исследование атмосферы с помощью самолетов, обору­ дованных измерительной аппаратурой, называется само­ летным зондированием. Современный самолет-зондиров- щик представляет собой комплексную летающую лабора­ торию, оснащенную разнообразной измерительной аппара­ турой, которая позволяет одновременно измерять значения большого количества параметров атмосферы, а также про­ водить визуальные наблюдения за атмосферными явления­ ми. Обработка результатов производится по мере поступ­ ления данных с помощью бортовой ЭВМ. Приборами реги­ стрируются температура, влажность, давление; проводятся наблюдения за облачностью, обледенением, микрострукту­ рой облаков, водностью облаков, турбулентностью («бол­ танка»), радиационно-оптические наблюдения, определя­ ются характеристики аэрозоля и др.

В последние годы у нас и за рубежом самолеты - метео­ рологические лаборатории СМЛ - используются главным образом для целевых исследований; для изучения микро­ физики облаков, атмосферной турбулентности, строения фронтов, циклонов (в том числе - тропических). При поле­ тах представляется возможность изучать от микро- и мезомасштабных явлении в атмосфере до размеров синоптиче­ ского масштаба.

Наиболее распространены следующие виды зондирования: а) горизонтальные полеты на малых высотах, которые проводятся, например, для исследования пограничного слоя, разведки погоды, измерений загрязнения атмосферы; б) высотные горизонтальные полеты, в которых полу­ чают данные об изменении наблюдаемых параметров на

выбранном фиксированном уровне;

3 04 Глава 3. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ_ПРИБОРЬ[

в) вертикальное зондирование, при котором получают данные о вертикальной стратификации различных парамет­

ров воздуха.

При вертикальном зондировании самолет набирает вы­ соту, перемещаясь по спирали (обычно от 0,5 до 7-9 км), делая горизонтальные площадки продолжительностью 2-3 мин с шагом по высоте от 100 до 1000 м.

Горизонтальное зондирование, в зависимости от постав­ ленной задачи, может иметь протяженность 1000 км и более. Полеты при изучении циклонов, в том числе тропических, проводятся по двум взаимно-перпендику­ лярным трассам, проходящим через центр барического об­ разования.

3.10.5. РАКЕТНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ

Ракетное зондирование применяется для изучения верхних слоев атмосферы, которая условно подразделяется на среднюю и верхнюю. Первая включает в себя страто­ сферу и мезосферу, т.е. слой от 15-20 до 80-100 км, в кото­ ром располагается большая часть озоносферы и нижней ионосферы. В верхнюю атмосферу входят термосфера и экзосфера.

Для изучения средней атмосферы используются метеоро­ логические ракеты, поднимающиеся на высоту до 80-100 км. Они могут быть жидкостно- и твердотопливными. Основ­ ными параметрами, измеряемыми с помощью метеорологи­ ческих ракет, являются: давление, температура, плотность и газовый состав воздуха. В зависимости от программы иссле­ дований могут измеряться и другие характеристики..

Для изучения верхней атмосферы применяются мощные геофизические ракеты, поднимающиеся до высот более 100-150 км. Производятся измерения интенсивности сол­ нечного и космического излучения, оптических свойств воздуха, его термодинамических и электрических свойств, магнитного поля Земли. Наряду с ракетным зондировани­ ем, относящимся к прямым методам измерений, для изуче­ ния верхней атмосферы применяются и косвенные методы с использованием радиолокации, метеолидаров (лазерных локаторов), СВЧ, оптической техники, а также искусствен­ ных спутников Земли.

]^±н=90-^2 км

Рис. 3.43. Схема запуска и траектории полета метеорологической ракеты М-100Б

Система ракетного зондирования состоит из самой раке­ ты, оснащенной измерительными приборами, и наземного измерительного комплекса, под которым понимается сово­ купность наземных радиотехнических средств, предназ­ наченных для приема радиотелеметрической информации

о параметрах атмосферы и для измерения координат ракеты во время полета. Доставка приборного контейнера на зем­ лю происходит с помощью парашюта (см. рис. 3.43).

3.10.6. СПУТНИКОВАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ

Спутниковая метеорология ~ это раздел метеороло­ гии, в котором рассматриваются методы исследования ат­ мосферных процессов планетарного масштаба с помощью искусственных спутников Земли (ЙСЗ), специально обору­ дованных и выведенных на определенные орбиты, - метео­ рологических спутников. Первая задача спутниковой ме­ теорологии — получение информации о состоянии атмосфе­ ры у земной поверхности и в тропосфере на больших про­ странствах; вторая - разработка методов применения этой информации для анализа атмосферных процессов, прогноза погоды и изучения климата.

Спутниковая метеорология относится к космической подсистеме получения данных о состоянии природной сре­ ды, в ней используются дистанционные методы измерений без прямого контакта с объектом изучения.

Метеорологический спутник - это искусственный спут­ ник Земли, оснащенный комплексом аппаратуры для на­ блюдения за атмосферой, подстилающей поверхностью, а также для накопления информации и передачи ее на Землю.

Применяются три вида спутников по расположению ор­ бит относительно Земли: экваториально-орбитальные, по­ лярно-орбитальные, наклонно-орбитальные. Экваториаль­ но-орбитальный спутник движется по орбите в плоскости экватора на высоте 35810 км, его период обращения равен периоду суточного вращения Земли. Поэтому он находится все время над одним и тем же пунктом Земли и называется геостационарным ИСЗ. Такие спутники используются для наблюдения за облачностью и подстилающей поверхно­

стью в глобальном масштабе.

Плоскость орбиты полярно-орбитального спутника про­ ходит через полюсы. Обычно такие спутники находятся на высоте 800 км и имеют период обращения 1,5 ч, по мере вращения Земли он способен «видеть» любую точку Земли два раза в сутки. Наклонно-орбитальные ИСЗ «обозревают»

полосу земной поверхности шириной в зависимости от угла наклона плоскости орбиты. Эти разновидности ИСЗ допол­ няют друг друга. Информация, получаемая со спутника, условно делится на две группы.

К первой группе относятся изображения облачности и подстилающей поверхности, получаемые обзорной аппара­ турой. Обзорная аппаратура состоит из телевизионной (ТВ) и инфракрасной (ИК) систем спутника. Эти системы произ­ водят съемку атмосферы и подстилающей поверхности как на дневной (с помощью ТВ), так и на ночной (только ИК) стороне Земли.

Вторую группу составляют радиационные измерения. Актинометрическая (иди радиационная) аппаратура обес­ печивает измерение радиационного баланса Земля - атмо­ сфера, температуры суши, океанов, верхней границы обла­ ков. Посредством спектральных радиационных измерений получают сведения о вертикальной стратификации темпе­ ратуры, влажности воздуха и других параметров. Для спек­ тральных измерений используются многоканальные спек­ трометры, измеряющие радиацию в нескольких спектраль­ ных участках выбранного диапазона волн.

Наиболее используемым видом спутниковой информа­ ции являются телевизионные и инфракрасные изображения облачного покрова, получаемые через каждые 30 мин. Этот вид метеорологической информации широко используется в повседневной работе синоптиков для прогнозов погоды, по­ зволяет оценить синоптическую ситуацию в различных рай­ онах земного шара и в первую очередь над районами, где наблюдательная наземная сеть очень редка или отсутствует (малонаселенные районы, Мировой океан). Эти изображения позволяют своевременно обнаружить такие опасные явле­ ния, как тропические ураганы, и проследить их траекторию.

Изучение изображений облачности на спутниковых снимках называется нефанализом. Нефанализ позволяет определить типы облачности: кучевоообразные, слоистообразные, слоисто-кучевообразные, перистообразиые, кучеводождевые, мощные кучевые и их сочетания.

В отличие от наземных наблюдений за облаками, кото­ рые ограничиваются светлым временем суток, по данным спутниковых снимков можно проследить эволюцию обла­ ков в суточном ходе.

Используя результаты нефанализа в сочетании с данными наземных наблюдений, синоптики получают возможность определять положения фронтов, циклонов, антициклонов и проследить их эволюцию. По характеру облачности полу­ чают информацию об устойчивости воздушных масс.

Сопоставляя снимки облачности в хронологическом по­ рядке, определяют скорости и направление ветров на больших пространствах.

Современные методы позволяют со спутников опреде­ лять высоту верхней границы облаков, но имеются трудно­ сти с получением сведений о многоярусной структуре об­ лаков и определением высоты нижней границы облаков.

Снимки из космоса широко используются в системе мо­ ниторинга экологического состояния приземных слоев ат­ мосферы.

Прием метеорологической информации, поступающей со спутников, осуществляется на специально оборудован­ ных наземных комплексах, откуда по каналам связи она передается в соответствующие подразделения гидрометслужбы для использования в оперативной работе.

В настоящее время метеорологические спутники не в состоянии заменить наземные метеорологические и аэроло­ гические наблюдения. Поэтому Всемирная .служба погоды и наша отечественная успешно сочетают наземные (пря­ мые) и спутниковые (дистанционные) методы наблюдений как взаимно дополняющие друг друга. Усовершенствова­ ние спутниковых систем зондирования атмосферы направ­ лено на повышение точности измерений и разрешающей способности по высоте слоя атмосферы, дистанционного метода определения глобальных полей метеоэлементов.

3.11. НАБЛЮДЕНИЯ ЗА УРОВНЕМ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

Развитие промышленности и транспорта приводит к увеличению поступления вредных веществ в атмосферу. Вредные вещества, поступающие в атмосферу в результате человеческой деятельности, можно условно разделить на основные и специфические. К основным относятся: дву­ окись серы или сернистый газ (S02), окись углерода (СО),

двуокись азота (NO2) и пыль, к специфическим - сероводо­ род и сероуглерод (выбросы предприятий искусственного волокна), фтористый водород (алюминиевая промышлен­ ность) и некоторые другие.

Критерием оценки уровня загрязнения атмосферы яв­ ляются предельно допустимые концентрации (ПДК), утвержденные Министерством здравоохранения и социаль­ ного развития.

Сеть службы контроля загрязнения атмосферы состоит из стационарных и передвижных наблюдательных постов. Стационарный пост размещается в типовом павильоне (рис. 3.44), оснащен аппаратурой для отбора проб воздуха, измерения и регистрации содержания определенных при­ месей в атмосфере, а также приборами для производства необходимых метеорологических измерений. Забор проб на газовые примеси производится на высоте 3-4 м, а пробы на пыль и сажу берут на высоте 1,5 м.

Передвижной наблюдательный пост размещается на ав­ томашине и предназначен для проведения периодических измерений в отдельных пунктах, расположенных вдоль оп­ ределенного маршрута (маршрутные измерения) и под фа­ келами труб, через которые производятся промышленные выбросы (подфакельные измерения).

Число стационарных постов в городе (населенном пунк­ те) назначается в зависимости от численности населения, площади, рельефа, развития промышленности и транспорта.

Систематические наблюдения за загрязнением атмосфе­ ры проводятся в 1; 7; 13; и 19 ч декретного времени.

Передвижным постом маршрутные наблюдения прово­ дятся в случаях, когда в городе стационарных постов не­ достаточно, либо при необходимости более детального об­ следования какого-либо района. При обследовании отдель­ ных промышленных предприятий (ТЭЦ, заводов и т.п.) вблизи дымовых и газовых факелов этих предприятий ор­ ганизуются подфакельные измерения.

Цель этих измерений - определить возможные макси­ мальные концентрации и зону распространения примесей от данного промышленного источника. Отбор проб произ­ водится по направлению ветра на расстояниях от источника выбросов от 0,2 до 20 км (в зависимости от высотной трубы).

Глава 3. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Рис. 3.44. Стационарный пост наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы:

/ - воздухозаборник для вз!ггия проб воздуха для определения газовых примесей; 2 - датчик анеморумбометра; 3 • отверстие для взятия проб воздуха на запыленность; 4 - датчики температуры

и воздуха

Отбор проб осуществляется на высоте 1,5 м в течение 20-30 мин, с интервалами между отборами 10 мин. Подфакельные измерения производят во все сезоны года и при раз­ личных условиях погоды.

Количественный анализ присутствующих в атмосфере вредных примесей производится после их предварительно­ го концентрирования. Для газовых примесей это осущсств-

ляется протягиванием анализируемого воздуха через по­ глотительные приборы, наполненные растворами соответ­ ствующих реактивов. Отбор проб пыли а сажи производит­ ся на фильтрующие материалы. Для определения химиче­ ского состава атмосферных осадков производится отбор выпавших осадков с помощью специальных устройств.

Метод отбора проб воздуха с последующим анализом является трудоемким и затратным по времени (результат получают через 12-24 ч после отбора проб), поэтому он не удовлетворяет требованиям оперативного получения ин­ формации о загрязнении воздуха. Применение автоматиче­ ских газоанализаторов с самописцами позволяет непрерыв­ но получать информацию о содержании вредных инградиентов в воздухе, которая сразу же может быть передана от­ ветственным организациям.

Существующая система получения данных о состоянии воздушной среды не может удовлетворять современным требованиям службы контроля загрязнения атмосферы, осо­ бенно в больших городах. Поэтому разрабатываются и соз­ даются комплексные автоматизированные системы контроля загрязнения воздуха, способные обеспечить получение ин­ формации с необходимого числа наблюдательных пунктов с автоматическим отбором и анализом проб воздуха, сбор и анализ полученных результатов, принятие решений, в слу­ чае необходимости выдачу рекомендаций о мерах по сни­ жению уровня загрязнения, а также контроль выполнения рекомендаций и оценку эффективности их проведения.

3.12. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

В настоящее время ведется интенсивная работа по модернизации технических средств для измерений метео­ рологических характеристик, предназначенных как для стандартных измерений на наблюдательной сети гидрометслужбы, так и для научно-исследовательских целей.

В ближайшие десятилетия предстоит обновление парка приборов на наблюдательной сети гидрометслужбы. Боль­ шинство новых приборов, предназначенных для сетевых измерений, базируется на тех же физических принципах,

что и прежние приборы, но отличается от них лучшими эксплуатационными характеристиками и широким приме­ нением компьютерной техники, что дает возможность соз­ давать единые измерительные комплексы.

Вбольшинстве случаев эти системы позволяют выпол­ нять измерения без присутствия наблюдателя в точке изме­ рения метеорологической величины, значения которой пе­ редаются дистанционно по кабельному или радиоканалу связи в служебное помещение, где в автоматическом режи­ ме с помощью компьютера производятся первичная обра­ ботка результатов измерений и передача полученных дан­ ных по каналу связи в соответствующие подразделения гидрометслужбы.

Внастоящее время разработчиками предлагаются обслу­ живаемые и необслуживаемые наземные метеорологические станции, предназначенные для сетевых наблюдений в систе­ ме гидрометслужбы. На рис. 3.45 представлена схема вари­ анта обслуживаемой наземной метеорологический станции.

Предлагаемые необслуживаемые станции отличаются от находящихся в эксплуатации автоматических радиометео­ рологических станций, например модели АРМС, меньшими габаритами, экономичностью потребления энергии, боль­ шими возможностями получения и передачи информации. Достоинством новых разработок является полная автомати­ зация получения данных с немедленным представлением результатов наблюдений.

Существенный прогресс достигнут в создании устано­ вок для дистанционного измерения распределения темпе­ ратуры воздуха по высоте в пограничной слое. Так, разра­ ботаны и находят применение на практике установки, ос­ нованные на методе микроволнового зондирования атмо­ сферы в 5-миллиметровом диапазоне. Установка позволяет в непрерывном режиме получать данные о вертикальной стратификации температуры воздуха в слое от земли до 600 м. Полученные данные используются для оценки устой­ чивости воздуха, турбулентности, для мониторинга воз­ никновения, развития и разрушения температурных инвер­ сий и позволяют прогнозировать образование и исчезнове­ ние туманов, распространение загрязнений в атмосфере городов и крупных промышленных объектов. Результаты наблюдений представляются графически на дисплее и на бумаге.

Рис. 3.45. Автоматическая обслуживаемая метеорологическая станция МС-2

Имеются разработки для зондирования атмосферы ла­ зерным радаром (лидар). Эти установки дают возможность получать вертикальные разрезы высотной картины распре­ деления температуры от земли до 1 км, аэрозольных за­ грязнений над источниками выбросов, а также разрезы го­ ризонтальных полей распределения аэрозолей.

Г л а в а 4

ОРГАНИЗАЦИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ И МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА

4.1.МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА РОССИИ

ИВСЕМИРНАЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

Состояние атмосферы и протекающие в ней процессы оказывают большое влияние на все области хозяйственной деятельности и повседневную жизнь человека. Поэтому особо важное значение для планирования и осуществления хозяйственных мероприятий приобретают систематические наблюдения и изучение состояния атмосферы и атмосфер­ ных процессов и на этой основе прогнозирование благо­ приятных и неблагоприятных условий. Для выполнения этих задач во всех странах мира имеются государственные метеорологические службы.

В нашей стране удовлетворять запросы в метеорологи­ ческой информации различных отраслей народного хозяй­ ства страны (транспорт, сельское хозяйство, градострои­ тельство, здравоохранение и многое другое) призвана Федеративная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). Задачи Росгидромета - осуществление всего комплекса работ по организации на­ блюдений, обработке информации о текущем состоянии природной среды, составление всех видов прогнозов'и пре­ дупреждений, контроль природной среды, доведение ин­ формации до потребителя, организация научных исследо-

ваний в области метеорологии, климатологии и загрязнения природной среды.

Исходя из задач, выполняемых Росгидрометом, в его систему входят: сеть пунктов наблюдений, поставляющих информацию о фактическом состоянии атмосферы, центры по изучению и контролю природной среды, обсерватории и научно-исследовательские институты, призванные зани­ маться изучением различных аспектов метеорологии, кли­ матологии и отвечающих за организацию соответствующих направлений исследований в системе гидрометслужбы.

Старейшим в нашей стране научно-исследовательским учреждением является главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова в Санкт-Петербурге, основанная в 1849 г., Российский гидрометцентр в Москве, основанный в 1930 г., ответственен за все виды прогнозов, Российский научноисследовательский институт гидрометеорологической ин­ формации в Обнинске - за хранение, систематизацию и распространение информации, Арктический и Антарктиче­ ский институт в Санкт-Петербурге выполняет исследования в Арктике и Антарктике. Исследованиями в различных на­ правлениях метеорологии и климатологии занимаются: Ин­ ститут прикладной геофизики им. Е.К. Федорова, Институт физики атмосферы РАН, Институт океанологии им. П.П. Ширшова. Государственный океанографический институт, Институт географии РАН. Большие исследовательские ра­ боты осуществляют обсерватории и региональные научноисследовательские институты.

В ведении Росгидромета для выполнения экспедицион­ ных исследований имеется флот, состоящий из специально оборудованных судов.

Атмосферные процессы, определяющие погодные усло­ вия, не признают государственных границ. Горизонтальная протяженность воздушных масс, барических образований, фронтов соизмерима с размерами материков и, как правило, они охватывают территории нескольких государств. Чтобы составить прогноз погоды на сутки, необходимо распола­ гать данными о синоптических процессах на удалении до 2000 км, для прогноза на несколько дней - всего Северного полушария и даже земного шара.

316 Глава 4- ОРГАНИЗАЦИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИИ

Очевидно, что при решении научных и практических задач метеорологии и климатологии, распространения за­ грязнений в атмосфере невозможно ограничиваться рамка­ ми государственных метеорологических служб отдельных государств, даже таких крупных, как Россия. Уже на на­ чальном этапе формирования системы метеорологических наблюдений была осознана необходимость международно­ го сотрудничества в области метеорологии наблюдений.

В 1873 г. в Вене состоялся первый Международный ме­ теорологический конгресс, на котором были приняты ре­ шения по вопросам единиц измерений, градуировки и по­ верки метеорологических приборов, сроков наблюдений, обмена информацией по телеграфу. Этот конгресс явился основой создания в том же году Международной метеоро­ логической организации - ММО. После Второй мировой войны вместо ММО в 1947 г. была создана Всемирная ме­ теорологическая организация - ВМО, ставшая специализи­ рованным агентством Организации Объединенных Наций, членами которой в настоящее время являются 185 госу­ дарств.

Под эгидой МВО осуществляется ряд международных программ глобального масштаба по изучению атмосфер­ ных процессов, взаимосвязи океана и атмосферы. В рамках ВМО создана Всемирная служба погоды (ВСП), которая представляет собой комплексную систему, состоящую из национальных средств и услуг, принадлежащих отдельным странам - членам ВМО.

ВСП включает сеть метеорологических, аэрологических станций и других средств наблюдений (спутники, ракеты, аэростаты), центры по обработке, хранению и распростра­ нению информации, работающие по единой глобальной программе.

ВСП является глобальной системой для наблюдений, сбора, анализа и распространения информации о погоде и иной информации об окружающей среде и состоит из трех основных компонентов:

- глобальной системы наблюдений и измерений метео­ рологических элементов (ГСН);

-глобальной системы связи и телекоммуникаций (ГСТ) для быстрого обмена оперативной, а также проанализиро­ ванной и обработанной информацией;

-глобальной системы обработки данных и прогнозиро­ вания (ГСОД), представляющей собой сеть мировых, ре­ гиональных, оснащенных компьютерами центров обработ­ ки данных и подготовки прогностической продукции.

Вглобальную систему наблюдений входят 10000 метео­ рологических станций, расположенных на суше, 1000 аэро­ логических станций, 7300 коммерческих судов, 3000 само­ летов, 900 буев на океанах, метеорологические спутники Земли. Результаты наблюдений (как правило, не позднее, чем через 5-10 мин после срока наблюдений) передаются по каналам связи в национальные и международные центры обработки гидрометеорологической информации.

Глобальная система обработки данных состоит из трех­ ступенчатой сети метеорологических центров: три мировых метеорологических центра - ММЦ (Вашингтон, Москва, Мельбурн), 25 региональных метеорологических центров - РМЦ, три из которых находятся в России (Москва, Новоси­ бирск, Хабаровск), Национальные метеорологические центры - НМЦ.

Мировые метеорологические центры получают гло­ бальную информацию, составляют карты и прогнозы для полушария или всего земного шара; РМЦ составляют кар­ ты и прогнозы по крупных географическим районам, на­ пример по Атлантике, Европе, Евразии и др.; НМЦ обеспе­ чивают анализы и прогнозы для всей страны и передачу информации по глобальной системе связи.

Кроме того, существуют специализированные метеоро­ логические центры, как, например, Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды, обеспечивающий про­ гнозы крупномасштабных полей давления и температуры на шесть суток вперед.

Таким образом, глобальная система обработки данных и прогнозирования в системе Всемирной службы погоды обеспечивает рациональное распределение ответственности за сбор и обработку метеорологической информации по крупным районам, включая полушария и земной шар, со­ ставление полей метеорологических величин по району

3 1 8 Г л а в а 4. ОРГАНИЗАЦИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

своей ответственности и предоставление этой продукции для всех стран - членов ВМО.

Мировые и региональные метеорологические центры оснащены мощными ЭВМ, на вход которых по каналам связи подается исходная информация с глобальных систем связи и телекоммуникаций для расчета численным методом на основе гидродинамических моделей, полей метеороло­ гических величин. Результаты этих вычислений в виде про­ гностических карт по каналам связи передаются в метеоро­ логические службы на местах и служат основой для составления прогнозов погоды на местном уровне.

Прием таких карт возможен на судах и самолетах во время движения. Прежде передача карт осуществлялась факсимильным способом по проводам или радио. В по­ следние годы, с внедрением информационно-вычислитель­ ной техники в службы погоды, передача карт факсимиль­ ным способом заменяется передачей по каналам связи цифровой информации, которая на экране дисплея в пункте приема преобразуется в изображение карт и других графи­ ческих материалов. Прогнозист имеет возможность про­ смотра поступающей информации и необходимые для со­ ставления прогноза карты выводит на печать.

Только три мировых центра собирают данные со всего мира, обрабатывают и оперативно передают данные объе­ мом более 15 млн символов и 2000 карт погоды в сутки. Вся эта информация используется для составления всех ви­ дов прогнозов и для научных целей.

Таким образом, в каждой стране служба погоды тесно связана с работой Всемирной службы погоды.

4.2. СИСТЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ДАННЫХ В СИСТЕМЕ РОСГИДРОМЕТА

Основным звеном Росгидромета является Государст­ венная система наблюдений и контроля за состоянием при­ родной среды, задача которой - осуществление всего.ком­ плекса работ по производству наблюдений, обработке информации о текущем состоянии природной среды. Резуль­ таты этих наблюдений используются для всех видов обслу-

живания народного хозяйства и населения, составления про­ гнозов, издания режимно-климатических справочников.

Система получения данных (система наблюдений) о со­ стоянии природной среды состоит из двух подсистем: на­ земной и космической (спутниковой). В наземную подсис­ тему входят: сеть наземных метеорологических станций и постов, аэрологических станций, станций ракетного зонди­ рования, пунктов самолетного зондирования, морских и океанических станций, ионосферных, геомагнитных, гелиофизических станций, пунктов контроля загрязнения ок­ ружающей среды и др.

Система наблюдательных пунктов образует Государст­ венную сеть, основную долю которых составляет сеть на­ земных метеорологических станций и постов I, II, Ш разря­ дов, отличающихся составом оборудования и программами наблюдений. В труднодоступных местах для получения метеорологической информации используются автоматиче­ ские метеорологические станции.

Метеорологические станции и посты подразделяются на основные (опорные) и специальные. Первые служат для систематического получения с необходимой полнотой и точностью информации о состоянии природной среды. Из числа основных станций и постов выделяется особая груп­ па - реперные и вековые станции и посты, которые предна­ значены для изучения вековых изменений климата и долж­ ны функционировать неограниченное время в неизменяю­ щихся условиях окружения.

Специальные станции и посты служат для изучения местных особенностей метеорологического режима тер­ ритории.

Основные станции размещаются на территории так, Чтобы обеспечивалась необходимая точность интерполяции значений метеорологических величин любого пункта тер­ ритории между станциями. Этому условию соответствует для равнинной местности расстояние между станциями 60-70 км. Для необжитых районов допускается расстояние 100-150 км. Такая густота сети станций позволяет обнару­ живать и распознавать синоптические объекты (циклоны, антициклоны, ложбины, гребни, фронты), определять их характерные особенности и скорости перемещения.