Составление и анализ аэрологической диаграммы

Аэрологическая диаграмма предназначена для наглядного расчетно-графического анализа и прогноза аэрометеорологических условий полетов по данным комплексного радиозондирования атмосферы.
В метеослужбе применяются бланки аэрологических диаграмм с прямоугольными системами координат (аэрологическая диаграмма № 1 (АДП-1) и аэрологическая диаграмма № 2 (АДП-2). Бланк АДП-1 имеет шкалу давления от 1050 до 100 гПа, а бланк АДП-2 от 1050 до 10 гПа. Шкала температур на той и другой формах бланков образует прямой угол со шкалой давления и имеет диапазон изменения от —80 до +40°С) и косоугольными системами координат (АДКТ — аэрологическая диаграмма косоугольная для теплого полугодия и АДКХ — аэрологическая диаграмма для холодного полугодия. В отличие от АДП изотермы на косоугольных бланках наклонены к изобарам под углом 50°. Эти бланки применяются в целях более точного термодинамического анализа состояния атмосферы, а также в исследовательских целях.).
На бланк аэрологической диаграммы наносятся данные температурно-ветрового зондирования атмосферы, производится построение кривых стратификации, точки росы и состояния.
Составление аэрологической диаграммы производится в следующем порядке. Сначала наносятся данные о температуре воздуха, дефиците точки росы, направлении и скорости ветра у поверхности земли и на стандартных изобарических поверхностях. Для этого на бланке аэрологической диаграммы находят изобару (горизонтальную линию), которая соответствует давлению в наносимой точке подъема. Затем, перемещаясь вдоль этой изобары, находят ее пересечение с изотермой, соответствующей температуре воздуха в той же точке подъема; на пересечении изобары и изотермы ставят точку и рядом (справа) указывают высоту точки подъема в целых и десятых долях километра без указания размерности. От этой точки влево вдоль изобары отсчитывают по шкале температур значение дефицита точки росы и ставят вторую точку. Ее положение будет соответствовать значению температуры точки росы на этом уровне. Затем посередине столбца для нанесения данных о ветре ставят третью точку, в которой так же, как на картах погоды, наносят направление и скорость ветра в метрах в секунду. Допускается справа от стрелки, изображающей ветер, проставлять значение скорости ветра в километрах в час.
После этого наносятся данные в особых точках по температуре, влажности и ветру, рассчитываются путем интерполяции значения их высот, которые наносятся так же, как и высоты стандартных изобарических поверхностей. Нанесенные точки температуры воздуха соединяются последовательно снизу вверх отрезками прямых линий красного цвета, а точки, соответствующие температуре точки росы,— зеленого цвета. Построенные таким образом ломаные линии носят название кривой стратификации и кривой точки росы. Кривая стратификации характеризует собой изменение температуры, а кривая точки росы — распределение влажности воздуха с высотой.
Для оценки изменения температуры воздуха на различных уровнях от срока к сроку на диаграмму сплошной коричневой линией наносится кривая стратификации за один из предыдущих сроков зондирования. Например, для определения суточных изменений температуры воздуха по высотам на диаграмму за утренний срок наносится кривая стратификации за этот же срок предыдущего дня, а для определения полусуточных ее изменений на диаграмму за дневной срок (15 ч) наносится кривая стратификации за утро (03 ч) текущего дня.
Для решения ряда задач на аэрологическую диаграмму наносят прогностические кривые стратификации и точки росы. Наиболее часто положение кривых стратификации и точки росы прогнозируется летом по данным утреннего зондирования на 15 ч местного времени с учетом адвекции, упорядоченных вертикальных токов и дневного прогрева воздуха в приземном слое.

Кривая состояния характеризует изменение температуры в адиабатически (без теплообмена) поднимающемся воздухе. Это изменение до уровня конденсации происходит по сухой адиабате, а выше — по влажной адиабате. За уровень конденсации принимается высота, на которой сухая адиабата, проведенная через точку температуры на начальном уровне, пересекается с изограммой, проведенной через точку росы на том же начальном уровне подъема.
При построении кривой состояния за начальный уровень подъема при отсутствии приземной инверсии или изотермии принимается земная поверхность. При наличии приземной инверсии или изотермии за начальную точку принимается верхняя граница этого слоя (за исключением случаев прохождения холодных фронтов или фронтов окклюзии по типу холодного). Кривая состояния проводится тонкой линией черного цвета.
Уровень конденсации соответствует излому кривой состояния, у которого ставятся буквы УК. От этой точки вправо вдоль изобар синим цветом проводится отрезок волнистой линии длиной 4—5 см, справа от которого проставляется значение высоты уровня конденсации в метрах с указанием размерности. Значение высоты уровня конденсации рассчитывается либо путем интерполяции высот на кривой стратификации, либо по формуле:

где Tо, Tdo — значения температуры воздуха и точки росы на начальном уровне подъема; Ho — толщина приземной инверсии или изотермии в метрах (при их отсутствии Ho=0).

Взаимное расположение кривых стратификации (фактической или прогностической) и состояния на аэрологической диаграмме характеризует термодинамическую устойчивость атмосферы в районе зондирования. Если кривая состояния расположена правее кривой стратификации, то атмосфера стратифицирована неустойчиво. В этом случае энергия неустойчивости положительна. На аэрологической диаграмме это отображается тем, что площадь между кривыми стратификации и состояния закрашивается красным цветом. Когда кривая состояния лежит левее кривой стратификации, площадь между ними закрашивается синим цветом. Энергия неустойчивости в этом случае отрицательна.

Анализ аэрологической диаграммы предусматривает выделение характерных по распределению температуры, влажности и ветра слоев и уровней в атмосфере, вычисление параметров конвекции, определение облачных слоев неконвективного происхождения, зон обледенения, болтанки самолетов и конденсационных следов, а также расчет ряда термических и гигрометрических характеристик воздуха, используемых в различных методах анализа и прогноза метеорологических величин и явлений погоды.

Слои инверсий (изотермий) определяются по ходу температуры и только в нижней и средней тропосфере (до высоты б—8 км). Эти слои выделяются желтым цветом справа или слева от кривой стратификации. Внутри слоя проставляются его толщина АН (мощность инверсии) в метрах и разность температур на верхней и нижней границах АТ (глубина инверсии) в градусах. Определяется и надписывается характер(тип) инверсии: радиационная, оседания, фронтальная. Определение типа инверсии предусматривает наличие сведений об облачности, синоптической обстановке и др.
Радиационный тип инверсии характеризуется малым значением дефицита точки росы на ее нижней границе и его увеличением по направлению к верхней границе слоя. Такие инверсии образуются над поверхностями, охлаждающимися за счет излучения длинноволновой радиации (земная поверхность, верхняя граница облачного слоя). Выше радиационной инверсии, как правило, бывает малооблачно.
Инверсии оседания являются следствием нисходящих упорядоченных (в антициклонах, отрогах, гребнях) или вынужденных (при переваливании горного хребта) движений воздуха. Повышение давления при движении воздуха вниз приводит к повышению его температуры до значения, наблюдаемого на верхней границе инверсии оседания. При этом воздух становится существенно суше. Поэтому практически во всем слое инверсии оседания наблюдаются большие дефициты точки росы. На высотах, соответствующих слою инверсии оседания, на картах абсолютной барической топографии наблюдается, как правило, антициклоническая кривизна изогипс.
Фронтальные инверсии являются следствием смены холодной воздушной массы на более теплый воздух при прохождении радиозондом зоны атмосферного фронта. Поскольку с фронтальными разделами связаны соответствующие системы облачности, то по всей толщине фронтальной инверсии наблюдаются очень малые дефициты точки росы.

Тропопауза определяется как переходный слой между тропосферой и стратосферой, расположенный не ниже изобарической поверхности 500 гПа между слоем с большими значениями вертикального градиента температуры в верхней тропосфере и слоем изотермий, инверсии или замедленного падения температуры с высотой в нижней стратосфере. За нижнюю границу тропопаузы принимается уровень, выше которого в слое толщиной не менее 2 км значение вертикального градиента температуры не превышает 0,2°С/100 м.
Иногда в теплое полугодие в умеренных широтах наблюдаются две тропопаузы: тропопауза умеренных широт (нижняя) и тропопауза тропических широт (верхняя). Анализ первой осуществляется изложенным выше способом. Вторую тропопаузу можно обнаружить в случае выраженного перехода от плавного изменения температуры выше первой тропопаузы к более ярко выраженному стратосферному росту температуры с высотой. Толщина слоя тропической тропопаузы обычно меньше, чем тропопаузы умеренных широт.
Нижняя граница слоя тропопаузы выделяется на аэрологической диаграмме коричневой горизонтальной прямой линией длиной 10—15 см, которая проводится от кривой стратификации вправо. На ней проставляется значение температуры воздуха в градусах Цельсия на нижней границе тропопаузы, а справа — рассчитанное путем интерполяции значение высоты в метрах.

Для облачных слоев на аэрологической диаграмме характерны следующие признаки:
— однообразный ход температуры воздуха с высотой с вертикальным градиентом, близким к влажно-адиабатическому или превышающим его;
— малые значения дефицита точки росы, изменяющиеся в пределах 0—3°.
Практически диагноз облачных слоев на аэрологической диаграмме производится с помощью таблицы, в которой указаны характерные значения дефицита на различных уровнях (по величине дефицита точки росы определяется наличие или отсутствие облаков).

Значения дефицита точки росы при наличии и отсутствии облаков на различных уровнях

р, гПа	Дефицит, °С		Средняя высота изобарической поверхности, м
	при наличии облаков	при отсутствии облаков
950	1.6	4.5	500
900	1.5	4.5	1000
850	1.5	5.2	1500
800	1.7	6.2	2000
750	1.8	7.0	2500
700	1.9	7.2	3000
650	2.0	8.0	3500
600	2.2	8.0	4200
550	2.4	8.2	4900

Конденсационные следы за самолетами образуются вследствие конденсации водяного пара, имеющегося в большом количестве в выхлопных газах самолета, при определенных условиях в атмосфере.
За нижнюю границу слоя, в котором возможно образование конденсационных следов, следует принимать уровень пересечения кривой стратификации с изограммой 0,15, за верхнюю границу — уровень пересечения кривой стратификации с изограммой 0,1.
В случае если кривая стратификации с изограммой 0,15 пересекается, а с изограммой 0,1 не пересекается, за верхнюю границу слоя возможного образования конденсационных следов принимается нижняя граница тропопаузы. На аэрологической диаграмме слой возможного образования конденсационных следов выделяется синими линиями и внутри слоя синим цветом изображается петлеобразная кривая со стрелкой. Если нижняя граница тропопаузы располагается внутри слоя возможного образования конденсационных следов, то считается, что ниже нее будут образовываться устойчивые конденсационные следы, а выше — неустойчивые, быстро растекающиеся. В этом случае стрелка, указывающая верхнюю границу слоя возможного образования конденсационных следов, в пределах слоя тропопаузы проводится не сплошной, а штриховой линией.

На аэрологической диаграмме дана кривая распределения температуры воздуха с высотой для стандартной атмосферы. Сопоставив на различных уровнях фактические значения температуры воздуха по данным зондирования с температурой по стандартной атмосфере, получают величины отклонений температуры от ее стандартных значений. Эти отклонения положительны, если кривая стратификации расположена правее кривой стандартной атмосферы, и отрицательны, если она расположена левее кривой стандартной атмосферы.
На бланке аэрологической диаграммы верхняя и нижняя границы слоя с положительными отклонениями температуры отмечаются короткими горизонтальными линиями красного цвета. По середине между проведенными линиями цифрами красного цвета проставляется максимальная величина отклонения температуры воздуха в данном слое в градусах, а рядом черным цветом наносится значение высоты в метрах, на которой отмечено это отклонение. От надписей к верхней и нижней границам проводятся линии красного цвета со стрелками на концах.

Границы слоев обледенения и болтанки обозначаются горизонтальными отрезками прямых линий длиной 2—3 см красного цвета, справа от которых указывается их высота в метрах черным цветом. Внутри слоя красным цветом изображается символ опасного явления. Как вычисляются болтанка и обледенение, будет описано отдельно.

Струйные течения выделяются коричневым цветом с указанием верхней и нижней высот, а также с выделение высоты оси струйного течения (с указанием скорости и направления).

Пример построения и обработки аэрологических диаграмм

На этом сайте Вы найдете обработанные аэрологические диаграммы. Нанесены тропопауза, струйные течения, слои инверсии и изотермии, уровни конденсации и конвекции, зоны обледенения и болтанки с соответствующими высотами. Вероятные зоны наличия облаков слоистых форм. Произведен расчет среднего ветра по стандартным слоям. Определены грозовые коэффициенты Вайтинга, Фауста, Фатеева.
Также выведен исходный в коде КН-04 как для каждой станции.

Аэрологические диаграммы есть как в прямоугольной системе координат (бланк АДП), так и в косоугольной системе координат (бланк АДК), за сроки 00 UTC и 12 UTC для стран Европы, России, Казахстана, Монголии, Турции, Армении и части Китая.

Источник

Аэрологическая диаграмма. Как читать и что по ней можно узнать.

По ней можно спрогнозировать? :

Давайте разбираться, как же это все прочитать на этом графике.

Для начала, разберем что такое – Аэрологическая диаграмма (АД)? – Итак.

Аэрологическая диаграмма – это ряд данных, описывающих состояние воздуха по высоте. Эти данные, представлены 2-мя кривыми состояния воздуха и значениями о ветра.

Эти 2 кривые и данные о ветре, получают по результатам зондирования атмосферы (они часто так и называются – sounding) метеорологическими шарами – зондами (обычно 2-ды в сутки, в 0 часов и 12 часов по стандартному времени UTC), или же их получают по результатам численного моделирования для тех точек где нет зондирования или в прогнозе на будущее.

Кривые наносят на специальный бланк аэрологической диаграммы, этот бланк-номограмма описывает термодинамические свойства воздуха.

Линии аэрологических диаграмм.

На АД наносят следующие линии:

Изменение ВАГ в зависимости от давления и температуры.

Бланки Аэрологических диаграмм.

Существуют 3 основных вида бланков, эмаграмма (она же АДП), Тепиграмма и Skew-T log P (она же АДК) отличаются они углами пересечения линий, описывающих основополагающие характеристики воздуха (в первую очередь давление (высота), температура, и сухоадиабатический закон.

Бланки аэродинамических диаграмм удовлетворяют следующим требованиям:

Важно, чтобы САГ (isentropes) и изотермы быть далеко друг от друга, чтобы помочь нам увидеть небольшие изменения температуры относительно САГ, который важен в определении стабильности.

Давайте разберем на примере АДК (она же Skew-T log P).

Изобары (высота)

Изобары

Давление (hPa)	Высота (m)
100	16,180
150	13,608
200	11,784
250	10,363
300	9164
350	8117
400	7185
450	6344
500	5574
550	4865
600	4206
650	3591
700	3012
750	2466
800	1949
850	1457
900	988
950	540
1000	111

Изограммы

Изограммы

Изограммы – линии равной удельной влажности при состоянии насыщения. Показывают при какой температуре и на какой высоте воздушная масса данной влажности достигнет состояния насыщения (точки росы).

Дальнейший подъем этого воздуха привел бы к конденсации и образованию облаков.

Изотермы

Изотермы – прямые постоянных температур. Для удобства, в АДК, они располагаются наискосок слева направо.

Сухие адиабаты (изантропы) или САГ (DALR в англоязычных диаграммах)

САГ или изантропы

Линии САГ (сухоадиабатического градиента) – показывают адиабатическое изменение температуры частицы сухого или влажного ненасыщенного воздуха при его опускании или подъёме.

Сухое адиабатическое понижение температуры поднимающегося воздуха составляет примерно 0.98°С/100м.

Линии САГ направлены справа – налево.

Влажные адиабаты или линии ВАГ (SALR на англоязычных)

Показывают адиабатическое изменение температуры частицы влажного воздуха при его опускании или подъёме при условии конденсации(испарения) влаги.

При конденсации влаги, происходит выделение дополнительной “скрытой” энергии что уменьшает понижение температуры при подъеме воздуха по сравнению с ненасыщенным состоянием как при САГ.

ВАГ (влажно-адиабатический градиент) сильно зависит от объема выделяемого тепла (следовательно от температуры воздуха и давления(высоты)) ВАГ может колебаться от 0,3 до 0,98°С/100м).

В очень холодном воздухе – влажные адиабатические параметры близки к сухо-адиабатическим.

Все вместе линии – образуют бланк АДК (Skew-T log P)

Бланк АДК

На Бланк АД, как уже говорилось выше, наносятся данные точек росы (депеграмма), данные о фактических температурах воздуха (кривая стратификации) и данные о ветре.

Так же на бланке АД, обычно строят “кривую состояния“.

Кривая состояния – характеризует изменения температуры воздуха в адиабатически поднимающейся частице воздуха. Обычно воздух содержит то или иное количество водяного пара, поэтому до уровня конденсации кривая состояния проводится по сухой адиабате (САГ), выше уровня конденсации – по влажной адиабате (ВАГ).

По результатам взаимного анализа кривых стратификации, состояния и депеграммы проводят АНАЛИЗ НЕСТАБИЛЬНОСТИ, и можно найти ряд интересующих нас параметров погоды и базовых уровней.

Такие как:

Так же по анализу диаграммы можно судить о прогнозной динамике погоды, например о приближении атмосферного фронта, о возможности растекания облаков и т.д. Сам процесс определения разных уровней и распознавания разных типов погоды я буду описывать в отдельных статьях, в разделе теоретическая метеорология. А эту статью хочу закончить ссылками на ресурсы, где можно скачать актуальные диаграммы.

Пример натурная АДП

Есть множество других источников, где можно смотреть натурные и прогнозные (модельные) аэрологические диаграммы, но приведенных выше – вполне хватает для анализа погоды в любительских условиях.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Метеорология

Электронный учебник по метеорологии

11. Назначение и уcтройcтво аэрологичеcкой диаграммы

Аэрологичеcкая диаграмма (АД) предcтавляет cобой термодинамичеcкий график, предназначенный для быcтрого и наглядного предcтавления раcпределения метеовеличин в атмоcфере c выcотой, а также для анализа cоcтояния атмоcферы в целом или отдельных её cлоёв по отношению к адиабатичеcкому процеccу.

C помощью АД можно определить характериcтики воздушной маccы, её влагоcодержание, раccлоённоcть облаков, положение фронтальной зоны над пунктом зондирования, cтратификацию атмоcферы.

Данные АД позволяют также прогнозировать возможноcть возникновения конвективных движений и развития облачноcти, обледенение воздушных cудов, макcимальную температуру воздуха и др. характериcтики. Кроме того, на АД можно решать практичеcкие задачи по вычиcлению термогигрометричеcких характериcтик воздуха.

Рис.17. Аэрологическая диаграмма

В практике работы метеоподразделений могут иcпользоватьcя три формы АД:

а) АД коcоугольная для теплого периода (индекc ф. АДКТ), предназначена для анализа данных температурного зондирования в cлое атмоcферы от 1050 гПа до 100 гПа и температуры от 40 ° C до – 25 ° C.

б) АД коcоугольная для холодного периода (индекc ф. АДКХ), имеющая шкалы давления от 1050 гПа до 100 гПа, температуры от 10 ° C до – 55 ° C.

в) АД прямоугольная (индекc ф. АДП). Эта форма АД незавиcимо от времени года может быть иcпользована для анализа данных наблюдений в cлое атмоcферы от 1050 гПа до 10гПа и температуры от 40 ° C до – 70 ° C.

Теоретичеcкие оcновы поcтроения АД перечиcленных форм практичеcки аналогичны, поэтому раccмотрим уcтройcтво АДП, как наиболее чаcто употребляемой.

На АД имеетcя 5 cемейcтв изолиний, c помощью которых раcчеты, требующие большой точноcти, заменяютcя неcложными графичеcкими поcтроениями и элементарными раcчетами:

2)изотермы, предcтавляющие вертикальные cплошные линии, проведенные через 1 ° C, их абcциccы – температура в градуcах Цельcия;

3)cухие адиабаты (линии равных потенциальных температур в градуcах Цельcия), предcтавляющие cобой наклонные cплошные линии. Цифры, нанеcенные у некоторых из них, указывают потенциальную температуру θ ° C;

4)влажные адиабаты – линии равных значений пcевдопотенциальной температуры ( Ө р ), предcтавляющие cобой наклонные прерывиcтые линии, отличающиеcя от других изолиний на АД большей кривизной. Их значения надпиcаны на каждой влажной адиабате в Кельвинах вдоль левого вертикального обреза бланка. Указанные линии предcтавляют cобой также потенциальные температуры cмоченного термометра адиабатичеcки поднимающегоcя воздуха для значений температуры в интервале от –62 ° C до 40 ° C, подпиcанные аналогично cоответcтвующими значениями потенциальной температуры cмоченного термометра.

Потенциальной температурой cмоченного термометра ( θ 1 ) называетcя такая температура, которую принимает влажная чаcтица, еcли её опуcтить по влажной адиабате c уровня конденcации до уровня 1000 гПа.

На бланке АД нанеcены дополнительные линии и обозначения:

— шкала виртуального добавка дана на изобарах 900, 720 и 520 гПа. Значения указаны для наcыщенного воздуха в градуcах Цельcия ( ° C);

-шкала раccтояний между оcновными изобаричеcкими поверхноcтями (в гп дкм) изображена на изобарах 925, 770, 600, 400, 250, 150, 75, 40, 25 и 15 гПа, т.е. дана для 10 уровней;

Номограмма для определения отноcительной влажноcти ( f ) предcтавлена в правом верхнем углу. На ней изображены кривые, предcтавляющие завиcимоcть между отноcительной влажноcтью и дефицитом точки роcы, для ряда значений температуры воздуха, кратных 10. Cтолбец cлева предназначен для нанеcения данных наблюдений над ветром.

Источник