СПОСОБ ПРОГНОЗА ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА Российский патент 2012 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано при прогнозировании погоды по температуре на изобарической поверхности АТ-850 гПа (Т850) в зависимости от приливных процессов Солнца и Луны.

Известен способ прогноза погоды [RU 2177632 C1, G01W 1/00, от 27.12.2001], сущность которого заключается в наблюдении за временем возникновения причин искусственного и/или естественного происхождения, влияющих на погоду, и изменении предшествующих фактических значений метеоэлементов, по которым разрабатывается прогноз, на величину, равную среднему различию между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов, ранее наблюдавшемуся при возникновении такой же причины в тех же районах земного шара.

Недостатком способа является сложность, краткосрочность прогноза и отсутствие тенденции изменения процесса, например, под действием антропогенной нагрузки и глобального изменения климата.

Известен способ составления долгосрочного прогноза погоды [RU 2127440 C1, G01W 1/00, от 10.03.1999]. Погоду на конкретном участке Земли прогнозируют по отнесенным к одной высоте эталонному вектору скорости перемещения атмосферы и эталонной температуре атмосферы. Их графики составляют для каждого дня каждого лунного месяца каждого лунного года 12-летнего лунного цикла по действительному вектору скорости перемещения атмосферы и действительной температуре атмосферы без учета случайных энергетических воздействий на атмосферу из недр Земли, на ее поверхности, в ее атмосфере или из Космоса. Исключение в оценочном периоде указанных помех обеспечивает получение долгосрочного прогноза погоды с повышенной точностью. Недостатком такого способа является то, что не учитывается запаздывание влияния приливных процессов на атмосферные процессы и находится синхронная зависимость между эталонным вектором скорости перемещения атмосферы и эталонной температурой атмосферы. К тому же понятия "вектора скорости перемещения атмосферы" нет в геофизической науке.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ прогноза гидрометеорологических характеристик [RU 2182344 C1, G01W 1/00, от 10.05.2002], сущность которого заключается в использовании многолетних рядов гидрометеорологических характеристик, оценивании их нормы и аномалий. Вычисляют на основании теории угловую скорость вращения Земли на предшествующий многолетний период и год прогноза (Сидоренков Н.С. Атмосферные процессы и вращение Земли. СПб., 2002, - 360 с). С помощью корреляционного анализа ряда угловой скорости определяют для периода прогноза период-аналог из ближайшего прошлого. На основании синхронного соответствия между колебаниями скорости вращения Земли и изменениями метеорологических характеристик принимают наблюдавшиеся в период-аналог аномалии гидрометеорологических характеристик за прогнозируемые, затем прибавляют к ним соответствующие нормы и получают прогнозируемые значения гидрометеорологических характеристик на период прогноза.

Недостатком этого способа является то, что не учитывается запаздывание влияния процесса отклонения вращения Земли на атмосферные процессы и зависимость между отклонениями скорости вращения Земли и температурой приземного слоя находится напрямую, без учета искажения температуры приземного слоя (на высоте 2 м) в результате антропогенного влияния.

Задача изобретения - повышение оправдываемости прогноза погоды за счет учета влияния приливных процессов Солнца и Луны на температуру на изобарической поверхности АТ-850 гПа с учетом запаздывания/опережения влияния, исключая искажения прогноза антропогенным влиянием.

Поставленная задача достигается тем, что в способе прогноза температуры воздуха, включающем использование многолетних рядов измерения температуры воздуха, вычисление их норм, аномалий и прогностических величин, определение периода-аналога по максимальной корреляции предвычисленного в период прогноза с ближайшим прошлым, дополнительно вычисляют приливные потенциалы Солнца и Луны по формуле:

,

где G - постоянная Дудсона (G=2,6364 м²с^-2);

с - большая полуось лунной орбиты (384399000 м),

d - геоцентрическое расстояние Луны (по данным астрономических ежегодников, ежедневные данные), м,

а - средний радиус Земли (6371302 м),

φ - географическая широта местности, для которой составляется прогноз (для расчета г.Уфа 54,775°), °,

δ - склонение Луны (по данным астрономических ежегодников), °,

Н - часовой угол (рассчитывают соответственно времени замера температуры и координатам местности), °,

принимают наблюдавшиеся в периодах-аналогах (с наибольшей корреляцией подходящих участках из ближайшего прошлого для рассчитанного приливного потенциала Солнца и Луны) значения температуры на изобарической поверхности АТ-850 гПа с учетом запаздывания/опережения влияния, выбирают период-аналог температуры на изобарической поверхности АТ-850 с максимальной корреляцией и составляется ряд значений на прогнозный период и в итоге получают прогнозируемые величины температуры на изобарической поверхности АТ-850 гПа, в том случае, если величина средней ошибки прогноза не удовлетворяет условиям, выбирают несколько периодов-аналогов с высокими значениями коэффициента корреляции и составляют ряды значений на прогнозный период с более низкой величиной средней ошибки.

Температура на изобарической поверхности АТ-850 гПа (высота 1,5 км) является объективным критерием фронтальных процессов (а следовательно, и критерием, позволяющим идентифицировать тип воздушной массы). Это связано с близостью уровня 850 гПа к верхней границе пограничного слоя атмосферы, где довольно четко проявляются общие закономерности термического (а значит и фронтального) режима нижней тропосферы, и в то же время невелико влияние суточного хода метеовеличин и трансформации воздушных масс на атмосферные процессы (Воробьев В.И. Синоптическая метеорология - Л.: Гидрометеоиздат, 1994, - 716 с., Учебный авиационный метеорологический атлас - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 194 с. и др.). Это и побудило в качестве основного фронтального критерия выбрать температуру воздуха на уровне АТ-850 гПа (Т850). К тому же температура приземного слоя, которую используют для прогноза температуры воздуха (на высоте 2 м), бывает искажена антропогенным влиянием.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, где изображен пример реализации способа прогноза температуры на изобарической поверхности АТ-850 гПа на 2008 г. для г.Уфы в сравнении с реальными данными.

Пример конкретной реализации способа

Исходным материалом для работы послужили ежедневные синоптические карты приземной и барической топографии (АТ-850) в сроки 00 и 12 UTC и астрономические ежегодники за 1991-2008 годы (Астрономические ежегодники 1991-2008 г. №70-77, 1990-2007 г - 352 с.). Рассматриваемый регион охватывает равнинную территорию Урала и ограничен: по долготе - от 40° в.д. до 70° в.д., по широте - от 50° с.ш. до 60° с.ш.

В результате исследований процессов изменения температуры на изобарической поверхности АТ-850 гПа и приливных потенциалов Солнца и Луны установлено, что экстремумы приливных потенциалов Солнца и Луны вызывают экстремумы температуры на изобарической поверхности АТ-850 гПа с запаздыванием/опережением (1-2 суток в зависимости от географической координаты местности).

Были рассчитаны и проанализированы ежедневные значения приливных потенциалов Солнца и Луны, которые сравнивались с ежедневными данными температуры на изобарической поверхности АТ-850 гПа.

Приливной потенциал Солнца и Луны вычисляют с любой дискретностью и заблаговременностью по выведенной формуле (Сидоренков B.C. Атмосферные процессы и вращение Земли. СПб., 2002, - 360 с.):

,

где G - постоянная Дудсона (G=2,6364 м²с^-2);

с - большая полуось лунной орбиты (384399000 м);

d - геоцентрическое расстояние Луны (по данным астрономических ежегодников, ежедневные данные), м;

а - средний радиус Земли (6371302 м);

φ - географическая широта местности, для которой составляется прогноз (для расчета г.Уфа 54,775°), °;

δ - склонение Луны (по данным астрономических ежегодников), °;

Н - часовой угол (рассчитывают соответственно времени замера температуры и координатам местности, для 00 UTC г.Уфы Н=-123,9625°), °;

R - радиус Земли (условно можно взять средний радиус Земли 6371302 м + абсолютная высота, для г.Уфы - 6371406 м),

принимают наблюдавшиеся в периодах-аналогах значения температуры на изобарической поверхности АТ-850 гПа (с наибольшей корреляцией подходящие участки из ближайшего прошлого для рассчитанного приливного потенциала Солнца и Луны) с учетом запаздывания/опережения влияния, выбирают период-аналог температуры на изобарической поверхности АТ-850 гПа с максимальной корреляцией и составляют ряд значений на прогнозный период, в итоге получают прогнозируемые величины температуры на изобарической поверхности АТ-850 гПа. В том случае, если величина средней ошибки прогноза не удовлетворяет условиям, выбирают несколько периодов-аналогов с высокими значениями коэффициента корреляции и составляют ряды значений на прогнозный период с более низкой величиной средней ошибки. Пример реализации способа прогноза температуры на изобарической поверхности АТ-850 гПа на 2008 г. для г.Уфы в сравнении с реальными данными представлен на фиг.1.

Итак, заявленное изобретение позволяет прогнозировать погоду по температуре на изобарической поверхности АТ-850 гПа в зависимости от приливных процессов Солнца и Луны с относительной ошибкой 7%.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для прогнозирования температуры воздуха. Сущность: используя многолетние ряды температуры воздуха, вычисляют их нормы, аномалии и прогностические величины. Рассчитывают приливные потенциалы Солнца и Луны на предшествующий многолетний период и год прогноза. Выделяют периоды-аналоги по наибольшей корреляции с ближайшим прошлым приливного потенциала Солнца и Луны. Корректируют наблюдавшиеся в периодах-аналогах значения температуры на изобарической поверхности АТ-850 с учетом влияния вращения Земли на атмосферные процессы. Выбирают период-аналог с максимальной корреляцией. Составляют ряд значений на прогнозный период. Если величина средней ошибки прогноза не удовлетворяет заданным условиям, выбирают несколько периодов-аналогов с высокими значениями коэффициента корреляции, по которым вновь составляют ряды значений на прогнозный период. Технический результат: повышение оправдываемости прогноза температуры воздуха за счет учета взаимосвязи атмосферных процессов и отклонений вращения Земли. 1 ил.

Способ прогноза температуры воздуха, включающий использование многолетних рядов измерения температуры воздуха, вычисление их норм, аномалий и прогностических величин, определение периодов-аналогов по максимальной корреляции предвычисленного в период прогноза с ближайшим прошлым, отличающийся тем, что приливной потенциал Солнца и Луны вычисляют по формуле:
,
где G - постоянная Дудсона (G=2,6364 м²с^-2),
с - большая полуось лунной орбиты (384399000 м),
d - геоцентрическое расстояние Луны (по данным астрономических ежегодников, ежедневные данные), м,
а - средний радиус Земли (6371302 м),
φ - географическая широта местности, для которой составляется прогноз (для расчета г.Уфа 54,775°), °,
δ - склонение Луны (по данным астрономических ежегодников), °,
Н - часовой угол (рассчитывают соответственно времени замера температуры и координатам местности), °,
принимают наблюдавшиеся в периодах-аналогах (с наибольшей корреляцией подходящих участках из ближайшего прошлого для рассчитанного приливного потенциала Солнца и Луны) значения температуры на изобарической поверхности АТ-850 гПа с учетом запаздывания/опережения влияния, выбирают период-аналог температуры на изобарической поверхности АТ-850 с максимальной корреляцией, и составляется ряд значений на прогнозный период, и в итоге получают прогнозируемые величины температуры на изобарической поверхности АТ-850 гПа, в том случае, если величина средней ошибки прогноза не удовлетворяет условиям, выбирают несколько периодов-аналогов с высокими значениями коэффициента корреляции и составляют ряды значений на прогнозный период с более низкой величиной средней ошибки.