Общие представления о системе метеорологических наблюдений
Всемирная Метеорологическая Организация (ВМО) учреждена 23 марта 1950 г. Она является преемницей Международной Метеорологической Организации (ММО), созданной в 1873 г.
ВМО — специализированное учреждение Организации Объединенных Наций (ООН) по метеорологии (погода и климат), оперативной гидрологии и соответствующим геофизическим наукам. Эта организация — официальный выразитель мнения системы ООН о состоянии и поведении атмосферы Земли, её взаимодействии с океанами, влиянии на климат и обусловленном этими факторами распределении водных ресурсов.
Цели ВМО заключаются в содействии развитию метеорологии, гидрологии и соответствующих геофизических наук, а также всемирному сотрудничеству в этих областях на благо человечества:
- создание сетей для проведения метеорологических/гидрологических и других геофизических наблюдений;
- стандартизация наблюдений и публикаций;
- развитие оперативной гидрологии;
- создание и поддержка систем для обработки данных и быстрого обмена ими;
- содействие применению метеорологии для социально-экономического развития (в области транспорта, водопользования, сельского хозяйства, использования океанов, борьбы с загрязнениями и т. д.), защиты окружающей среды;
- выработка политики предотвращения опасности и смягчения последствий стихийных бедствий.
ВМО тесно сотрудничает с региональными ассоциациями в области метеорологии и гидрологии и национальными метеорологическими службами.
Региональные ассоциации (РА) ВМО объединяют в своих рядах национальные метеорологические службы в шести регионах мира (рис. 1.5):
В мировом масштабе система наземных метеорологических наблюдений состоит примерно из 10 000 станций на суше, наблюдения на которых проводятся по единой методике каждые три часа, а нередко и ежечасно. Кроме того, более 1000 аэрологических станций получают информацию о состоянии атмосферы.
Метеорологические наблюдения за океаном, включая некоторые океанографические параметры, обеспечиваются за счёт 7000 судов, 1000 дрейфующих буёв, 300 стационарных буёв и 600 стационарных платформ. Ежедневно в гидрометеорологические службы передаётся и принимается более 9000 судовых метеорологических сводок.
Система передачи метеорологических данных с борта самолёта, широко известная как АМДАР, позволяет дополнить систему метеорологических наблюдений данными о ветре и температуре воздуха на различных уровнях полёта. Сегодня около 300 воздушных судов передают с помощью АМДАР приблизительно 150 000 сводок в сутки.
Наблюдения из космоса осуществляются на базе 10 геостационарных и полярно-орбитальных метеорологических спутников и 6 исследовательских спутников Земли в рамках глобальной метеорологической спутниковой сети для мониторинга, анализа и оценки состояния атмосферы (рис. 1.6).
Эта сеть наряду с глобальной системой наблюдений (ГСН) Всемирной службы погоды (ВСП) также представляет собой конструктивный элемент Комплексной стратегии глобальных наблюдений за погодой. Способности и возможности системы спутников осуществлять непрерывный обзор состояния атмосферы в глобальном и региональном масштабе охвата позволяют сегодня использовать полученные с их помощью данные очень широко и эффективно. Для изучения движения, развития и распада синоптических систем, особенно экстремальных явлений погоды, таких, как тропические и внетропические циклоны, вихри и т. д., особенно важно оперативное видение процессов в атмосфере в текущем масштабе времени.
Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) входит в состав Европейского и Азиатского регионов.
Росгидромет является специально уполномоченным федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим исполнительные, контрольные, разрешительные, регулирующие и другие функции в области гидрометеорологии и смежных с ней областях.
Росгидромет в соответствии с возложенными на него задачами организует систему метеорологических наблюдений и осуществляет их проведение в своих структурных подразделениях — на сети гидрометеорологических станций и постов в пределах своей компетенции.
Работа системы метеорологических наблюдений требует круглосуточного и непрерывного их выполнения и поддержания различных систем измерений на установленной сети станций и пунктов наблюдений:
- измерения на автоматических метеорологических станциях;
- измерения и наблюдения на авиационных метеорологических станциях;
- измерения и наблюдения с самолётов;
- морские наблюдения;
- специальные методы зондирования пограничного слоя и тропосферы;
- ракетные измерения в стратосфере и мезосфере;
- определение координат источников атмосфериков;
- спутниковые наблюдения;
- радиолокационные измерения;
- метеорологические шары-зонды.
Автоматические метеорологические станции используются для увеличения количества и надёжности данных наземных наблюдений.
При выполнении метеорологических наблюдений и измерений на аэродромах (на авиационных метеорологических станциях) используются по существу те же методы, что и для других метеорологических применений. Цель этих наблюдений заключается в содействии обеспечению безопасности полётов международной аэронавигации.
Для автоматических метеорологических измерений на современных самолётах и передачи этих данных в систему связи с самолёта на землю используется система АМДАР. Система АМДАР эксплуатируется на самолётах, которые оборудованы сложными навигационными и другими зондирующими системами.
Морские наблюдения охватывают любые метеорологические и связанные с ними другие наблюдения за окружающей средой на границе морской поверхности и атмосферы. Морские наблюдения могут производиться также дистанционно с наземных и космических систем. В настоящее время наземные системы дистанционного зондирования наблюдают и измеряют осадки (метеорологические локаторы), ветер у поверхности земли (доплеровские радиолокаторы), поверхностные течения в океанах, приземный ветер и состояние моря (микроволновый радиолокатор для коротких расстояний и высокочастотный радиолокатор для больших расстояний, например для зондирования за горизонт). Дистанционное зондирование из космоса используется для измерений многих приземных морских переменных. Это позволяет получать большой объём данных о состоянии моря, его ледовых условиях, ветре и температуре морской поверхности по всему Мировому океану.
Специальные методы зондирования разработаны для получения данных с высоким временным и пространственным разрешением, необходимым для анализа, прогноза и научных исследований явлений малого метеорологического масштаба и для различных специальных применений. Некоторые из этих методов могут применяться для измерений во всей тропосфере, другие используются в нижней тропосфере, в частности, в планетарном пограничном слое. Методы дистанционного зондирования основаны на взаимодействии с атмосферой электромагнитной или акустической энергии.
В системе ракетных измерений (в стратосфере и мезосфере) подлежащие измерению элементы весьма различны. Наиболее важными из них являются ветер и температура. Однако сюда входят также солнечная радиация, характеристики электрического состояния атмосферы, турбулентность и химические составляющие.
Атмосферики можно определить как электромагнитное излучение, возникающее в результате грозовых разрядов в атмосфере — молний. Простое обнаружение вспышек молний обычно используется для локальных предупреждений, но в то же время данные о координатах вспышек молний могут использоваться для метеорологических и прочих целей.
Спутниковая система наблюдений постоянно развивается. Методы дистанционного зондирования со спутников используются для измерения и наблюдения за метеорологическими и связанными с ними параметрами на поверхности Земли и в тропосфере, а также в стратосфере. Одним из преимуществ использования спутников является возможность метеорологических спутников давать изображение. Изображение облачности в атмосфере и морского льда в Мировом океане — это важная диагностическая информация, которая необходима при анализе метеорологических явлений. Данное преимущество позволяет трансформировать наше понимание атмосферных процессов, если использовать последовательные снимки с временной задержкой при анализе особенностей циркуляции атмосферы и их динамики во времени.
Метеорологические радиолокационные измерения используются чаще всего для наблюдения за гидрометеорами в атмосфере. Метеорологические радиолокаторы способны обнаруживать осадки и изменения показателя преломления в атмосфере сигнала радиолокатора, которые могут создаваться локальными изменениями температуры или влажности. Они предназначены прежде всего для обнаружения и отображения зон осадков, измерения их интенсивности и движения, а также для возможного определения типа осадков.
Метеорологические шары-зонды позволяют осуществлять зондирование атмосферы до высоты 30 км и оценивать стратификацию атмосферы с сети аэрологических станций. Они дают возможность получать как визуальные данные о ветре на различных высотах и высоте нижней границе облаков, так и данные по измерению ветра радиолокационными методами.
Роль каждой из этих систем различна, но любая из этих систем наблюдений имеет не только самостоятельное значение. Каждая система позволяет получать необходимую метеорологическую информацию по измерению метеорологических переменных для управления системами наблюдений в рамках единого глобального подхода использования метеорологических данных по метеорологическому обслуживанию различных видов деятельности и морского метеорологического обслуживания в том числе.
Международная координация деятельности в области морской метеорологии в системе метеорологических наблюдений осуществляется в соответствии с Конвенцией СОЛАС. Согласно этой Конвенции, судам предписывается сообщать о любых явлениях или метеорологических условиях, которые представляют серьёзную угрозу для безопасности мореплавания. Кроме того, отдельные суда представляют на добровольной основе данные регулярных метеорологических наблюдений. Эти данные наблюдений особенно ценны тем, что они составляют основу предупреждений и метеорологических прогнозов для целей судоходства.
Международная схема, по которой суда, плавающие в различных океанах и морях, привлекаются для производства и передачи метеорологических наблюдений, носит название «Схема ВМО судов, добровольно проводящих наблюдения». Эта единая система сбора метеорологических и океанографических данных об океанах в интересах мореплавания была признана Международной конвенцией по обеспечению безопасности жизни на море. Правило 4 главы V Конвенции — «Безопасность мореплавания» — гласит о том, что «договаривающиеся государства принимают меры, содействующие сбору метеорологических данных судами в море, и организуют их анализ, распространение и обмен в наиболее подходящей форме с целью оказания помощи мореплаванию».
Суда, добровольно проводящие наблюдения, вносят существенный вклад в Глобальную систему наблюдений Всемирной службы погоды. Соответствующие стандартные методики и процедуры содержатся в Наставлении по Глобальной системе наблюдений, часть III, раздел 2.3.3 (ВМО, № 544). Эти наблюдения являются основным источником метеорологической информации для океанских районов.
Производители гидрометеорологической информации для морской отрасли в Росгидромете осуществляют свою деятельность, исходя из своих технических возможностей использования наземной и морской наблюдательной сети и схемы взаимодействия системы наблюдений с оперативными структурами Росгидромета и морского транспорта (рис. 1.7).
Общие представления о системе морских наблюдений
Морские наблюдения, входящие в общую мировую и национальную системы метеорологических наблюдений, являются важной составляющей обеспечения безопасности мореплавания. Эти наблюдения или измерения параметров — величин состояния погоды — в океанах и морях производятся с неподвижных или подвижных платформ, в точке или дистанционно, с использованием наземных и спутниковых методов (рис. 1.8). Они осуществляются, в том числе и флотом судов, добровольно выполняющих наблюдения (ФСДН, который иногда называется программой судов, добровольно проводящих наблюдения — ПСДН).
ФСДН, проводя главным образом вручную наблюдения, которые выполняются штурманским составом на морских судах, производит весь набор необходимых наблюдений и распространяет их в коде ВМО SHIP. Эти наблюдения необходимы для синоптической метеорологии в целях прогнозирования условий погоды в океанах и морях. Следует отметить, что любые другие виды морских наблюдений, в том числе системы дистанционного зондирования атмосферы, могут лишь дополнять эти наблюдения, но не заменять их.
СУДОВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ
Судовые наблюдения являются главным источником оперативной информации о состоянии морской среды в различных акваториях Мирового океана. Эти данные крайне необходимы национальным метеорологическим службам, в ведении которых находится обслуживание тех или иных акваторий при морском метеорологическом обслуживании, для анализа и прогноза информации о погоде в целях обеспечения безопасности мореплавания.
Суда, выполняющие метеорологические наблюдения, должны быть оборудованы для проведения и измерения следующих элементов и метеорологических величин:
- местоположение судна;
- скорость и направление ветра;
- атмосферное давление, тенденция и её характеристика;
- погода в срок наблюдения и прошедшая погода (между сроками наблюдений);
- облачность (количество, форма, высота нижней границы облаков);
- метеорологическая дальность видимости;
- температура воздуха;
- влажность воздуха (точка росы);
- осадки;
- температура поверхности моря;
- ветровые волны и зыбь — высота, период волны и её направление;
- лёд (морской, речной и материкового происхождения) и /или обледенение судна при их наличии;
- курс и скорость судна.
Что касается наблюдений за этими элементами, то, как правило, инструментальные наблюдения, требующие освещения, должны выполняться после не требующих этого наблюдений для того, чтобы не ухудшать адаптацию глаз к темноте.
Наблюдения за плавучим льдом в настоящее время почти полностью основываются на визуальной оценке. Инструментальные наблюдения выполняются только обычным радиолокатором и новейшей техникой, такой, как пассивные микроволновые датчики и бортовые радиолокаторы кругового обзора. Следует отметить, что айсберги плохо отражают лучи радиолокаторов и их не всегда можно обнаружить с помощью этой техники.
Наблюдения за обледенением чрезвычайно важны для судов водоизмещением менее 1000 тонн, так как обледенение для них чрезвычайно опасно. Помимо возможного воздействия на остойчивость судна, обледенение может вызвать ряд других трудностей. Но даже на судах водоизмещением 10 000 тонн в результате обледенения антенн может выходить из строя радиоаппаратура и радиолокаторы. Может также ухудшаться видимость с мостика, возникать обледенение надстройки и грузов, находящихся на палубе больших контейнеровозов.
Наблюдения за всеми элементами, кроме атмосферного давления, должны выполняться в пределах 10 минут до стандартного срока синоптических наблюдений, в то время как атмосферное давление должно измеряться точно в стандартный срок наблюдения.
НЕОБХОДИМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Приборы, поставляемые и используемые на судах, должны быть испытаны и осмотрены соответствующими метеорологическими службами и соответствовать требованиям эксплуатации их на судах.
Для использования на судах пригодны и необходимы следующие приборы:
- барометр-анероид или морской ртутный барометр;
- психрометр с сухим и смоченным термометрами;
- барограф метеорологический недельный;
- термометр для измерения морской воды и подходящий сосуд для взятия пробы морской воды или постоянно заглублённый датчик (или датчик на обшивке судна) с дистанционным указателем;
- осадкомер, приспособленный для использования на борту судна;
- анемометр судовой;
- ветрочёт, для определения истинной скорости и направления ветра;
- секундомер;
- электрический фонарик.
Визуальная оценка силы ветра по шкале Бофорта возможна, но предпочтительнее использовать анемометры.
АВТОМАТИЗАЦИЯ СУДОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
Автоматизированные или частично автоматизированные системы устанавливаются на борту судов как для производства наблюдений, так и для передачи данных. Используются два режима эксплуатации:
- наблюдение, которое производится вручную, вводится в обрабатывающее устройство (как правило, персональный компьютер), необходимым образом кодируется и форматируется для передачи автоматически или вручную;
- наблюдение производится автоматически с использованием стандартных автоматических метеорологических станций. Данные о местоположении, курсе и скорости судна получают по судовой навигационной системе или рассчитывают с использованием спутника, обеспечивающего навигацию (например, глобальной системы определения местоположения). Передача таких наблюдений может осуществляться в чисто автоматическом режиме или вручную в зависимости от средств связи.
В настоящее время для распространения судовых наблюдений широко применяются системы спутниковой связи. Существуют три метода этой связи:
- международная система сбора данных (МССД) через метеорологические геостационарные спутники (ГОЕС, МЕТЕОСАТ, ГМС). Эта система, финансируемая главным образом метеорологическими службами, обеспечивает полностью автоматическую передачу данных один раз в час через заранее определённые промежутки времени. Передача данных обеспечивается в одну сторону;
- коммерческие спутниковые системы, например, ИНМАРСАТ. Эти системы являются очень надёжными и обеспечивают двустороннюю связь, но часто требуют включения вручную;
- система АРГОС. Эта система спроектирована главным образом для привязки, а также передачи данных и ограничена количеством и орбитальными характеристиками полярно-орбитальных спутников. Может использоваться для передачи и обработки судовых наблюдений.
СРОКИ НАБЛЮДЕНИЙ
«Приземные» или «приводные» наблюдения на борту любого судна выполняются следующим образом:
- синоптические наблюдения должны производиться в основные стандартные сроки — 00.00, 06.00, 12.00 и 18.00 Всемирного скоординированного времени (UTC). В случае необходимости проведения дополнительных наблюдений их следует выполнять в промежуточные стандартные сроки — 03.00, 09.00, 15.00, 21.00 UTC;
- в тех случаях, когда на борту судна возникают эксплуатационные трудности, делающие практически нецелесообразным проведение синоптических наблюдений в основной стандартный срок, фактическое время производства наблюдения должно быть как можно более близким к основному стандартному сроку. В особых случаях наблюдения могут даже производиться на целый час раньше основного стандартного срока. Это может быть, например, тогда, когда необходимо обеспечить передачу сообщения на береговую радиостанцию до того, как дежурный радиооператор прекратит свою работу. В этих случаях должно указываться фактическое время проведения наблюдений;
- в случае угрозы или развития штормовых условий наблюдения следует проводить чаще, чем в основные стандартные сроки;
- в тех случаях, когда наблюдаются или внезапно возникают опасные гидрометеорологические явления, следует провести наблюдения и немедленно передать данные, не обращая внимания на стандартные сроки наблюдения.
Литература
Гидрометеорологическое Обеспечение Мореплавания - Глухов В.Г., Гордиенко А.И., Шаронов А.Ю., Шматков В.А. [2014]
