Учебно-методический комплекс дисциплины «Климатология и метрология» для специальности 5М060800 «Экология» учебно-методические материалы

3. Всемирная служба погоды

Одна из таких программ, самая крупная и самая значительная в рамках ВМО за всю историю международного метеорологического сотрудничества, получила название проекта Всемирной службы погоды (ВСП). Это проект был разработан в 1960-х гг. Она предусматривает переоснащение всех национальных метеослужб на базе использования достижений науки и техники.

Программа ВСП разрабатывалась учеными-экспертами ряда стран (СССР, США, Великобритании, Франции). Инициаторами проекта были академик В.А. Бугаев (СССР) и доктор Г. Векслер (США). Основные положения проекта были одобрены на V Всемирном конгрессе ВМО в 1967 г. в Женеве.

Основу ВСП составляют три глобальные программы:

• 
  наблюдений (глобальная система наблюдений – ГСН);
  
• 
  обработки данных (глобальная система обработки данных – ГСОД);
  
• 
  телесвязи (глобальная система телесвязи – ГСТ).
  

Ежесуточно более 70 000 наблюдений, передается информация в объеме 15 млн. символов, около 2000 карт погоды. Скорость передачи данных 9600 бит/с (14 000 слов/мин.).

В структуре ВСП предусмотрено создание 3 мировых метеорологических центров (ММЦ) (Москва, Вашингтон, Мельбурн), в которых осуществляется сбор данных со всего мира, включая и ИСЗ. Мировые метооцентры связаны между собой и с региональными метеоцентрами (РМЦ) быстродействующими линиями связи. РМЦ охватывают сбором данных большие территории (может быть нескольких стран). Вся сеть метеостанций на земном шаре включается в единую систему сбора и обработки метеоинформации, организуется получение данных с акваторий океанов, из полярных и малонаселенных районов Земли, с меторологических искусственных спутников Земли (МИСЗ).

Национальные центры осуществляют сбор и обработку информации с территории одной страны, распространение ее и пользуются всей необходимой им информацией с территории других стран.

В Республике Беларусь функционируют:

- 47 пунктов основных метеонаблюдений;

- 88 пунктов наблюдений за осадками;

- 2 пункта температурно-ветрового зондирования;

- 3 метеолокатора;

- 3 пункта актинометрических наблюдений;

- 7 пунктов наблюдений за суммарной солнечной радиацией;

- 1 пункт теплобалансовых наблюдений;

- 121 пункт наблюдения режимов рек;

- 14 пунктов наблюдения озер;

- 50 пунктов агрономического наблюдения.

Круглосуточные восьмисрочные метеорологические наблюдения на территории Республики Беларусь, непрерывные наблюдения за опасными и стихийными гидрометеорологическими явлениями и передачу информации в Гидрометцентр в настоящее время осуществляют синоптические станции Минской области – Березино, Борисов, Вилейка, Воложин, Любань, Марьина Горка, Минск, Нарочь, Слуцк, Столбцы; Брестской области – Барановичи, Брест, Высокое, Ганцевичи, Дрогичин, Ивацевичи, Пинск, Полесская, Пружаны; Гродненской области – Волковыск, Гродно, Лида, Новогрудок, Ошмяны, Щучин; Могилевской области – Бобруйск, Горки, Кличев, Костюковичи, Могилев, Славгород; Гомельской области – Брагин, Василевичи, Гомель, Житковичи, Жлобин, Лельчицы, Мозырь, Октябрь, Чечерск; Витебской области – Верхнедвинск, Витебск, Докшицы, Езерище, Лепель, Лынтупы, Орша, Полоцк, Толочин, Шарковщина.

Сеть гидрометеорологических наблюдений Беларуси включает сеть станций Всемирной метеорологической организации (ВМО) (35), станции МАГАТЭ (8), станции, передающие информацию по РОСС (10) и региональному обмену (8), станции, передающие информацию в Росгидромет (28), передающие телеграммы «Климат» в ВМО (6) и Росгидромет (12), используемые в региональных целях (8).

Рисунок 3 – Диаграмма центров обработки данных главной магистральной цепи телесвязи: 1 – мировые метеорологические центры; 2 – региональные центры на главной

• получение данных в результате измерений (наблюдений) в пунктах наблюдений;

• подготовка данных для обработки на ЭВМ;

• первичная обработка в целях формирования фонда данных длительного хранения;

• длительное хранение данных;

• обработка данных длительного хранения.

В ходе этого процесса данные группируются, контролируются, переносятся с одного носителя на другой, подвергаются перестройке структуры и т. д.

Данные, полученные после завершения этапа обработки, называются данными соответствующего уровня. С каждым уровнем связываются две подсистемы: подсистема формирования данных этого уровня (этапы технологического процесса) и подсистема обслуживания потребителей на основе этого уровня.

Обслуживание может вестись с различной степенью автоматизации в зависимости от уровня данных. Неавтоматизированное обслуживание ведется в основном за счет первичных данных наблюдений, не переданных в архив, а также за счет информации, хранящейся в виде листовых материалов и справочников.

Основной задачей оперативной гидрометеорологической системы является выпуск следующей продукции.

1. Прогноз погоды, гидрологического режима и других, связанных с ним явлений.

2. Информация о текущем состоянии погоды и гидрометеорологического режима.

Основное требование, которое должно быть выполнено при проектировании и разработке таких систем, – это скорость получения выходной продукции. С этой целью задается время отсечения, т. е. время, в течение которого после очередного срока наблюдений осуществляются сбор и накопление информации. Таким образом, чтобы обеспечить своевременность поступления информации, в жертву приносится полнота, а часто в определенной мере и качество собираемых комплектов данных.

Глобальная система телесвязи состоит из устройств и средств, необходимых для быстрого сбора и распределения требуемых данных наблюдений и обработанной информации.

Проект ВСП предусматривает выполнение научно-исследовательской программ, подготовку специалистов в развивающихся странах, оказание помощи последним в техническом перевооружении метеослужб.

В настоящее время выполняются следующие программы и эксперименты:

1) всемирная климатическая программа (WCP);

2) эксперимент по изучению циркуляции вод Мирового океана (WOCE)

3) эксперимент по изучению Тропического океана и глобальной атмосферы (TOGA);

4) стратосферные процессы и их роль в формировании климата (SPARC);

5) программа по изучению климатической изменчивости и предcказуемости (CLIVAR);

6) эксперимент по изучению энергетического и гидрологических циклов в глобальном масштабе (GEWEX).

Сегодня на основе современных космических технологий создана измерительная аппаратура, способная проводить измерения атмосферных характеристик с необходимой точностью и пространственным разрешением.

В настоящее время оперативная космическая метеорологическая система мирового сообщества (Европейский Союз, КНР, Россия, США, Япония) включает и будет включать спутники на геостационарной и на приполярных орбитах. Эти спутники используются при решении задач, связанных с прогнозированием погоды, а также для получения информации в интересах сельского и лесного хозяйства, климатологии, океанографии, мониторинга состояния окружающей среды, при изучении околоземного космического пространства, озонового слоя и содержания аэрозолей в атмосфере, при съемке снежного и ледового покрова Земли и др.

При этом геостационарные спутники, занимая фиксированное географическое положение над земной поверхностью, проводят наблюдения каждые 20–30 мин, что позволяет непрерывно наблюдать за определенными секторами земной атмосферы и подстилающей поверхности (рисунок 4). Прием и обработка метеорологической информации осуществляется со всех российских космических аппаратов типа «Ресурс», «Океан», «Метеор», «Электро» и ряда зарубежных космических аппаратов типа NOAA, Meteostat (европейский Союз), GMS (Япония), SPOT (Франция) LANDSAT, GOES (США) (рисунок 5).

К гидрометеорологической спутниковой информации предъявляются следующие требования:

• 
  глобальность,
  
• 
  трехмерность,
  
• 
  комплексность,
  
• 
  синхронность,
  
• 
  регулярность,
  
• 
  и оперативность
  

Благодаря короткому интервалу времени между последовательными снимками геостационарные спутники дают ценную информацию для мониторинга и прогноза неблагоприятных и опасных гидрометеорологических явлений.

В Беларуси широко используется система сбора данных дистанционного зондирования Земли из космоса через российский космический комплекс обзорного мониторинга Земли и детального мониторинга территории.

Развитие ракетной техники позволило метеорологам уже в середине XX в. резко повысить потолок инструментальных наблюдений, проникнуть с приборами сначала в стратосферу, а затем в мезо- и термосферу. МИСЗ позволяют следить за всеми изменениями погоды сверху, с высоты 100 и 1000 км. Особенно важно, что МИСЗ ведут наблюдение не только над сушей, но и над областями, где нет регулярной метеосети (океаны, пустыни, полярная область, высокогорья). Оборудование на МИСЗ позволяет производить наблюдения не только на освещенной, но и на теневой части Земли.

Изучением атмосферных процессов при помощи спутников занимается спутниковая метеорология. Это молодая научная дисциплина, зародившаяся в третьей четверти XX в. (4.10.1957 г. – первый спутник запущен в СССР). Метеоспутники оснащены обзорной и измерительной аппаратурой. Обзорная: телевизионные и инфракрасные системы, позволяющие фотографировать облака и земную поверхность днем и ночью. Измерительная: приборы для определения радиационного баланса системы Земля – атмосфера, определение температуры подстилающей поверхности, спектрального измерения температуры и влажности воздуха. Телесъемка ведется в видимой части спектра, разрешенная способность аппаратуры 1–2 км (высота орбиты 900 км). Фотографирование в ИК части спектра ведется и в ночное время (λ 8–12 мкм), разрешенная способность – 8 км в надире.

Геостационарный спутник всегда находится над одним и тем же местом земли (материк или океан). Первый выпущен 17.05.1974 г., высота орбиты равна 35 800 км. Геостационарные спутники предназначены для непрерывного слежения за эволюцией циклонов (тропических) и облачных систем в низких широтах в районах зарождения тропических штормов; слежения за линиями шквалов и обнаружения торнадо; слежения за перемещениями облаков и определения скорости и направления ветра на высоте облачности; сбора данных с наземных автоматических станций и морских буев.

Полярноорбитальные МИСЗ летают по почти круговой орбите, ее высота около 900 км. Ширина полосы обзора свыше 2000 км (2400 для телесъемки и 2600 км – инфракрасной). При одновременном полете двух спутников наблюдения над каждым районом земного шара производится через 6 часов.

МИСЗ обеспечивают получение данных о границе снежного покрова и ее изменениях, о дымовых облаках над промышленными районами и лесными пожарами (для этого необходима высокочувствительная аппаратура с разрешением ≤100 м).