Метеорология - Meteorology

Метеорология это филиал атмосферные науки который включает химия атмосферы и физика атмосферы, с упором на прогноз погоды. Изучение метеорологии восходит к тысячелетия, хотя значительного прогресса в метеорологии не произошло до 18 века. В 19 веке в этой области наблюдался скромный прогресс после наблюдение за погодой сети были сформированы в обширных регионах. Предыдущие попытки предсказание погоды зависело от исторических данных. Это было только после выяснения законы физики и, в частности, разработка компьютера, позволяющего автоматизировать решение множества уравнений, моделирующих погоду, во второй половине 20-го века, когда были достигнуты значительные успехи в прогнозировании погоды. Важной областью прогнозирования погоды является прогноз погоды на море поскольку это относится к безопасности на море и на побережье, в которой погодные эффекты также включают атмосферные взаимодействия с большими водоемами.

Метеорологические явления наблюдаемые погодные явления, которые объясняются наукой метеорологии. Метеорологические явления описываются и количественно оцениваются с помощью переменных Атмосфера Земли: температура, давление воздуха, водяной пар, массовый поток, а также вариации и взаимодействия этих переменных, а также то, как они меняются с течением времени. Разные пространственные масштабы используются для описания и прогнозирования погоды на местном, региональном и глобальном уровнях.

Метеорология, климатология, физика атмосферы, и химия атмосферы являются суб-дисциплинами атмосферные науки. Метеорология и гидрология составляют междисциплинарную область гидрометеорология. Взаимодействие между атмосферой Земли и ее океанами является частью связанной системы океан-атмосфера. Метеорология имеет применение во многих различных областях, таких как военный, производство энергии, транспорт, сельское хозяйство, и строительство.

Слово метеорология из Древнегреческий μετέωρος Metéōros (метеор) и -λογία -логия (- (о) логия ), что означает «изучение вещей высоко в воздухе».

История

Способность предсказывать дожди и наводнения на основе годовых циклов, очевидно, использовалась людьми, по крайней мере, со времен сельскохозяйственных поселений, если не раньше. Ранние подходы к предсказанию погоды основывались на астрология и практиковались священниками. Клинопись надписи на Вавилонский таблички содержали ассоциации между громом и дождем. В Халдеи дифференцировал 22° и Ореолы 46 °.[1]

Древний индийский Упанишады содержат упоминания об облаках и сезоны.[2] В Самаведе упоминаются жертвоприношения, совершаемые при обнаружении определенных явлений.[1] Варахамихира классическая работа Brihatsamhitaнаписано около 500 г. н.э.,[2] обеспечивает свидетельство наблюдения за погодой.

В 350 г. до н.э. Аристотель написал Метеорология.[3] Аристотель считается основоположником метеорологии.[4] Одно из самых впечатляющих достижений, описанных в Метеорология это описание того, что сейчас известно как гидрологический цикл.[5]

Книга Де Мундо (составленный до 250 г. до н.э. или между 350 и 200 г. до н.э.) отметил:[6]

Если вспыхивающее тело поджигается и стремительно устремляется к Земле, это называется ударом молнии; если это только половина огня, но также жестокая и массивная, это называется метеор; если он полностью не подвержен возгоранию, он называется дымящейся болтом. Все они называются «парящими стрелами», потому что они падают на Землю. Молния иногда бывает дымной, и тогда ее называют «тлеющей молнией»; иногда она быстро проносится, и тогда ее называют яркий. В других случаях он движется по кривым линиям и называется раздвоенная молния. Когда он налетает на какой-то объект, это называется «падающей молнией».

В Греческий ученый Теофраст составил книгу по прогнозированию погоды, названную Книга знаков. Работы Теофраста оставались доминирующим влиянием в изучении погоды и прогнозировании погоды в течение почти 2000 лет.[7] В 25 г. н.э. Помпоний Мела, географ Римская империя, формализовали систему климатических зон.[8] Согласно Туфику Фахду, примерно в 9 веке, Ад-Динавари написал Китаб ан-Набат (Книга растений), в котором он занимается применением метеорологии к сельское хозяйство вовремя Мусульманская сельскохозяйственная революция. Он описывает метеорологический характер неба, планеты и созвездия, то солнце и Луна, то лунные фазы указание сезоны и дождь, анва (небесные тела дождя), а также атмосферные явления, такие как ветер, гром, молнии, снег, наводнения, долины, реки, озера.[9][10][требуется проверка ]

Ранние попытки предсказания погоды часто были связаны с пророчествами и предсказаниями, а иногда и основывались на астрологических идеях. Адмирал Фитцрой пытался отделить научные подходы от пророческих.[11]

Исследование визуальных атмосферных явлений

Сумерки в Бейкер Бич

Птолемей писал на атмосферная рефракция света в контексте астрономических наблюдений.[12] В 1021 г. Альхазен показали, что атмосферная рефракция также ответственна за сумерки; он подсчитал, что сумерки начинаются, когда солнце опускается на 19 градусов ниже горизонт, а также использовал геометрическое определение на основе этого, чтобы оценить максимально возможную высоту Атмосфера Земли как 52 000 пассим (около 49 миль или 79 км).[13]

Святой Альберт Великий был первым, кто предположил, что каждая капля падающего дождя имеет форму маленькой сферы, и что эта форма означает, что радуга создается светом, взаимодействующим с каждой каплей дождя.[14] Роджер Бэкон был первым, кто рассчитал угловой размер радуги. Он заявил, что вершина радуги не может появиться выше 42 градусов над горизонтом.[15] В конце 13 - начале 14 вв. Камал ад-Дин аль-Фариси и Теодорих Фрайбергский были первыми, кто дал правильные объяснения первичному радуга явление. Теодерик пошел дальше и также объяснил вторичную радугу.[16] В 1716 году Эдмунд Галлей предположил, что полярные сияния вызваны "магнитными испарениями", движущимися по Магнитное поле Земли линий.

Инструменты и классификационные шкалы

Анемометр с полусферической чашкой

В 1441 г. Король Седжонг сын, принц Мунджонг из Кореи, изобрел первый стандартизированный осадкомер.[17] Они были разосланы Династия Чосон из Корея как официальный инструмент для оценки земельных налогов на основе потенциального урожая фермера. В 1450 г. Леоне Баттиста Альберти разработал качающуюся пластину анемометр, и был известен как первый анемометр.[18] В 1607 г. Галилео Галилей построил термоскоп. В 1611 г. Иоганн Кеплер написал первый научный трактат о снежных кристаллах: «Strena Seu de Nive Sexangula (Новогодний дар шестиугольного снега)».[19] В 1643 г. Евангелиста Торричелли изобрел ртуть барометр.[18] В 1662 году сэр Кристофер Рен изобрел механический датчик дождя с опрокидывающимся ковшом. В 1714 г. Габриэль Фаренгейт создали надежную шкалу для измерения температуры термометром ртутного типа.[20] В 1742 г. Андерс Цельсий, шведский астроном, предложил шкалу температур по шкале Цельсия, предшественницу нынешней Цельсия шкала.[21] В 1783 году первые волосы гигрометр был продемонстрирован Гораций-Бенедикт де Соссюр. В 1802–1803 гг. Люк Ховард написал О модификации облаков, в котором он назначает типы облаков Латинские имена.[22] В 1806 г. Фрэнсис Бофорт представил свой система классификации скорости ветра.[23] Ближе к концу XIX века первые облачные атласы были опубликованы, в том числе Международный облачный атлас, который с тех пор остается в печати. В апреле 1960 г. был запущен первый успешный метеорологический спутник, ТИРОС-1, положил начало эпохе, когда информация о погоде стала доступной во всем мире.

Исследование состава атмосферы

В 1648 г. Блез Паскаль заново открыл это атмосферное давление уменьшается с высотой, и можно сделать вывод, что над атмосферой существует вакуум.[24] В 1738 г. Даниэль Бернулли опубликовано Гидродинамика, инициируя Кинетическая теория газов и установил основные законы теории газов.[25] В 1761 г. Джозеф Блэк обнаружили, что лед поглощает тепло, не меняя своей температуры при таянии. В 1772 г. ученик Блэка Дэниел Резерфорд обнаруженный азот, который он назвал флогистированный воздух, и вместе они разработали теория флогистона.[26] В 1777 г. Антуан Лавуазье обнаруженный кислород и разработал объяснение горения.[27] В 1783 году в эссе Лавуазье «Reflexions sur le phlogistique»[28] он осуждает теорию флогистона и предлагает теория калорий.[29][30] В 1804 году сэр Джон Лесли заметил, что матовая черная поверхность излучает тепло более эффективно, чем полированная поверхность, что свидетельствует о важности излучение черного тела. В 1808 г. Джон Далтон защитил теорию калорий в Новая система химии и описал, как он сочетается с веществом, особенно с газами; он предложил, чтобы теплоемкость газов изменяется обратно пропорционально атомный вес. В 1824 г. Сади Карно проанализировали эффективность Паровые двигатели используя теорию калорийности; он разработал понятие обратимый процесс и, постулируя, что ничего подобного не существует в природе, заложили основу для второй закон термодинамики.

Исследование циклонов и воздушных потоков

Общая циркуляция атмосферы Земли: западные ветры и пассаты являются частью атмосферной циркуляции Земли.

В 1494 г. Христофор Колумб пережил тропический циклон, что привело к первому письменному описанию урагана в Европе.[31] В 1686 г. Эдмунд Галлей представили систематическое исследование пассаты и муссоны и определили солнечное нагревание как причину атмосферных движений.[32] В 1735 г. идеальный объяснение глобальное обращение через изучение пассаты был написан Джордж Хэдли.[33] В 1743 г., когда Бенджамин Франклин не смог увидеть лунное затмение из-за ураган, он решил, что циклоны движутся противоположно ветрам на их периферии.[34] Понимание кинематики того, как именно вращение Земли влияет на воздушный поток, сначала было частичным. Гаспар-Гюстав Кориолис опубликовал в 1835 году работу о выходе энергии машин с вращающимися частями, например водяными колесами.[35] В 1856 г. Уильям Феррел предложил существование циркуляционная ячейка в средних широтах, и воздух внутри отклоняется силой Кориолиса, в результате чего преобладают западные ветры.[36] В конце XIX века движение воздушных масс по изобары понималось как результат крупномасштабного взаимодействия сила градиента давления и отклоняющая сила. К 1912 году эта отклоняющая сила была названа эффектом Кориолиса.[37] Сразу после Первой мировой войны группа метеорологов в Норвегии во главе с Вильгельм Бьеркнес разработал Норвежская модель циклона что объясняет генерацию, усиление и окончательный распад (жизненный цикл) среднеширотные циклоны, и представил идею фронты, то есть четко определенные границы между воздушные массы.[38] В группу вошли Карл-Густав Россби (кто первым объяснил крупномасштабный атмосферный поток в терминах динамика жидкостей ), Тор Бержерон (кто первым определил, как образуется дождь) и Якоб Бьеркнес.

Сети наблюдений и прогноз погоды

Классификация облаков по высоте возникновения
Эта «Гетографическая карта мира, или карта дождя» была впервые опубликована в 1848 г. Александр Кейт Джонстон.
Эта «Гетографическая карта Европы, или карта дождя» была также опубликована в 1848 году как часть «Физического атласа».

В конце 16 - первой половине 17 века был изобретен ряд метеорологических приборов - термометр, барометр, ареометр, а также датчики ветра и дождя. В 1650-х годах натурфилософы начали использовать эти инструменты для систематической записи наблюдений за погодой. Академии наук создали дневники погоды и организовали сети наблюдений.[39] В 1654 г. Фердинандо II де Медичи учредил первый наблюдение за погодой сеть, состоящая из метеорологических станций в Флоренция, Кутильяно, Валломброза, Болонья, Парма, Милан, Инсбрук, Оснабрюк, Париж и Варшава. Собранные данные отправлялись во Флоренцию через определенные промежутки времени.[40] В 1660-х годах Роберт Гук из Лондонское королевское общество спонсируемые сети метеорологических наблюдателей. Гиппократ ' научный труд Воздух, вода и места связали погоду с болезнями. Таким образом, первые метеорологи пытались связать погодные условия со вспышками эпидемий, а климат - с общественным здоровьем.[39]

Вовремя Эпоха Просвещения метеорология пыталась рационализировать традиционные знания о погоде, включая астрологическую метеорологию. Но были также попытки установить теоретическое понимание погодных явлений. Эдмонд Галлей и Джордж Хэдли пытался объяснить пассаты. Они рассудили, что растущая масса нагретого экваториального воздуха заменяется притоком более холодного воздуха из высоких широт. Поток теплого воздуха на большой высоте от экватора к полюсам, в свою очередь, дал раннюю картину циркуляции. Разочарование отсутствием дисциплины среди наблюдателей за погодой и плохим качеством инструментов привело к тому, что раннее Новое время национальные государства организовать большие сети наблюдения. Таким образом, к концу 18 века метеорологи имели доступ к большому количеству надежных данных о погоде.[39] В 1832 г. был создан электромагнитный телеграф. Барон Шиллинг.[41] Прибытие электрический телеграф в 1837 г. впервые представил практический метод быстрого сбора приземные наблюдения за погодой с большой площади.[42]

Эти данные могут быть использованы для создания карт состояния атмосферы для области вблизи поверхности Земли и для изучения того, как эти состояния эволюционировали во времени. Чтобы часто делать прогнозы погоды на основе этих данных, требовалась надежная сеть наблюдений, но только в 1849 г. Смитсоновский институт начал создавать сеть наблюдений по всей территории Соединенных Штатов под руководством Джозеф Генри.[43] В то время аналогичные сети наблюдений были созданы в Европе. Преподобный Уильям Клемент Лей был ключом к пониманию перистых облаков и раннему пониманию Jet Streams.[44] Чарльз Кеннет Маккиннон Дуглас, известный как «CKM» Дуглас прочитал документы Лея после его смерти и продолжил ранние исследования погодных систем.[45]Исследователи в области метеорологии девятнадцатого века были привлечены из военных или медицинских специалистов, а не прошли специальную подготовку в качестве ученых.[46] В 1854 году правительство Соединенного Королевства назначило Роберт Фитцрой в новый офис Метеорологический статистик в Торговую палату с задачей сбора данных наблюдений за погодой в море. Офис Фитцроя стал Метеорологическое бюро Соединенного Королевства в 1854 г. - вторая старейшая национальная метеорологическая служба в мире ( Центральный институт метеорологии и геодинамики (ZAMG) в Австрии была основана в 1851 году и является старейшей метеорологической службой в мире). Первые ежедневные прогнозы погоды, сделанные офисом FitzRoy's, были опубликованы в Времена в 1860 году. В следующем году была введена система подъема конусов штормового предупреждения в основных портах, когда ожидается шторм.

В течение следующих 50 лет многие страны создали национальные метеорологические службы. В Метеорологический департамент Индии (1875 г.) был основан для отслеживания тропических циклонов и сезон дождей.[47] Центральное метеорологическое управление Финляндии (1881 г.) было образовано из части Магнитной обсерватории им. Хельсинкский университет.[48] Японская Токийская метеорологическая обсерватория, предшественник Японское метеорологическое агентство, начал строить карты погоды на поверхности в 1883 году.[49] В Бюро погоды США (1890 г.) была основана в Министерство сельского хозяйства США. В Австралийское бюро метеорологии (1906 г.) был учрежден Законом о метеорологии для объединения существующих государственных метеорологических служб.[50][51]

Численный прогноз погоды

Метеоролог за пультом IBM 7090 в Объединенной группе численного прогнозирования погоды. c. 1965 г.

В 1904 году норвежский ученый Вильгельм Бьеркнес впервые утверждал в своей статье Прогноз погоды как проблема механики и физики что должна быть возможность прогнозировать погоду на основе расчетов, основанных на естественные законы.[52][53]

Только позже, в 20-м веке, прогресс в понимании физики атмосферы привел к основанию современных численный прогноз погоды. В 1922 г. Льюис Фрай Ричардсон опубликовал «Прогноз погоды с помощью числового процесса»,[54] После обнаружения заметок и выводов он работал водителем скорой помощи во время Первой мировой войны. Он описал, как можно пренебречь малыми членами в уравнениях прогнозной гидродинамики, которые управляют атмосферным потоком, и схему численных расчетов, которая могла бы быть разработана, чтобы делать прогнозы. Ричардсон представил себе большую аудиторию из тысяч людей, выполняющих вычисления. Однако количество требуемых вычислений было слишком большим, чтобы их можно было выполнить без электронных компьютеров, а размер сетки и временные шаги, использованные в расчетах, привели к нереалистичным результатам. Хотя позже численный анализ показал, что это было связано с числовая нестабильность.

Начиная с 1950-х годов, числовой прогнозы с помощью компьютеров стали возможными.[55] Первый прогноз погоды полученный таким образом баротропный (одноуровневые) модели и могут успешно прогнозировать крупномасштабное движение в средних широтах. Россби волны, то есть образец атмосферные минимумы и максимумы.[56] В 1959 году Метеорологическое управление Великобритании получило свой первый компьютер. Ферранти Меркьюри.[57]

В 1960-е гг. хаотичный природа атмосферы была впервые обнаружена и математически описана Эдвард Лоренц, основав область теория хаоса.[58] Эти достижения привели к текущему использованию ансамблевое прогнозирование в большинстве крупных центров прогнозирования, чтобы учесть неопределенность, возникающую из-за хаотического характера атмосферы.[59] Математические модели, используемые для прогнозирования долгосрочной погоды на Земле (климатические модели ), которые сегодня имеют такое же грубое разрешение, как и более старые модели прогнозирования погоды. Эти климатические модели используются для исследования долгосрочных климат сдвиги, например, какие эффекты могут быть вызваны выбросом человеком парниковые газы.

Метеорологи

Метеорологи ученые, которые изучают и работают в области метеорологии.[60] Американское метеорологическое общество издает и постоянно обновляет авторитетный электронный Глоссарий по метеорологии.[61] Метеорологи работают в государственные органы, частный консалтинг и исследование услуги, промышленные предприятия, ЖКХ, радио и телевизионные станции, И в образование. В США в 2018 году метеорологи работали около 10 000 человек.[62]

Хотя прогнозы погоды и предупреждения являются наиболее известными продуктами метеорологов для населения, ведущие погоды на радио и телевидении не обязательно профессиональные метеорологи. Чаще всего они репортеры с небольшим формальным метеорологическим обучением, используя нерегулируемые названия, такие как специалист по погоде или же метеоролог. В Американское метеорологическое общество и Национальная погодная ассоциация выдает «Знаки одобрения» метеорологам, отвечающим определенным требованиям, но это не обязательно для приема на работу в СМИ.

Оборудование

Спутниковый снимок Ураган Хьюго с полярный минимум виден вверху изображения

У каждой науки есть свои уникальные наборы лабораторного оборудования. В атмосфере есть много вещей или качеств атмосферы, которые можно измерить. Дождь, который можно наблюдать или видеть в любом месте и в любое время, был одним из первых исторических показателей качества атмосферы. Кроме того, двумя другими точно измеренными качествами являются ветер и влажность. Ничего из этого нельзя увидеть, но можно почувствовать. Устройства для измерения этих трех видов появились в середине 15 века и, соответственно, были осадкомер, анемометр и гигрометр. До 15 века было предпринято множество попыток построить соответствующее оборудование для измерения многих атмосферных переменных. Многие были в чем-то неисправны или просто ненадежны. Четное Аристотель отмечал это в некоторых своих работах как трудность измерения воздуха.

Наборы приземных измерений - важные данные для метеорологов. Они дают снимок различных погодных условий в одном месте и обычно метеостанция, корабль или буй погоды. Измерения, сделанные на метеостанции, могут включать любое количество атмосферных наблюдений. Обычно температура, давление, измерения ветра и влажность - это переменные, которые измеряются термометром, барометром, анемометром и гигрометром соответственно.[63] Профессиональные станции могут также включать датчики качества воздуха (монооксид углерода, углекислый газ, метан, озон, пыль, и курить ), облакомер (потолок облаков), датчик падающих осадков, датчик наводнения, датчик молнии, микрофон (взрывы, звуковые удары, гром ), пиранометр /пиргелиометр /спектрорадиометр (ИК / Вид / УФ фотодиоды ), осадкомер /снегомер, сцинтилляционный счетчик (фоновое излучение, выпадать, радон ), сейсмометр (землетрясения и тремор), трансмиссометр (видимость), а GPS часы за Регистрация данных. Аэрологические данные имеют решающее значение для прогнозирования погоды. Самая распространенная техника - запуски радиозонды. Дополнение к радиозондам a сеть сбора самолетов организован Всемирная метеорологическая организация.

Дистанционное зондирование В метеорологии используется концепция сбора данных о удаленных погодных явлениях и последующего получения информации о погоде. Распространенные типы дистанционного зондирования: Радар, Лидар, и спутники (или же фотограмметрия ). Каждый собирает данные об атмосфере из удаленного места и, как правило, хранит данные там, где расположен инструмент. Радар и лидар не пассивны, потому что оба используют ЭМ излучение для освещения определенной части атмосферы.[64] Метеорологические спутники наряду с более универсальными спутниками наблюдения Земли, вращающимися вокруг Земли на различных высотах, стали незаменимым инструментом для изучения широкого спектра явлений от лесных пожаров до Эль-Ниньо.

Пространственные масштабы

Изучение атмосферы можно разделить на отдельные области, которые зависят как от временного, так и от пространственного масштабов. На одном краю этой шкалы находится климатология. В масштабе времени от часов до дней метеорология разделяется на метеорологию в микро-, мезо- и синоптическом масштабе. Соответственно, геопространственный размер каждой из этих трех шкал напрямую связан с соответствующей шкалой времени.

Другие подклассы используются для описания уникальных, локальных или широких эффектов внутри этих подклассов.

Типичные масштабы систем движения атмосферы[65]
Тип движенияГоризонтальная шкала (метр)
Молекулярная длина свободного пробега10−7
Минутные турбулентные водовороты10−2 – 10−1
Маленькие водовороты10−1 – 1
Пыльные дьяволы1–10
Порывы ветра10 – 102
Торнадо102
Грозовые облака103
Фронты, линии шквала104 – 105
Ураганы105
Синоптические циклоны106
Планетарные волны107
Атмосферные приливы107
Средний зональный ветер107

Микромасштаб

Микромасштабная метеорология - это изучение атмосферных явлений в масштабе около 1 километра (0,62 мили) или меньше. В этом масштабе моделируются отдельные грозы, облака и местная турбулентность, вызванная зданиями и другими препятствиями (например, отдельными холмами).[66]

Мезомасштаб

Мезомасштабная метеорология - это изучение атмосферных явлений, которые имеют горизонтальный масштаб от 1 км до 1000 км и вертикальный масштаб, который начинается на поверхности Земли и включает атмосферный пограничный слой, тропосферу, тропопауза, а нижняя часть стратосфера. Для мезомасштабных временных шкал от менее суток до недель. Обычно интересующие события: грозы, линии шквала, фронты, полосы осадков в тропический и внетропические циклоны, а также топографические погодные системы, такие как горные волны и морской и наземный бриз.[67]

Синоптическая шкала

NOAA: Синоптическая шкала анализа погоды.

Метеорология синоптического масштаба предсказывает атмосферные изменения на масштабах до 1000 км и 105 сек (28 дней) во времени и пространстве. В синоптическом масштабе Кориолисовое ускорение воздействие на движущиеся воздушные массы (за пределами тропиков) играет доминирующую роль в прогнозах. Явления, обычно описываемые синоптическая метеорология включают такие события, как внетропические циклоны, бароклинные впадины и хребты, лобные зоны, и в некоторой степени струи. Все это обычно приводится на карты погоды на определенное время. Минимальный горизонтальный масштаб синоптических явлений ограничен расстоянием между наземные станции наблюдения.[68]

Мировой масштаб

Среднегодовая температура поверхности моря.

Метеорология глобального масштаба - это изучение погодных условий, связанных с переносом тепла из тропики к полюса. В этом масштабе важны очень крупномасштабные колебания. Эти колебания имеют периоды времени обычно порядка месяцев, например Осцилляция Мэддена – Джулиана, или годы, например Эль-Ниньо – Южное колебание и Тихоокеанские десятилетние колебания. Метеорология глобального масштаба переходит в область климатологии. Традиционное определение климата переносится в более крупные временные рамки, и с пониманием глобальных колебаний в более длительном масштабе времени их влияние на климатические и погодные возмущения может быть включено в прогнозы синоптических и мезомасштабных временных масштабов.

Численное прогнозирование погоды является основным направлением в понимании взаимодействия воздуха и моря, тропической метеорологии, предсказуемости атмосферы и тропосферных / стратосферных процессов.[69] В Лаборатория военно-морских исследований в Монтерее, Калифорния, разработала глобальную атмосферную модель, названную Глобальная система прогнозирования атмосферы военно-морского флота (НОГАПС). NOGAPS функционирует на Центр численной метеорологии и океанографии флота для Вооруженных сил США. Многие другие глобальные атмосферные модели используются национальными метеорологическими агентствами.

Некоторые метеорологические принципы

Метеорология пограничного слоя

Пограничный слой метеорология - это изучение процессов в воздушном слое непосредственно над поверхностью Земли, известных как пограничный слой атмосферы (ABL). Влияние поверхности - нагрев, охлаждение и трение - причина турбулентное перемешивание в воздушном слое. Значительное движение высокая температура, иметь значение, или же импульс на временных масштабах менее суток вызваны турбулентными движениями.[70] Метеорология пограничного слоя включает изучение всех типов границы поверхность-атмосфера, включая океан, озеро, городские земли и земли за пределами города, для изучения метеорологии.

Динамическая метеорология

Динамическая метеорология обычно фокусируется на динамика жидкостей атмосферы. Идея воздушная посылка используется для определения мельчайшего элемента атмосферы, игнорируя при этом дискретную молекулярную и химическую природу атмосферы. Воздушный пакет определяется как точка в жидком континууме атмосферы. Основные законы динамики жидкости, термодинамики и движения используются для изучения атмосферы. Физическими величинами, которые характеризуют состояние атмосферы, являются температура, плотность, давление и т. Д. Эти переменные имеют уникальные значения в континууме.[71]

Приложения

Прогноз погоды

Прогноз приземного давления на пять дней вперед для северной части Тихого океана, Северной Америки и северной части Атлантического океана

Прогноз погоды - это применение науки и технологий для прогнозирования состояния атмосфера в будущем и в данном месте. Люди пытались предсказать погоду неформально на протяжении тысячелетий, а формально, по крайней мере, с 19 века.[72][73] Прогнозы погоды составляются путем сбора количественных данные о текущем состоянии атмосферы и использовании научных представлений об атмосферных процессах для прогнозирования ее развития.[74]

Когда-то общечеловеческое усилие, основанное в основном на изменениях в барометрическое давление текущие погодные условия и состояние неба,[75][76] прогнозные модели теперь используются для определения будущих условий. По-прежнему требуется участие человека, чтобы выбрать наилучшую возможную модель прогноза, на которой основывается прогноз, которая включает навыки распознавания образов, телесоединения, знание производительности модели и знание предвзятости модели. В хаотичный природа атмосферы, огромные вычислительные мощности, необходимые для решения уравнений, описывающих атмосферу, ошибки, связанные с измерением начальных условий, и неполное понимание атмосферных процессов означают, что прогнозы становятся менее точными, поскольку разница в текущем времени и времени для который делается прогноз ( классифицировать прогноза) увеличивается. Использование ансамблей и консенсуса моделей помогает сузить ошибку и выбрать наиболее вероятный результат.[77][78][79]

Есть множество вариантов конечного использования прогнозов погоды. Предупреждения о погоде - важные прогнозы, потому что они используются для защиты жизни и имущества.[80] Прогнозы на основе температуры и осадки важны для сельского хозяйства,[81][82][83][84] и, следовательно, для трейдеров на фондовых рынках. Коммунальные предприятия используют прогнозы температуры для оценки спроса в ближайшие дни.[85][86][87] Ежедневно люди используют прогнозы погоды, чтобы определить, что надеть. Так как занятия на свежем воздухе сильно ограничены сильным дождем, снегом и холодный ветер, прогнозы можно использовать для планирования действий в связи с этими событиями, а также для планирования заранее и выжить в них.

Авиационная метеорология

Авиационная метеорология изучает влияние погоды на управление воздушным движением. Для летных экипажей важно понимать влияние погоды на их план полета, а также на свой самолет, как отмечалось в Руководство по аэронавигационной информации:[88]

Воздействие льда на самолет носит кумулятивный характер: уменьшается тяга, увеличивается сопротивление, уменьшается подъемная сила и увеличивается вес. Результатом является увеличение скорости сваливания и ухудшение летно-технических характеристик самолета. В крайних случаях менее чем за 5 минут на передней кромке аэродинамического профиля может образоваться лед от 2 до 3 дюймов. Требуется всего 1/2 дюйма льда, чтобы снизить подъемную силу некоторых самолетов на 50 процентов и увеличить сопротивление трения на такой же процент.[89]

Сельскохозяйственная метеорология

Метеорологи, почвоведы, гидрологи-агрономы и агрономы люди, заинтересованные в изучении влияния погоды и климата на распространение растений, урожай, эффективность водопользования, фенология развития растений и животных, а также энергетического баланса управляемых и естественных экосистем. Наоборот, их интересует роль растительности в климате и погоде.[90]

Гидрометеорология

Гидрометеорология это раздел метеорологии, который занимается гидрологический цикл, водный баланс и статистика осадков штормы.[91] Гидрометеоролог составляет и выдает прогнозы накопления (количественных) осадков, сильного дождя, сильного снегопада и выделяет районы с потенциалом внезапных наводнений. Обычно диапазон требуемых знаний совпадает с климатологией, мезомасштабной и синоптической метеорологией и другими науками о Земле.[92]

Междисциплинарный характер отрасли может привести к техническим проблемам, поскольку инструменты и решения из каждой из отдельных задействованных дисциплин могут вести себя немного по-разному, быть оптимизированными для разных аппаратных и программных платформ и использовать разные форматы данных. Есть несколько инициатив - например, проект DRIHM.[93] - которые пытаются решить эту проблему.[94]

Ядерная метеорология

Ядерная метеорология исследует распределение радиоактивный аэрозоли и газы в атмосфере.[95]

Морская метеорология

Морская метеорология занимается прогнозированием воздуха и волнения для судов, работающих в море. Такие организации, как Центр прогнозов океана, Гонолулу Национальная служба погоды бюро прогнозов, Великобритания Метеорологический офис, и JMA готовить прогнозы открытого моря для Мирового океана.

Военная метеорология

Военная метеорология - это исследование и применение метеорологии для военный целей. В Соединенных Штатах ВМС США с Командующий, Командование морской метеорологии и океанографии наблюдает за метеорологической работой ВМФ и Корпус морской пехоты в то время как ВВС США с Агентство погоды ВВС отвечает за ВВС и Армия.

Экологическая метеорология

Экологическая метеорология в основном анализирует физическое и химическое распространение промышленных загрязнений на основе таких метеорологических параметров, как температура, влажность, ветер и различные погодные условия.

Возобновляемая энергия

Применение метеорологии в возобновляемой энергии включает фундаментальные исследования, «разведку» и потенциальное картирование энергии ветра и солнечной радиации для использования энергии ветра и солнца.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Хеллманн, Г. (1 октября 1908 г.). «Рассвет метеорологии». Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества. 34 (148): 221–232. Bibcode:1908QJRMS..34..221H. Дои:10.1002 / qj.49703414802. ISSN  1477-870X.
  2. ^ а б NS, [email protected]. «История метеорологии в Индии». Imd.gov.in. Архивировано из оригинал 30 марта 2012 г.. Получено 25 марта 2012.
  3. ^ «Метеорология: Введение». Infoplease.
  4. ^ «94.05.01: Метеорология». Архивировано из оригинал 21 июля 2016 г.. Получено 16 июн 2015.
  5. ^ Аристотель (2004) [350 г. до н.э.]. Метеорология. Библиотека Университета Аделаиды, Университет Аделаиды, Южная Австралия, 5005: eBooks @ Adelaide. Архивировано из оригинал 17 февраля 2007 г. Перевод Э.У. ВебстераCS1 maint: location (связь)
  6. ^ Аристотель; Форстер, Э. С. (Эдвард Сеймур), 1879–1950; Добсон, Дж. Ф. (Джон Фредерик), 1875–1947 (1914). Де Мундо. Оксфорд: Кларендон Пресс. п. Глава 4.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  7. ^ «Погода: прогнозирование с самого начала». Infoplease.
  8. ^ «Хронология географии, палеонтологии». Paleorama.com. Архивировано из оригинал 6 сентября 2012 г. По пути открытий
  9. ^ Фахд, Туфик. «Ботаника и сельское хозяйство»: 815. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  10. ^ Морелон, Режис; Рашед, Рошди (1996). Энциклопедия истории арабской науки. 3. Рутледж. ISBN  978-0-415-12410-2.
  11. ^ Андерсон, Кэтрин (1999). «Пророки погоды: наука и репутация в викторианской метеорологии». История науки. 37 (2): 179–215. Bibcode:1999HisSc..37..179A. Дои:10.1177/007327539903700203. S2CID  142652078.
  12. ^ Смит AM, 1996. "Теория зрительного восприятия Птолемея: английский перевод оптики", стр. 46. Труды Американского философского общества т. 86, часть 2.
  13. ^ Фризингер, Х. Ховард (1973). «Наследие Аристоля в метеорологии». Бюллетень Американского метеорологического общества. 54 (3): 198. Дои:10.1175 / 1520-0477 (1973) 054 <0198: ALIM> 2.0.CO; 2. ISSN  1520-0477.
  14. ^ «Авторы метеорологии древности и до Возрождения». Получено 16 июн 2015.
  15. ^ Раймонд Л. Ли; Алистер Б. Фрейзер (2001). Радужный мост: радуга в искусстве, мифах и науке. Penn State Press. п. 155. ISBN  978-0-271-01977-2.
  16. ^ «Теодорик Фрайберга и Камаль ад-Дин аль-Фариси независимо сформулировали правильное качественное описание радуги | Encyclopedia.com». www.encyclopedia.com. Получено 16 мая 2020.
  17. ^ Науки о Земле '2005 г.. Rex Bookstore, Inc. стр. 151. ISBN  978-971-23-3938-7.
  18. ^ а б Якобсон, Марк З. (июнь 2005 г.). Основы атмосферного моделирования (мягкая обложка) (2-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. п. 828. ISBN  978-0-521-54865-6.
  19. ^ "Ранние наблюдения снежных кристаллов". Получено 16 июн 2015.
  20. ^ Григулл У., Фаренгейт, пионер точной термометрии. Теплообмен, 1966, Труды 8-й Международной конференции по теплопередаче, Сан-Франциско, 1966, т. 1.
  21. ^ Бекман, Олоф (2001). «История температурной шкалы Цельсия». Уппсальская астрономическая обсерватория. Архивировано из оригинал 22 июля 2009 г.
  22. ^ Торнс, Джон. Э. (1999). Небеса Джона Констебля. Издательство Бирмингемского университета, стр.189. ISBN  1-902459-02-4.
  23. ^ Джайлз, Билл. «Шкала Бофорта». BBC Погода. Архивировано из оригинал 15 октября 2010 г.. Получено 12 мая 2009.
  24. ^ Флорин Паскалю, сентябрь 1647 г. Uves завершает де Паскаль, 2:682.
  25. ^ О'Коннор, Джон Дж.; Робертсон, Эдмунд Ф., «Метеорология», Архив истории математики MacTutor, Сент-Эндрюсский университет.
  26. ^ Биографическая заметка в «Лекциях и докладах профессора Дэниела Резерфорда (1749–1819) и дневнике миссис Харриет Резерфорд».
  27. ^ «Sur la горение en général» («О горении в целом», 1777) и «Considérations Générales sur la Nature des Acides» («Общие соображения о природе кислот», 1778).
  28. ^ Николас В. Бест "«Размышления о флогистоне» Лавуазье I: Против теории флогистона », Основы химии, 2015, 17, 137–151.
  29. ^ Николас В. Бест, «Размышления о флогистоне» Лавуазье II: О природе тепла, Основы химии, 2015, 17. В этой ранней работе Лавуазье называет это «огненным флюидом».
  30. ^ Издание 1880 г. Руководство к научному познанию знакомых вещей, учебник 19-го века, объясняет теплопередачу с точки зрения потока калорий.
  31. ^ Морисон, Сэмюэл Элиот, Адмирал Океана Море: Жизнь Кристофора Колумба, Бостон, 1942, стр. 617.
  32. ^ Кук, Алан Х., Эдмонд Галлей: Картографирование небес и морей (Оксфорд: Clarendon Press, 1998)
  33. ^ Джордж Хэдли, «О причине общих пассатов», Философские труды, т. 39 (1735 г.).
  34. ^ Дорст, Нил (1 июня 2017 г.). «Вопросы и ответы: хронология ураганов». aoml.noaa.gov. AOML. Архивировано из оригинал 5 июня 2019 г.
  35. ^ Г. Кориолис (1835 г.). "Sur les équations du mouvement relatif des systèmes de corps". Журнал де l'École Royale Polytechnique. 15: 144–154.
  36. ^ Феррел, Уильям (4 октября 1856 г.). «Очерк ветров и течений океана» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 11 октября 2013 г.. Получено 1 января 2009.
  37. ^ Артур Гордон Вебстер (1912). Динамика частиц и твердых, упругих и жидких тел.. Б.Г. Тюбнер. п.320. Центробежная сила Кориолиса 0-1920.
  38. ^ Джонсон, Шэй (2003). «Норвежская модель циклона» (PDF). weather.ou.edu. Университет Оклахомы. Архивировано из оригинал (PDF) 1 сентября 2006 г.. Получено 11 октября 2006.
  39. ^ а б c Джон Л. Хейлброн (2003). Оксфордский компаньон по истории современной науки. Издательство Оксфордского университета. п. 518. ISBN  9780199743766.
  40. ^ Раймонд С. Брэдли, Филип Д. Джонс, Климат с 1500 г., Рутледж, 1992, ISBN  0-415-07593-9, стр.144
  41. ^ Мартин, Ребекка (2009). "Новости в сети". ABC Online. Архивировано из оригинал 3 марта 2016 г.. Получено 12 мая 2009.
  42. ^ Бруно, Леонард С. «Изобретение телеграфа». memory.loc.gov. Библиотека Конгресса. Архивировано из оригинал 11 января 2009 г.. Получено 1 января 2009.
  43. ^ «Архивы Смитсоновского института». Архивировано из оригинал 20 октября 2006 г.. Получено 16 июн 2015.
  44. ^ "Пророк без чести: преподобный Уильям Клемент Лей и охота за реактивным потоком". rmets.org. Архивировано из оригинал 28 августа 2016 г.. Получено 13 октября 2016.
  45. ^ Филд, М. (1 октября 1999 г.). «Профиль метеоролога - Чарльз Кеннет Маккиннон Дуглас, ОБЕ, AFC, Массачусетс». Погода. 54 (10): 321–327. Bibcode:1999 Вт ... 54..321F. Дои:10.1002 / j.1477-8696.1999.tb03992.x.
  46. ^ Уильямсон, Фиона (1 сентября 2015 г.). «Выветривание империи: метеорологические исследования в первых поселениях Британского пролива». Британский журнал истории науки. 48 (3): 475–492. Дои:10.1017 / S000708741500028X. ISSN  1474-001X. PMID  26234178.
  47. ^ «Создание IMD». imd.gov.in. Метеорологический департамент Индии. Архивировано из оригинал 20 ноября 2015 г.. Получено 1 января 2009.
  48. ^ «История Финского метеорологического института». fmi.fi. Финский метеорологический институт. Архивировано из оригинал 25 июля 2010 г.. Получено 1 января 2009.
  49. ^ "История". jma.go.jp. Японское метеорологическое агентство. Архивировано из оригинал 25 декабря 2010 г.. Получено 22 октября 2006.
  50. ^ «БОМ» исполняется 100 лет ». Австралийская радиовещательная корпорация. 31 декабря 2007 г.
  51. ^ "Коллекции в Перте: 20. Метеорология". Национальный архив Австралии. Архивировано из оригинал 22 сентября 2012 г.. Получено 24 мая 2008.
  52. ^ Беркнес В. (1904) "Das Problem der Wettervorhersage, betrachtet vom Standpunkte der Mechanik und der Physik" (Проблема прогноза погоды, рассматриваемая с точки зрения механики и физики), Meteorologische Zeitschrift, 21 : 1–7. Доступно на английском языке в Интернете по адресу: Научные издательства Schweizerbart.
  53. ^ «Пионеры современной метеорологии и климатологии: Вильгельм и Якоб Бьеркнес» (PDF). Получено 13 октября 2008.
  54. ^ Ричардсон, Льюис Фрай, Прогноз погоды с помощью числового процесса (Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета, 1922). Доступно в Интернете по адресу: Интернет Archive.org.
  55. ^ Эдвардс, Пол Н. «Моделирование общей циркуляции атмосферы». aip.org. Американский институт физики. Архивировано из оригинал 25 марта 2008 г.. Получено 13 января 2008.
  56. ^ Кокс, Джон Д. (2002). Наблюдатели за бурей. John Wiley & Sons, Inc. стр.208. ISBN  978-0-471-38108-2.
  57. ^ «История численного прогноза погоды в Метеорологическом бюро». Метеорологический офис.
  58. ^ Эдвард Н. Лоренц, "Детерминированный непериодический поток", Журнал атмосферных наук, т. 20, страницы 130–141 (1963).
  59. ^ Манусос, Питер (19 июля 2006 г.). «Системы ансамблевого прогнозирования». Центр гидрометеорологического прогнозирования. Получено 31 декабря 2010.
  60. ^ Гликман, Тодд С. (июнь 2009 г.). Глоссарий по метеорологии (электронный) (2-е изд.). Кембридж, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. Получено 10 марта 2014.
  61. ^ Гликман, Тодд С. (июнь 2000 г.). Глоссарий по метеорологии (электронный) (2-е изд.). Кембридж, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. Получено 10 марта 2014.
  62. ^ "Атмосферные ученые, включая метеорологов: Справочник по профессиональным перспективам:: Бюро статистики труда США". www.bls.gov. Получено 24 марта 2020.
  63. ^ «Наблюдения и сводки приземной погоды, Федеральный метеорологический справочник № 1». ofcm.gov. Управление Федерального координатора метеорологии. Сентябрь 2005 г. Архивировано с оригинал 20 апреля 1999 г.. Получено 2 января 2009.
  64. ^ Пиблз, Пейтон, [1998], Принципы работы радара, John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк, ISBN  0-471-25205-0.
  65. ^ Холтон, Джеймс. «Введение в динамическую метеорологию» (PDF). Elsevier Academic Press. п. 5. Получено 5 марта 2016.
  66. ^ «Глоссарий по метеорологии AMS». Американское метеорологическое общество. Архивировано из оригинал 6 июня 2011 г.. Получено 12 апреля 2008.
  67. ^ Интернет-глоссарий по метеорологии, Американское метеорологическое общество [1], 2-е изд., 2000, Аллен Пресс.
  68. ^ Блюстейн, Х., Синоптико-динамическая метеорология в средних широтах: принципы кинематики и динамики, Vol. 1, Oxford University Press, 1992; ISBN  0-19-506267-1
  69. ^ Глобальное моделирование, Лаборатория военно-морских исследований США, Монтерей, Калифорния.
  70. ^ Гаррат, Дж. Р., Пограничный слой атмосферы, Cambridge University Press, 1992; ISBN  0-521-38052-9.
  71. ^ Холтон, Дж. Р. [2004]. Введение в динамическую метеорологию, 4-е изд., Берлингтон, Мэриленд: Elsevier Inc. ISBN  0-12-354015-1.
  72. ^ «Уроки астрологии». Мистический дом. Архивировано из оригинал 8 июня 2008 г.. Получено 12 января 2008.
  73. ^ Ремесло, Эрик Д. (7 октября 2001 г.). «Экономическая история прогнозирования погоды». EH.net. Ассоциация экономической истории. Архивировано из оригинал 3 мая 2007 г.. Получено 15 апреля 2007.
  74. ^ «Прогноз погоды сквозь века». НАСА. Архивировано из оригинал 10 сентября 2005 г.. Получено 25 мая 2008.
  75. ^ «Применение барометра для наблюдения за погодой». Врач погоды. Архивировано из оригинал 9 мая 2008 г.. Получено 25 мая 2008.
  76. ^ Мур, Марк (2003). «Полевые прогнозы - краткое изложение» (PDF). NWAC. Архивировано из оригинал (PDF) 25 марта 2009 г.. Получено 25 мая 2008.
  77. ^ Вейкманн, Клаус; Уитакер, Джефф; Рубичек, Андрес; Смит, Кэтрин. «Использование ансамблевых прогнозов для получения улучшенных среднесрочных (3–15 дней) прогнозов погоды». cdc.noaa.gov. Лаборатория исследования системы Земля. Архивировано из оригинал 15 декабря 2007 г.. Получено 16 февраля 2007.
  78. ^ Кимберлен, Тодд (июнь 2007 г.). "TC Genesis, Track и Intensity Forecating [sic]". wpc.ncep.noaa.gov. Получено 21 июля 2007.
  79. ^ Ричард Дж. Паш, Майк Фиорино и Крис Ландси. ОБЗОР NCEP PRODUCTION SUITE за 2006 год, сделанный TPC / NHC.[постоянная мертвая ссылка ] Проверено 5 мая 2008 г.
  80. ^ "Заявление о миссии национальной метеорологической службы". weather.gov. NOAA. Архивировано из оригинал 12 июня 2008 г.. Получено 25 мая 2008.
  81. ^ Фаннин, Блэр (14 июня 2006 г.). «Сухая погода продолжается в Техасе». Southwest Farm Press. Архивировано из оригинал 3 июля 2009 г.. Получено 26 мая 2008.
  82. ^ Мадер, Терри (3 апреля 2000 г.). «Сухой кукурузный силос». beef.unl.edu. Университет Небраски – Линкольн. Архивировано из оригинал 5 октября 2011 г.. Получено 26 мая 2008.
  83. ^ Тейлор, Кэтрин С. (март 2005 г.). «Посадка персикового сада и уход за молодыми деревьями». pubs.caes.uga.edu. Университет Джорджии. Архивировано из оригинал 24 декабря 2008 г.. Получено 26 мая 2008.
  84. ^ «После замораживания, подсчет потерь до апельсинового урожая». Нью-Йорк Таймс. Ассошиэйтед Пресс. 14 января 1991 г. В архиве с оригинала 15 июня 2018 г.. Получено 26 мая 2008.
  85. ^ «БУДУЩЕЕ / ВАРИАНТЫ; Холодная погода вызывает всплеск цен на отопительное топливо». Нью-Йорк Таймс. Рейтер. 26 февраля 1993 г. В архиве с оригинала 15 июня 2018 г.. Получено 25 мая 2008.
  86. ^ «Волна тепла вызывает скачок электричества». Новости BBC. 25 июля 2006 г. В архиве из оригинала 20 мая 2009 г.. Получено 25 мая 2008.
  87. ^ «Семь ключевых идей программы Energy Drill» (PDF). tcdsb.org/environment/energydrill. Школьный совет католического округа Торонто. Архивировано из оригинал (PDF) 17 февраля 2012 г.. Получено 25 мая 2008.
  88. ^ Международная версия под названием Публикация аэронавигационной информации содержит параллельную информацию, а также конкретную информацию о международных аэропортах для использования международным сообществом.
  89. ^ «Руководство по аэронавигационной информации, раздел 1. Метеорология: 7-1-21. PIREP, касающиеся обледенения планера». AIM Online. Федеральная авиационная администрация, Департамент транспорта. 16 июля 2020 г.. Получено 17 августа 2020.
  90. ^ Сельскохозяйственная и лесная метеорология, Эльзевьер, ISSN  0168-1923.
  91. ^ Британская энциклопедия, 2007.
  92. ^ О HPC, NOAA / Национальная метеорологическая служба, Национальные центры экологических прогнозов, Центр гидрометеорологического прогнозирования, Кэмп-Спрингс, Мэриленд, 2007.
  93. ^ Суперпользователь. "Дома". Получено 16 июн 2015.
  94. ^ Новости DRIHM, номер 1, март 2012 г., стр. 2 «Идеальная среда для гидрометеорологических исследований на европейском уровне»
  95. ^ Цицкишвили, М. С .; Трусов А.Г. (февраль 1974 г.). «Современные исследования в области ядерной метеорологии». Атомная энергия. 36 (2): 197–198. Дои:10.1007 / BF01117823. S2CID  96128061.

дальнейшее чтение

Словари и энциклопедии

внешняя ссылка

Посмотри пожалуйста прогноз погоды для сайтов с прогнозом погоды.