2.2 Прогноз мінімальної, максимальної температури та температури повітря на висотах

Для прогнозу температури повітря на практиці може використовуватися цілий ряд методів і прийомів, які пройшли оперативну перевірку в різних регіонах України і Росії. До таких методів відносяться методи прогнозу мінімальної температури О.С.Звєрєва та М.Є.Берлянда, спосіб прогнозу максимальної температури повітря за аерологічною діаграмою, які детально викладені в «Практикумі з синоптичної метеорології». Нижче наведемо напівемпіричні закономірності, що дозволяють досить швидко і просто отримати прогностичні значення температури повітря.

Формули Купріянова для визначення мінімальної і максимальної температури мають вигляд:

Т_мін = 0,5 (Т_макс + Т₈₅₀) – ΔТ_мін, (2.1)

Т_макс = 0,5 (Т_мін + Т₈₅₀) – ΔТ_макс, (2.2)

де ΔТ_мін = 0,5 (Т*_макс + Т₈₅₀) – ΔТ_мін,

ΔТ_макс = Т_макс - 0,5 (Т*_мін + Т₈₅₀),

Т_макс і Т_мін – температура повітря за поточний день,

Т*_макс і Т*_мін – температура повітря попередньої доби.

Формула Міхельсона для прогнозу мінімальної температури використовується в наступному вигляді:

Т_мін = Тd₂₁ – 2, (2.4)

де Тd₂₁ – точка роси за строк 21 год; значення 2 отримано шляхом підбору.

За емпіричними формулами можна виконати прогноз максимальної температури повітря на рівнях 850 і 700 гПа, додаючи до значення температури на цих висотах за вихідний строк відповідний емпіричний коефіцієнт.

Т_макс = Т₇₀₀ + 23 (2.4)

або

Т_макс = Т₈₅₀ + 14. (2.5)

Формула (2.5) отримала достатнє поширення на території Східної Європи.

Для прогнозу температури на різних висотах при метеорологічному забезпеченні авіації можна скористатися формулами:

Т₈₅₀ = 1,806 (Н₇₀₀ – Н₈₅₀), (2.6)

Т₇₀₀ = 1,041 (Н₅₀₀ – Н₇₀₀), (2.7)

Т₅₀₀ = 0,690 (Н₃₀₀ – Н₅₀₀), (2.8)

де температура повітря вказана в Кельвінах, а висота поверхні в декаметрах.

Надкороткостроковий прогноз (до 6 год) температури повітря біля поверхні землі можна скласти, використовуючи прийоми формальної криволінійної екстраполяції, яка володіє рядом достоїнств, а саме: простота застосування, невеликий об’єм вихідної вибірки і можливість інтегрального обліку всіх причин, що обумовлюють зміну температури. Особливо корисно останнє, так як:

- всі причини зміни температури повітря наперед відомі;

- навіть ті із них, які відомі, трудно врахувати із-за недоліку інформації;

- повний облік часто потребує великих зусиль та затрат часу і абсолютно не гарантує від помилок.

Пропоновані нижче відношення дозволяють отримати прийнятні результати прогнозу температури повітря завчасністю декілька годин із врахуванням добового ходу температури в конкретному пункті спостережень.

Розрахувати очікуване значення температури в денний і нічний час можна за наступними формулами:

(2.9)

(2.10)

де T_t, Т₀ – очікуване значення температури повітря (°С) у момент часу t і у вихідний строк;

A_d, A_n – половина денного і нічного підвищення температури повітря, відповідно;

t₀, t_r, t_s – час останнього спостереження, сходу і заходу Сонця, відповідно;

Т_-3 – значення температури повітря, знятої за 3 год до вихідного строку;

п₁ – число годин від сходу Сонця до моменту, коли температура повітря становиться максимальною (з точністю до 0,5 год);

п₂ – подвоєне число годин від заходу до сходу Сонця (п₂ = t_r -t_s);

t_m = t_r +

Значення А_d i A_n неоднакові для різної широти і пори року, тому для кожного району ці величини слід попередньо визначити за архівними матеріалами для тих днів, коли спостерігалась малохмарна погода зі слабким вітром.

Приймемо, що:

(2.11)

Із виразу (2.11) видно, що величини х_d і х_п інтегрально враховують фактори, що спотворюють реальний добовий хід температури і впливають в період часу (t₀ - 3). Основними серед них є хмарність і адвекція температури. Слід відмітити, що при сильному вітрі і суцільній хмарності для прогнозу температури краще використовувати формальну екстраполяцію, тобто проводити врахування добового ходу температури не потрібно.

Як відомо, при слабкому вітрі хмарний покрив стійкий і здійснює найбільш значний вплив на хід температури. Вночі хмарність послаблює потік довгохвильової радіації від землі і тим самим зменшує нічне охолодження. Температура повітря при цьому знижується повільніше, ніж в безхмарну погоду. Вдень хмарність перешкоджає проходженню сонячної радіації, зменшуючи денний прогрів підстильної поверхні і прилеглих шарів повітря. Природно, що при хмарній погоді величини х_d і х_п мають різні знаки. Якщо значення х_п визначено за даними спостережень перед сходом Сонця, і, допустимо, мають знак «+», то, використовуючи це значення для прогнозу після сходу Сонця, слід використовувати протилежний знак «-». Найбільш суттєві похибки виникають при значних і різких змінах кількості хмар. На жаль, будь-якої надійної методики врахування хмарності, яка різко змінюється, при прогнозі температури повітря поки що не існує.

Максимальну і мінімальну температуру в оперативній практиці метеопідрозділів України можна розрахувати за формулами:

Т_макс = Т_сх + А + (δТ) (2.12)

Т_мін = Т_зах -0,64А + τ + (δТ) (2.13)

Т_зах = Т_сх + 0,64А + (δТ) (2.14)

де (δТ) (δТ) (δТ) - адвективні зміни температури за відрізок часу від сходу Сонця до моменту максимуму температури, на протязі нічної частини доби (від заходу до сходу Сонця) і денної частини доби (від сходу до заходу Сонця), відповідно; Т_зах, Т_сх – температура повітря в момент заходу і сходу Сонця, відповідно; А – амплітуда (°С) добового ходу для даних умов погоди, що залежать в основному від кількості хмар; τ – середня добова трансформаційна зміна температури повітря за відсутності адвективних змін температури.

Якщо розрахунок Т_мін за формулою (2.13) проводиться вдень, то значення вихідної температури Т_зах, що входить в цю формулу, попередньо розраховуються по (2.14). В цілому при розрахунку за формулами (2.12) - (2.14) необхідно дати загальний прогноз хмарності, в залежності від якого вибираються значення А за конкретний період часу.

Значення змін температури, обумовлених адвекцією в (2.12) - (2.14), також прогнозуються на відповідні частини доби з використанням прогностичних карт. Причому (δТ)^ад включає в себе адвективні та трансформаційні значення, які знаходяться в залежності від швидкості вітру.

При розрахунках за (2.12) - (2.14) передбачається, що погода досить однорідна на період дії прогнозу і тому вибирається одно (для дня і ночі) значення А. Якщо погода на прогнозованому відрізку часу суттєво змінюється (наприклад, хмарність в першу половину дня – суцільна, а в другу - невелика), то застосовуються видозмінені формули. Допустимо, що погоді першої та другої половини дня (ночі) відповідають амплітуди А_D,_І та А_D,_ІІ (А_Н,_І та А_Н,_ІІ). Тоді вираз для розрахунку максимуму і мінімуму температури виглядає наступним чином:

Т_макс = Т_сх + 0,88А_D,_І + 0,12А_D,_ІІ + (δТ) (2.16)

Т_мін = Т_зах - 0,48А_Н,_І - 0,16А_Н,_ІІ + τ + (δТ) (2.17)

Т_зах = Т_сх + 0,88А_D,_І - 0,24А_D,_ІІ + (δТ) . (2.18)

Якщо А_D,_І = А_D,_ІІ, то (2.16) переходить в (2.13), а (2.18) в (2.15), аналогічно, при А_Н,_І = А_Н,_ІІ формули (2.17) і (2.14) співпадають. Коефіцієнт при А_D,_І в (2.16) приблизно в 7 раз більший, ніж при А_D,_ІІ, тобто на точність значний вплив може здійснювати похибка у виборі А_D,_І. Тому при прогнозі максимальної температури за (2.16) особливо важливе точне врахування кількості хмар на першу половину дня. При розрахунку мінімальної температури слід уважно провести врахування хмарності в першу половину ночі, так як коефіцієнт при А_Н,_І в (2.17) в 3 рази більший, ніж при А_Н,_ІІ.