Обработка Аэрологических оптических шар-пилотных наблюдений

Расчет высоты шар-пилота
Высоту H можно определить, если известны вертикальная скорость шар-пилота w и время Δt, прошедшее с момента выпуска шар-пилота:
H = w • Δt .
Вертикальная скорость шар-пилота определяется перед выпуском шар-пилота, а время – по секундомеру.
Практически определение вертикальной скорости шар-пилота значительно упрощается с помощью специальных таблиц, учитывающие еще и поправки на изменение плотности воздуха с изменением температуры.

Дискретность обработки данных шар-пилотных наблюдений
Дискретность обрабатываемых моментов времени:
через 0.5 мин до 3-ей минуты включительно;
через 1 мин с 3-ей до 10-й мин;
через 2 мин с 10-й мин до 40 мин,
- через 4 мин с 40 мин до конца подъёма, включая последнюю минуту наблюдения.

Особенность использования метода оптических шар-пилотных наблюдений заключается в том, что с его помощью могут быть рассчитаны лишь осредненная в слоях атмосферы скорость и направление ветра.
Толщина каждого такого слоя определяется вертикальной скоростью перемещения объекта и интервалами времени между смежными отчетами.
В дальнейшем эти значения рассматриваются как скорость и направления ветра на высотах, соответствующие высоте середины соответствующих слоев.

Существуют графический и аналитический методы обработки данных шаропилотных наблюдений.
Первоначально наибольшее развитие в оперативной практике получил графический метод, который обладает достаточной простотой и наглядностью. Однако графический метод не обеспечивает достаточной точности обработки исходных данных, поскольку при реализации графического метода часто возникают ошибки как субъективного, так и методического характера.

От указанных недостатков графического метода свободен аналитический метод обработки данных шаропилотных наблюдений.

Графический метод обработки данных однопунктных шар-пилотных наблюдений состоит из двух этапов.
Этап 1. Построение положений проекций шар-пилота на горизонтальной поверхность в разные моменты времени.
Этап 2. Последовательное использование положений двух соседних пар проекций для определения скорости и направления ветра.

Для графического определения скорости и направления ветра на высотах по результатам шаропилотных наблюдений используется круг Молчанова (СИНОНИМ: аэрологический планшет А-30).
Этот прибор состоит из:
- металлического неподвижного диска, на одной из сторон которого отпечатана номограмма,
- прозрачного целлулоидного круга, который вращается около центра неподвижного круга,
- подвижной линейки, вращающейся вокруг центра круга.
На прозрачном круге с помощью номограммы строится горизонтальная проекция шара-пилота, по которой определяются скорость и направление ветра.

Внешний вид круга Молчанова (аэрологический планшет А-30).

Аналитический метод

Более точными, естественно, являются аналитические методы обработки, использование которых в оперативной практике возможно лишь при использовании компьютерной техники. Применение компьютерной техники в то же время позволяет архивировать исходные данные и результаты расчетов, упростить процесс представления информации и передачи ее потребителям, повысить культуру труда .

Алгоритм обработки данных однопунктных шар-пилотных наблюдений

Пример заполнения таблицы при аналитическом расчете скорости и направления ветра

Пример обработки данных однопунктных шар-пилотных наблюдений
W=200 м/мин; H1=200 0.5 =100м; H2=200 1.0 =200м;
X1=100 ctg (47.7) cos (159.5) = 100 0.91 (-0.937) = -85.3
X2 = 200 ctg (47.2) cos (155.5) = 200 0.926 (-0.91) = -168.5
Y1 = 100 ctg (47.7) sin (159.5) = 100 0.91 0.35 = 31.9
y2 = 200 ctg (47.2) sin (155.5) = 200 0.926 0.41 = 75.9
V1,0 = [ (-85.3 - 0)2 + (31.9 - 0)2 ] / [60 (0.5 - 0)] = 3.0
V2,1 = [ (-168.5 + 85.3)2 + (75.9 – 31.9)2 ] / [60 (1 - 0.5)] = 3.1

A1,0 = arc tg I [(31.9 - 0) / (-85.3 - 0)] = 20.5; Δx <0; Δy>0
A2,1 = arc tg I [(75.9 – 31.9) / (-168.5 + 85.3)] = 27.9; Δx <0; Δy>0
D1,0 = 360 – 20.5 = 239.5
D2,1 = 360 – 27.9 = 232.1

Полученные значения скорости и направления ветра записывают в соответствующие графы бланка КАЭ-1 в строку, соответствующую концу обрабатываемого интервала времени, т.е. моменту времени ti.
Осуществляют привязку полученных ветровых характеристик к высоте. При этом найденные значения скорости и направления ветра относят к высоте середины слоя, пройденному шар-пилотом за соответствующий интервал времени.

Представление данных однопунктных шар-пилотных наблюдений

Полученные значения скорости и направления ветра, отнесенные к высотам середины слоев над уровнем моря, наносят на график, который строится в масштабе: по вертикали - 1 см ~ 200 м; по горизонтали - 1 см ~ 2м/c, 1 см ~ 100. Первой точкой на графиках наносятся данные о скорости и направлении ветра на уровне станции, с учетом высоты станции над уровнем моря
Все нанесенные точки соединяют прямыми линиями (кусочно-линейная интерполяция).

С построенных графиков снимают значения скорости и направления ветра на стандартных высотах, изобарических поверхностях, высотах особых точек, уровнях наибольшей скорости ветра и максимальной скорости ветра.

В основу критерия для выбора особых точек ветра положена возможность восстановления по этим точкам кривой изменения с высотой направленияветра с точностью до 100, скорости ветра до 5 м/с.
Особыми точками ветра являются начальная и конечная высота подъема, уровень максимальной скорости ветра, границы пропуска в наблюдениях. Уровнем максимального ветра считается слой атмосферы выше изобарической поверхности 500 гПа (5500 м) где наблюдается скорость ветра превышающая 30 м/с и изменение скорости в двух километровом слое выше или ниже больше 10 м/с.

Дополнительно на построенных кривых изменения ветра с высотой намечают предполагаемые особые точки, где наблюдается значительный излом кривых.
Затем последовательно, в порядке возрастания высоты, исследуют каждую предполагаемую особую точку. Для этого соединяют прямой две соседние с исследуемой точки: нижележащую, уже выбранную особую точку, и вышележащую предполагаемую особую точку. На этой прямой на уровне исследуемой точки определяют линейно интерполированное значение скорости или направления ветра.

Исследуемую точку включают в число особых, если:
линейно интерполированное значение скорости ветра отличается от действительного более чем на 5 м/c;
линейно интерполированное значение направления ветра отличается от действительного более чем на 100.
Найденные значения скорости и направления ветра на стандартных высотах, стандартных изобарических поверхностях записывают в соответствующие графы в левой части бланка КАЭ-1 с точностью до целых.

Пример КАЭ-1

Пример аналитических расчетов

Пример графиков

Пример таблицы особых точек

Пример телеграммы