Sidebar Menu

Login Form

Mapa synoptyczna

Andrzej A. Marsz i Anna Styszyńska (wszelkie prawa autorskie zastrzeżone)
materiał pierwotnie przygotowany dla studentów nawigacji AM w Gdyni

 

Typowe mapy synoptyczne mogą przedstawiać pole ciśnienia na poziomie morza (SLP - Sea Level Pressure) lub też pole ciśnienia wraz z dodatkowymi informacjami o wykształceniu cech pogodowych na danym obszarze. Mapy pola ciśnienia na poziomie morza nazywa się "mapami dolnymi". Podstawową mapą dolną jest mapa analizy. Mapa ta jest wykonana na podstawie rzeczywistych pomiarów i obserwacji meteorologicznych. Bardzo podobną treść mają mapy prognozy. Mapy prognozy przedstawiają przewidywany rozkład pola barycznego na dany moment w przyszłości (zazwyczaj +12, +24, + 36, +48, ..., +144 godziny). Mapy prognoz stanowią wynik działania (obliczeń) skomplikowanych modeli cyrkulacji, niekiedy uzupełnianych i korygowanych przez synoptyków. Choć materiałem wyjściowym do konstrukcji map prognoz są warunki początkowe, określone przez obserwacje, mapy prognoz nie przedstawiają stanu rzeczywistego, lecz stan postulowany. Z tego względu na mapach prognoz często nie są naniesione fronty atmosferyczne i nigdy nie ma na nich symboli stacji.
      Ponieważ od momentu wykonania obserwacji, przekazu i weryfikacji obserwacji, do momentu ukończenia prac nad mapa analizy i jej rozpowszechnieniem upływa pewien czas (zazwyczaj 3-4 godziny), mapy analizy, które docierają na statek przedstawiają prawdziwy, lecz historyczny, bo sprzed 3-4 godzin, stan atmosfery. Mapy prognoz przedstawiają przypuszczalny (najbardziej prawdopodobny) stan atmosfery, jaki ma dopiero nastąpić.

W praktyce synoptycznej wykorzystuje się również mapy przedstawiające wykształcenie niektórych cech dynamiki atmosfery na wyższych poziomach. Zamiast określać wysokość nad poziom morza w metrach, mapy takie konstruuje się dla określonego poziomu ciśnienia (zazwyczaj 900, 850, 750, 500, 300, 200, 100 hPa; np. rozkład temperatury na poziomie 500 hPa, izotachy [czyli linie jednakowych prędkości wiatru] na poziomie 200 hPa), albo też przedstawiają one rozkład wysokości danej powierzchni izobarycznej, wyrażony w metrach (najczęściej w dekametrach) geopotencjału [1]. Takie mapy noszą ogólną nazwę "map górnych". Łącznie mapy dolne i mapy górne tworzą trójwymiary obraz wykształcenia procesów funkcjonujących w troposferze. Dalej zajmiemy się mapami dolnymi, jako najważniejszymi w praktyce nawigacyjnej. Informacje o mapach górnych i ich uproszczonej interpretacji zainteresowani znajdą w pracy Carra (1999).

Symbole na mapach pogody

Izobary na mapach dolnych przedstawiają rozkład ciśnienia zredukowanego do poziomu morza. Interpolację izobar przeprowadzają odpowiednie programy lub synoptycy; w trakcie interpolacji uwzględnia się również kierunek wiatru. Na mapach dolnych izobary wykreśla się co 4 lub 5 hPa [2] - ryc. 1. Podstawą wykreślenia pola izobar są wartości ciśnienia oraz kierunki wiatru zmierzone na stacjach meteorologicznych [3]. Stacje, zarówno lądowe, jak i wykorzystane do konstrukcji danej analizy stacje morskie, naniesione są na mapach w postaci małych okręgów. Ich lokalizacja na mapie odpowiada położeniu w momencie wykonania obserwacji. Dookoła stacji naniesione są wartości i symbole. Liczba opisów (wartości i symboli) przy poszczególnych stacjach jest niejednakowa.

Na mapę synoptyczną nanoszone jest symbolami graficznymi: położenie frontów atmosferycznych i centrów układów ciśnienia, strefy występowania różnych zjawisk pogodowych (opadów, burz, mgieł, zachmurzenia), wyniki obserwacji i pomiarów meteorologicznych przeprowadzanych na stacjach pomiarowych (tzw. modele stacji). Symbole te opisane są w publikacji WMO-No. 306. Manual on Codes - International Codes, Volume I.1, Part A – Alphanumeric Codes (2019 edition). Wspólczesne mapy synoptyczne mogą być opracowywane w wersji czarno-białej lub barwnej (ryc.1).


Ryc. 1. Mapy analizy z dnia 7 marca 2021 roku. Po lewej - mapa wydawana przez UK Met Office - izobary kreślone co 4 hPa, mapa czarno-biała;
po prawej - mapa wydawana przez KNMI (The Royal Netherlands Meteorological Institut) - izobary kreślone co 5 hPa, mapa kolorowa


Symbole graficzne wskazujące położenie frontów atmosferycznych
Podstawowy symbol przedstawiony poniżej jest umieszczony na mapie wzdłuż linii zjawiska i jest powtarzany w razie potrzeby w celu wskazania zasięgu zjawiska. Strzałki w pozycjach od 1 do 10 nie są częścią symbolu, ale są wprowadzane w celu wskazania orientacji symbolu w odniesieniu do kierunku ruchu zjawiska. 

 

[1] - geopotencjał - potencjał pola siły grawitacji U równy pracy, jaką trzeba wykonać dla pokonania siły ciężkości w celu podniesienia jednostki masy z poziomu morza na daną wysokość h. U = gh, gdzie g - przyspieszenie grawitacyjne. Jednostką geopotencjału jest metr geopotencjalny równy pracy, jaką trzeba wykonać przy podnoszeniu 1 kg na wysokość 1 m przy g = 9,82 m/s2. Z reguły wysokość geopotencjału określa się w dekametrach [dziesiątkach metrów; dm, dgm]. Przykładowo, jedną z ważniejszych map jest mapa geopotencjału 500 hPa (patrz na przykład tu)  (i  tutaj; 850 hPa).

[2] - na szczegółowych mapach (pierworysach), kreślonych w ośrodkach meteorologicznych, izobary prowadzone są co 2 lub 2.5 hPa.

[3] - pod mianem "stacji" rozumie się zarówno stacje lądowe, jak i stacje morskie, którymi są statki wykonujące obserwacje meteorologiczne i przekazujące je do meteorologicznych centrów zbiorczych, jak i autonomiczne boje oceaniczne, rejestrujące i przekazujące informacje hydrometorologiczne. Lokalizacja (współrzędne) stacji lądowych jest stała, statki przekazują informację o miejscu (położeniu) wykonanej obserwacji w depeszy obserwacji hydrometeorologicznej (patrz Klucze do obserwacji - FM 12–XIV Ext. SYNOP, FM 13–XIV Ext. SHIP, FM 14–XIV Ext. SYNOP MOBIL).

Carr Michael, 1999, International Marine's Weather Predicting Simplified: How to Read Weather Charts and Satellite Images. McGraw-Hill, Camden, Maine; New York; San Francisco; Washington D.C., Toronto, ss. 180.

 

Gradient baryczny (samodzielne obliczanie gradientu barycznego z mapy pola ciśnienia (mapy dolnej))

Poziomy gradient baryczny jest wektorem, prostopadłym do izobar, skierowanym w stronę niższego ciśnienia, którego wartość charakteryzuje spadek ciśnienia na jednostkę odległości (dp/dl) i jest mianowana w hPa na 1° na kole wielkim. Istnienie gradientów barycznych powoduje poziomy ruch powietrza (wiatr). Od wartości gradientu barycznego zależy prędkość wiatru, od zwrotu gradientu - kierunek wiatru (pomija się tu działanie innych sił). Do samodzielnego obliczania prędkości wiatru niezbędna jest umiejętność obliczenia gradientu barycznego (patrz "prędkość wiatru przywodnego").

Obliczanie gradientu prowadzi się w sposób następujący:

  • określa się wartość cięcia izobar na mapie faksymilowej (czyli różnicę ciśnienia między sąsiadującymi izobarami, jeszcze inaczej - co ile hPa prowadzone są izobary na danej mapie). Tu uważaj - zazwyczaj izobary prowadzi się co 5.0 lub co 4.0 hPa, są jednak wydawane mapy mapy z cięciem izobar co 2.0 lub 2,5 hPa, niektóre mapy obejmujące duże obszary mają cięcie 10 hPa !). Różnicę ciśnienia między izobarami na danej mapie zapisujemy jako Dp [są to hPa].
  • identyfikujemy cięcie równoleżników na tej samej mapie (co ile stopni prowadzone są równoleżniki). Wartość tą zapisujemy jako D(fi) [są to stopnie na kole wielkim].
  • mierzymy nanośnikiem (przenośnikiem) odległość między sąsiadującymi izobarami na obszarze zainteresowania, tak, aby zmierzyć minimalną odległość między izobarami (do stycznej w punkcie).
  • na najbliższym pomiarowi łuku południka między kolejnymi równoleżnikami w tej samej strefie szerokości, w której zmierzyliśmy odległość między izobarami, kroczkujemy zmierzoną odległością między izobarami, określając, ile odłożeń mieści się w D(fi). Wymagana dokładność szacunku do 0.1 odłożenia (interpolujemy ostatnie, niepełne odłożenie). Liczbę odłożeń zapisujemy jako N
  • liczymy: krok pierwszy: D(fi) / N = L [w tym kroku obliczamy odległość między izobarami w ° na kole wielkim (południku)]; krok drugi i ostatni: Dp / L = GB [w tym kroku obliczyliśmy gradient baryczny; dzieląc różnicę ciśnienia między izobarami (hPa) przez odległość w stopniach, jaka jest między nimi (°), otrzymujemy różnicę ciśnienia, jaka przypada na 1° na kole wielkim.
    I to wszystko. Opowieść o tym, jak to się robi trwa znacznie dłużej od określenia gradientu.

Krótki komentarz:
Mapy faksymilowe wydawane są w różnych projekcjach, w związku z czym mają bardzo różne charakterystyki zniekształceń odległościowych. Mierząc wartość N na najbliższym łuku południka, minimalizujemy błąd zniekształcenia odległościowego wynikający z zastosowanej na mapie siatki (tak samo zniekształcona jest odległość między izobarami, jak i długość łuku południka). Mapy wydawane są w różnych skalach, nawet ta sama mapa, odbierana na różnych odbiornikach, lub drukowana na różnych drukarkach, będzie w innej skali. Nie mamy co zawracać sobie głowy skalą mapy - odcinek łuku południka (między równoleżnikami) traktujemy tu jako podziałkę liniową mapy, wiedząc, jaką ma on długość w ° (D(fi)). Znajomość rzeczywistej skali mapy ani odległości między izobarami w Mm czy w kilometrach, wbrew temu co piszą uczeni w niektórych polskich podręcznikach, nie jest nam do niczego potrzebna. Wymagana dokładność, z jaką obliczamy gradient wynosi 2 miejsca po przecinku (setne). Jest oczywistym, że dokładność pomiaru określona będzie przez precyzję odłożeń zmierzonych odległości między izobarami na łuku południka oraz dokładność oszacowania części dziesiątych ostatniego odłożenia (od nóżki nanośnika do równoleżnika wyznaczającego koniec odcinka łuku). Te pomiary należy wykonać starannie.

Przykłady obliczeń (wprawki oswajające z techniką liczenia)

1. mapa A. Cięcie między izobarami - 4 hPa (wartości kolejnych izobar 1016, 1020, 1024 ... Dp = 4 hPa). Równoleżniki prowadzone co 5° (D(fi) = 5°).  Liczba odłożeń = 2.1 (N = 2.1):
krok 1: 5 / 2.1 = 2.38; krok 2: 4 / 2.38 = 1.68 [hPa / 1°]

2. mapa B. Cięcie między izobarami 5.0 hPa (wartości kolejnych izobar: 990, 985, 980, ... Dp = 5 hPa). Równoleżniki prowadzone co 10° (40, 50, 60°, D(fi) = 10). Liczba odłożeń 7.7 (N = 7.7):
krok 1: 10 / 7.7 = 1.298, zaokrąglamy do 1.30; krok 2: 5 / 1.30 = 3.846, zaokrąglamy do 3.85 [hPa / 1°]

Przykłady obliczeń z mapy (wprawki do pomiarów na mapie):


Mapa przedstawia fragment mapy pola ciśnienia (analiza), wydanej przez Bracknell w dniu 21.02.2001

A. Chcemy określić gradient baryczny w obszarze A (niebieska linia między izobarami). Sprawdzamy cięcie izobar: oznaczenia izobar 1020, 1016, 1012, .... Cięcie izobar (Dp) = 4.0 hPa. Sprawdzamy jaka jest na tej mapie wartość (D(fi); odległości w stopniach między równoleżnikami; opis 50, 60, ... wskazuje, że D(fi) = 10°. Mierzymy nanośnikiem odległość między izobarami (linia A) i odkładamy te odległości na najbliższym odcinku łuku południka w tej samej strefie szerokości (tu na 040°W). Odłożenia oznaczone są niebieskimi kreskami, cyfry obok są numerami kolejnych odłożeń. N = 5.1. Obliczmy:
krok 1: D(fi) / N = L; 10 / 5.1 = 1.96; L = 1.96° (odległość między izobarami w stopniach na kole wielkim),
krok 2: Dp [hPa] / L [ ° ] = GB; 4.0 / 1.96 = 2.04 [hPa / 1°]; GB = 2.04 hpa / 1°

B. Szacujemy gradient baryczny w obszarze B (czerwona linia między izobarami). Wartości Dp i D(fi) pozostają takie same jak w przykładzie A. Mierzymy odległość między izobarami i kroczkujemy tą odległością łuk południka (tu 010°W). Kolejne odłożenia oznaczone są czerwonymi kreskami. Liczba odłożeń wynosi 9.0 (N = 9.0). Obliczamy:
krok 1: 10 / 9 = 1.11 (L = 1.11°)
krok 2: 4.0 / 1.11 =  3.6 (GB = 3.6 hPa / 1°).

Analizując rozkład gradientów barycznych na przedstawionej mapie zauważamy, że największe gradienty baryczne występują nad środkową i wschodnią Grenlandią, tam bowiem odległości między izobarami są najmniejsze. Tam też wystąpią najsilniejsze wiatry (siła huraganu). Strefa dość dużego gradientu barycznego występuje nad Północnym Atlantykiem między Grenlandią a Półwyspem Skandynawskim. W tym rejonie wiatry osiągają siłę sztormu między Grenlandią a Islandią, dalej na wschód od 7 do 6°B, nad Morzem Północnym 5 - 6°B. Najmniejsze gradienty baryczne, w tym i obszary bezgradientowe, związane są z wyżem, którego centrum (1041 hPa) znajduje się w rejonie 48°N, 017°W i klinem wyżowym z nim związanym, którego centrum (1035 hPa) oznaczone jest w rejonie 56°N, 025°W. W tym obszarze występują cisze i słabe wiatry (1-3°B). Proszę jednak zwrócić uwagę, że na skraju wyżu występują już dość duże gradienty baryczne (rejon A).