Prognozy pogody morskiej - Marine weather forecasting
Prognozowanie pogody Marine jest procesem, w którym marynarze i organizacje meteorologiczne próbować prognozowanych warunkach pogodowych przyszłość nad Ziemi „s oceanach . Marynarze od wielu lat mają praktyczne zasady dotyczące nawigacji wokół cyklonów tropikalnych , dzieląc sztorm na połowy i żeglując przez zwykle słabszą i bardziej żeglowną połowę ich obiegu. Morskie pogoda prognozy różnych organizacji pogodowych można prześledzić wstecz do zatonięcia w Royal Charter w 1859 roku i na RMS Titanic w 1912 roku.
Wiatr jest siłą napędową pogody na morzu, jak wiatr powoduje lokalne falowanie , długie pęcznieje oceanu , a jego przepływ wokół subtropikalnych grzbiet pomaga utrzymać ciepłe prądy wodne, takie jak Golfsztrom . Znaczenie pogody nad oceanem podczas II wojny światowej doprowadziło do opóźnionych lub tajnych raportów pogodowych, w celu utrzymania przewagi konkurencyjnej. Statki meteorologiczne zostały założone przez różne narody podczas II wojny światowej w celach prognostycznych i były utrzymywane do 1985 r., aby pomóc w nawigacji samolotów transoceanicznych.
Dobrowolne obserwacje ze statków , boje pogodowych , satelitów pogodowych i numerycznych prognoz pogody zostały wykorzystane do diagnozowania i prognozy pogody na pomoc obszarach oceanicznych Ziemi. Od lat 60. rola numerycznych prognoz pogody na morzach Ziemi odgrywa coraz większą rolę w procesie prognozowania. Elementy pogodowe, takie jak stan morza , wiatry powierzchniowe, poziomy pływów i temperatura powierzchni morza, są rozwiązywane przez organizacje, których zadaniem jest prognozowanie pogody nad otwartymi oceanami i morzami. Obecnie Japan Meteorological Agency , United States National Weather Service oraz United Kingdom Met Office tworzą morskie prognozy pogody dla półkuli północnej .
Historia
.jpg)
Istnieją różne źródła publikowanych przez rząd prognoz pogody na morzu, zwykle po katastrofach morskich.
Wielka Brytania
W październiku 1859 r. kliper parowy Royal Charter rozbił się podczas silnej burzy w pobliżu Anglesey ; 450 osób straciło życie. Z powodu tej straty wiceadmirał Robert FitzRoy wprowadził w lutym 1861 roku usługę ostrzegania dla żeglugi, wykorzystując łączność telegraficzną. Przez jakiś czas później było to głównym obowiązkiem United Kingdom Met Office. W 1911 r. Met Office rozpoczęło wydawanie morskich prognoz pogody, które zawierały ostrzeżenia o wichurach i sztormach za pośrednictwem transmisji radiowej dla obszarów wokół Wielkiej Brytanii. Ta usługa została przerwana podczas i po I wojnie światowej , między 1914 a czerwcem 1921 i ponownie podczas II wojny światowej w latach 1939-1945.
Stany Zjednoczone
Pierwsza próba stworzenia morskiego programu pogodowego w Stanach Zjednoczonych została zainicjowana w Nowym Orleanie przez Korpus Sygnałowy Armii Stanów Zjednoczonych . Notatka z 23 stycznia 1873 r. poleciła New Orleans Signal Observer przepisać dane meteorologiczne z dzienników statków przybywających do portu. Odpowiedzialność za prognozowanie morskie przeniesiona z Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych na Biuro Pogodowe w 1904 r., co umożliwiło otrzymywanie aktualnych obserwacji ze statków na morzu. Zatonięcie RMS Titanic w 1912 roku odegrało kluczową rolę w prognozowaniu pogody morskiej na całym świecie. W odpowiedzi na tę tragedię utworzono międzynarodową komisję, która ma określić wymagania dotyczące bezpieczniejszych rejsów oceanicznych. W 1914 roku prace komisji zaowocowały powstaniem Międzynarodowej Konwencji o Bezpieczeństwie Życia na Morzu . W 1957 r., aby pomóc w rozwiązaniu problemów morskich, Biuro Pogodowe Stanów Zjednoczonych zaczęło publikować dwumiesięczną publikację Mariners Weather Log, w której przedstawiane są warunki pogodowe w przeszłości, głównie nad oceanami na półkuli północnej, informacje dotyczące pór cyklonów tropikalnych na świecie, w celu publikowania miesięcznych danych klimatycznych do wykorzystania tych na morzu oraz do zachęcania do dobrowolnych obserwacji statków ze statków na morzu.
W ramach amerykańskiej National Weather Service (NWS), mapy prognozy pogody zaczęły być publikowane przez biura w Nowym Jorku, San Francisco i Honolulu do użytku publicznego. Prognozy dla Północnego Atlantyku zostały przeniesione z zamkniętego przedsięwzięcia Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych do zestawu produktów National Weather Service za pośrednictwem faksu radiowego w 1971 roku, podczas gdy prognozy dla północno-wschodniego Pacyfiku stały się publicznie dostępne w tej samej metodzie w 1972 roku. W latach 1986-1989 część Narodowego Centrum Meteorologicznego (NMC) znane jako Centrum Produktów Oceanicznych (OPC) było odpowiedzialne za prognozowanie pogody morskiej w ramach NWS. W okresie od sierpnia 1989 do 1995 roku jednostka pod nazwą Oddział Prognoz Morskich zajmowała się również dostarczaniem obiektywnych analiz i prognoz dla zmiennych morskich i oceanograficznych. Marine Prediction Center, później przemianowane na Ocean Prediction Center , przejęło zobowiązanie USA do wydawania ostrzeżeń i prognoz dla części Oceanów Północnego Atlantyku i Północnego Pacyfiku po jego utworzeniu w 1995 roku.
Znaczenie wiatru
Rozwój ciepłych prądów oceanicznych
Te wiatry wiać w kierunku zachodnim w tropikach, a westerlies dmuchać na wschód, na średnich szerokościach geograficznych. Ten wzór wiatru powoduje naprężenie powierzchni oceanu podzwrotnikowego z ujemnym zwijaniem się na północnym Atlantyku . Powstały transport Sverdrup jest w kierunku równika. Ze względu na zachowanie potencjalnej wirowości powodowanej przez wiatry poruszające się w kierunku biegunów na zachodnich obrzeżach podzwrotnikowego grzbietu i zwiększoną względną wirowość wody poruszającej się w kierunku północnym, transport jest równoważony przez wąski, przyspieszający prąd biegunowy, który płynie wzdłuż zachodniej granicy basenu oceanicznego , przewyższające skutki tarcia z zachodnim prądem granicznym , znanym jako prąd Labrador . Ochrona potencjalnej wirowości powoduje również zakola wzdłuż Prądu Zatokowego, które czasami urywają się z powodu zmiany położenia Prądu Zatokowego, tworząc oddzielne wiry ciepłe i zimne. Ten ogólny proces, znany jako intensyfikacja zachodnia, powoduje, że prądy na zachodniej granicy basenu oceanicznego, takiego jak Prąd Zatokowy, są silniejsze niż prądy na granicy wschodniej.
Dyspersja pęcznienia i grupy falowe
Fale są często tworzone przez burze na dużych odległościach od plaży, na której się załamują, a rozprzestrzenianie się najdłuższych fal jest ograniczone jedynie przez linie brzegowe. Na przykład fale powstałe na Oceanie Indyjskim zostały zarejestrowane w Kalifornii po ponad połowie podróży dookoła świata. Ta odległość pozwala na lepsze sortowanie fal wchodzących w skład fal i ich swobodne odcinanie podczas ich przemieszczania się w kierunku wybrzeża. Fale generowane przez wiatry sztormowe mają tę samą prędkość i będą się grupować i podróżować ze sobą, podczas gdy inne poruszające się nawet o ułamek metra na sekundę wolniej będą opóźnione, ostatecznie docierając wiele godzin później ze względu na pokonaną odległość. Czas propagacji od źródła t jest proporcjonalny do odległości X podzielonej przez okres fali T . Na głębokiej wodzie g jest przyspieszeniem ziemskim. Na przykład w przypadku burzy oddalonej o 10 000 kilometrów (6200 mil) fale z okresem T = 15 s pojawią się 10 dni po burzy, a kolejne 14 s fale nastąpią 17 godzin później.
Ten rozproszony napływ fal, najpierw przez długie okresy, ze skróceniem okresu fali szczytowej w czasie, można wykorzystać do określenia odległości, przy której powstały fale. Podczas gdy stan morza podczas sztormu ma widmo częstotliwości o mniej więcej tym samym kształcie (tj. dobrze zdefiniowany szczyt z dominującymi częstotliwościami w zakresie plus lub minus 7% wartości szczytowej), widma falowania są coraz węższe, czasami tak 2% lub mniej, ponieważ fale rozchodzą się coraz dalej. W rezultacie grupy fal (nazywane przez surferów zestawami) mogą mieć dużą liczbę fal. Od około siedmiu fal na grupę podczas burzy, liczba ta wzrasta do 20 i więcej w falach z bardzo odległych burz.
Podróże statkiem żaglowym
Podróże oceaniczne żaglowcem mogą trwać wiele miesięcy, a częstym zagrożeniem jest brak wiatru lub zepchnięcie kursu przez silne sztormy lub wiatry, które nie pozwalają na postęp w pożądanym kierunku. Gwałtowna burza może doprowadzić do katastrofy statku i utraty wszystkich rąk. Żaglowce może przewozić tylko pewną ilość dostaw w swojej ładowni , więc muszą zaplanować długie podróże starannie zawierać odpowiednie przepisy , w tym świeżej wody .
Unikanie cyklonu tropikalnego
Marynarze mają sposób na bezpieczne poruszanie się po tropikalnych cyklonach. Podzielili cyklony tropikalne na dwie części, w oparciu o kierunek ich ruchu, i manewrowali, aby uniknąć prawego segmentu cyklonu na półkuli północnej (lewego na półkuli południowej). Żeglarze nazywają prawą stronę niebezpiecznym półkolem, ponieważ w tej połowie sztormu znajdowały się najcięższe deszcze oraz najsilniejsze wiatry i morza, ponieważ prędkość ruchu cyklonu i jego rotacyjny wiatr sumują się. Druga połowa cyklonu tropikalnego nazywana jest żeglownym półkolem, ponieważ warunki pogodowe są słabsze (subtraktywne) w tej części burzy. Praktyczne zasady podróży statków, gdy w ich pobliżu znajduje się cyklon tropikalny, to unikanie ich w miarę możliwości i nieprzecinanie ich przewidywanej trasy (przecinanie T). Osoby podróżujące przez niebezpieczne półkole powinny trzymać się prawdziwego wiatru na prawym dziobie i robić jak najwięcej postępów. Zaleca się, aby statki poruszające się po żeglownym półokręgu utrzymywały prawdziwy wiatr na prawej burcie, jednocześnie posuwając się jak najdalej.
Reguła 1-2-3 (reguła 1-2-3 marynarzy lub strefa niebezpieczna) jest wytyczną powszechnie nauczaną przez marynarzy w celu śledzenia i przewidywania silnych burz (w szczególności huraganów i burz tropikalnych). Odnosi się do zaokrąglonych długoterminowych błędów prognoz National Hurricane Center wynoszących odpowiednio 100-200-300 mil morskich w godzinach 24-48-72. Jednak te błędy zmniejszyły się do blisko 50-100-150, ponieważ prognostory NHC stały się bardziej dokładne dzięki prognozowaniu śladów cyklonów tropikalnych . „Obszar zagrożenia”, którego należy unikać, jest konstruowany poprzez rozszerzenie prognozowanej ścieżki o promień równy setkom mil plus prognozowane promienie wiatru (rozmiar burzy w tych godzinach).
W ramach numerycznej prognozy pogody
Modelowanie powierzchni oceanu
Transfer energii pomiędzy wiatrem wiejącym nad powierzchnią oceanu a górną warstwą oceanu jest ważnym elementem dynamiki fal. Widmowa równanie transportu fali jest używany do określenia zmiany w widmie fali na zmianę topografii. Symuluje generowanie fal, ruch fal (propagację w płynie), narastanie fal , załamanie , przenoszenie energii między falami i rozpraszanie fal. Ponieważ wiatry powierzchniowe są głównym mechanizmem wymuszającym w równaniu transportu fal spektralnych, modele fal oceanicznych wykorzystują informacje generowane przez numeryczne modele prognozowania pogody jako dane wejściowe do określenia, ile energii jest przekazywane z atmosfery do warstwy na powierzchni oceanu. Wraz z rozpraszaniem energii poprzez białe czapki i rezonans pomiędzy falami, wiatry powierzchniowe z numerycznych modeli pogodowych pozwalają na dokładniejsze przewidywanie stanu powierzchni morza.
Pierwsze modele fal oceanicznych opracowano w latach 60. i 70. XX wieku. Modele te miały tendencję do przeceniania roli wiatru w rozwoju fal i niedoceniania interakcji fal. Brak wiedzy na temat wzajemnego oddziaływania fal, założenia dotyczące maksymalnej wysokości fali oraz braki w mocy komputera ograniczały wydajność modeli. Po przeprowadzeniu eksperymentów w latach 1968, 1969 i 1973, w przewidywaniach dokładniej ważono wiatr z atmosfery ziemskiej. Druga generacja modeli została opracowana w latach 80. XX wieku, ale nie były one w stanie realistycznie modelować pęcznienia ani przedstawiać fal napędzanych wiatrem (znanych również jako fale wiatru) spowodowanych szybko zmieniającymi się polami wiatru, takimi jak te w tropikalnych cyklonach. To spowodowało rozwój trzeciej generacji modeli falowych od 1988 roku.
W ramach tej trzeciej generacji modeli równanie transportu fal spektralnych jest używane do opisania zmian w widmie fal przy zmieniającej się topografii. Symuluje generowanie fal, ruch fal (propagację w płynie), narastanie fal , załamanie , przenoszenie energii między falami i rozpraszanie fal. Ponieważ wiatry powierzchniowe są głównym mechanizmem wymuszającym w równaniu transportu fal spektralnych, modele fal oceanicznych wykorzystują informacje generowane przez numeryczne modele prognozowania pogody jako dane wejściowe do określenia, ile energii jest przekazywane z atmosfery do warstwy na powierzchni oceanu. Wraz z rozpraszaniem energii poprzez białe czapki i rezonans pomiędzy falami, wiatry powierzchniowe z numerycznych modeli pogodowych pozwalają na dokładniejsze przewidywanie stanu powierzchni morza.
Platformy obserwacyjne
Statki pogodowe
Pomysł stacjonarnego statku meteorologicznego został zaproponowany już w 1921 r. przez Météo-France, aby wesprzeć żeglugę i nadejście lotnictwa transatlantyckiego . Założony podczas II wojny światowej statek meteorologiczny lub oceaniczny statek meteorologiczny był statkiem stacjonującym na oceanie jako platforma do obserwacji meteorologicznych na powierzchni i w górnych warstwach powietrza do wykorzystania w prognozowaniu pogody. Były używane podczas II wojny światowej, ale nie miały środków obrony, co doprowadziło do utraty kilku statków i wielu istnień ludzkich. Znajdowały się one głównie na północnym Atlantyku i północnym Pacyfiku, przekazując raporty przez radio. Oprócz funkcji raportowania pogody, statki te pomagały w operacjach poszukiwawczo-ratowniczych , wspierały loty transatlantyckie , działały jako platformy badawcze dla oceanografów , monitorowały zanieczyszczenie mórz oraz wspomagały prognozowanie pogody zarówno za pomocą prognoz pogody, jak i w ramach skomputeryzowanych modeli atmosferycznych . Statki badawcze są nadal intensywnie wykorzystywane w oceanografii, w tym oceanografii fizycznej i integracji danych meteorologicznych i klimatycznych w nauce o Ziemi .
Stworzenie statków meteorologicznych okazało się tak przydatne podczas II wojny światowej, że Międzynarodowa Organizacja Lotnictwa Cywilnego (ICAO) utworzyła globalną sieć 13 statków meteorologicznych do 1948 r., z czego siedem eksploatowanych przez Stany Zjednoczone, jeden obsługiwany wspólnie przez Stany Zjednoczone i Kanada, dwa dostarczane przez Wielką Brytanię, jedno utrzymywane przez Francję, jedno wspólne przedsięwzięcie przez Holandię i Belgię , a jedno współdzielone przez Wielką Brytanię, Norwegię i Szwecję . Liczba ta została ostatecznie wynegocjowana do dziewięciu. Umowa na wykorzystanie statków meteorologicznych przez społeczność międzynarodową zakończyła się w 1985 roku.
Boje pogodowe
Boje pogodowe to instrumenty, które zbierają dane pogodowe i oceaniczne w oceanach na całym świecie, a także pomagają w nagłych wypadkach na wypadek wycieków chemikaliów , postępowaniach sądowych i projektach inżynieryjnych . Boje zacumowane są w użyciu od 1951 roku, a boje dryfujące od 1972 roku. Boje zacumowane są połączone z dnem oceanu za pomocą łańcuchów , nylonu lub pływającego polipropylenu . Wraz z upadkiem statku meteorologicznego , od lat siedemdziesiątych odgrywały one bardziej podstawową rolę w pomiarach warunków na otwartym morzu. W latach 80. i 90. sieć boj w środkowym i wschodnim tropikalnym Pacyfiku pomogła zbadać oscylację El Niño-Southern . Boje cumowane mają średnicę od 1,5 metra (4,9 stopy) do 12 metrów (39 stóp), podczas gdy boje dryfujące są mniejsze i mają średnice od 30 centymetrów (12 cali) do 40 centymetrów (16 cali). Boje dryfujące są dominującą formą boi meteorologicznych w ogromnej liczbie, z 1250 na całym świecie. Dane wiatru z boi mają mniejszy błąd niż ze statków. Występują również różnice w wartościach pomiarów temperatury powierzchni morza między dwiema platformami, związane z głębokością pomiaru oraz tym, czy woda jest podgrzewana przez statek mierzący tę ilość.
Satelity pogodowe
Używany od 1960 roku satelita pogodowy jest rodzajem satelity, który służy przede wszystkim do monitorowania pogody i klimatu Ziemi. Satelity mogą być na orbicie polarnej , obejmującej całą Ziemię asynchronicznie, lub geostacjonarne , unoszące się nad tym samym punktem na równiku. Satelity meteorologiczne widzą nie tylko chmury i systemy chmur. Począwszy od satelity Nimbus 3 w 1969 roku, informacje o temperaturze za pośrednictwem kolumny atmosferycznej zaczęły być pobierane przez satelity ze wschodniego Atlantyku i większości Oceanu Spokojnego, co doprowadziło do znacznej poprawy prognoz. Światła miast, pożary, skutki zanieczyszczenia, zorze polarne , burze piaskowe i piaskowe, pokrywa śnieżna, mapy lodu, granice prądów oceanicznych, przepływów energii itp. oraz inne rodzaje informacji środowiskowych są gromadzone za pomocą satelitów pogodowych. Inne satelity środowiskowe mogą wykrywać zmiany w roślinności Ziemi, stanie morza, kolorze oceanów i polach lodowych. El Niño i jego wpływ na pogodę są codziennie monitorowane na podstawie zdjęć satelitarnych. Łącznie satelity pogodowe obsługiwane przez Stany Zjednoczone, Europę, Indie, Chiny, Rosję i Japonię zapewniają niemal ciągłe obserwacje dla globalnego obserwatora pogody.
Użyteczność
Przemysłowych i rekreacyjnych stosowanie dróg wodnych może być znacznie ograniczony przez kierunku i prędkości wiatru, fal okresowości i wysokości, pływów i wytrącania. Każdy z tych czynników może mieć wpływ na bezpieczeństwo tranzytu morskiego. W związku z tym opracowano szereg kodów, aby skutecznie przesyłać pilotom statków szczegółowe prognozy pogody morskiej drogą radiową, na przykład MAFOR (prognoza morska). Typowe prognozy pogody można otrzymać na morzu za pomocą RTTY , Navtex i Radiofax .
Dostępne produkty NCEP
Ostrzeżenia o pogodzie morskiej i prognozy w formie drukowanej i prognostycznej są tworzone na pięć dni w przyszłość. Prognozy w formie drukowanej obejmują prognozy pełnomorskie, prognozy morskie i prognozy dotyczące wód przybrzeżnych. Aby skrócić długość produktów prognozy, do opisu obszarów na morzu używane są pojedyncze słowa i wyrażenia. Eksperymentalne, siatkowe prognozy znacznych wysokości fal zaczęły być opracowywane przez Ocean Prediction Center w 2006 r., co było pierwszym krokiem w kierunku cyfrowych usług morskich na pełnym morzu i obszarach przybrzeżnych. Opracowywane są dodatkowe produkty siatkowe, takie jak ciśnienie powierzchniowe i wiatry. Niedawno, National Weather Service opublikował model operacyjny ekstratropikalnych fal sztormowych, aby zapewnić eksperymentalne wskazówki dotyczące pozazwrotnikowych fal sztormowych dla przybrzeżnych biur prognoz pogody, aby pomóc im w operacjach ostrzegania przed powodziami i prognozowania.
Odpowiedzialne organizacje i ich obszary
Półkula północna
W ramach Japońskiej Agencji Meteorologicznej obserwatoria morskie znajdują się w Hakodate , Maizuru , Kobe i Nagasaki . Stacje te obserwują fale oceaniczne , poziomy pływów, temperaturę powierzchni morza, prądy oceaniczne itp. w basenie północno-zachodniego Pacyfiku , a także w basenie Morza Japońskiego i Morza Ochockiego oraz dostarczają wynikające z nich morskie prognozy meteorologiczne we współpracy z Wydział Hydrograficzny i Oceanograficzny Japońskiej Straży Przybrzeżnej .
W Wielkiej Brytanii The Shipping Forecast jest transmisją radiową BBC zawierającą raporty pogodowe i prognozy dla mórz wokół wybrzeży Wysp Brytyjskich . Jest produkowany przez Met Office i nadawany cztery razy dziennie przez BBC Radio 4 w imieniu Agencji Morskiej i Straży Przybrzeżnej . Prognozy przesyłane przez system Navtex wykorzystują podobny format i te same obszary morskie. Wody wokół Wysp Brytyjskich są podzielone na obszary morskie, znane również jako obszary pogodowe.
W ramach amerykańskiej National Weather Service Ocean Prediction Center (OPC), założony w 1995 roku, jest jednym z sześciu oryginalnych centrów usług National Centers for Environmental Prediction (NCEP). Do 12 stycznia 2003 roku organizacja nosiła nazwę Marine Prediction Center. OPC publikuje prognozy z maksymalnie pięciodniowym wyprzedzeniem dla obszarów oceanicznych na północ od 31 szerokości geograficznej północnej i na zachód od 35 długości geograficznej zachodniej na Atlantyku oraz przez północno-wschodni Pacyfik na północ od 30 szerokości geograficznej północnej i na wschód od 160 długości geograficznej wschodniej . Do niedawna OPC dostarczało do National Hurricane Center punkty prognozy dla cyklonów tropikalnych na północ od 20 szerokości geograficznej północnej i na wschód od 60 długości geograficznej zachodniej . OPC składa się z dwóch gałęzi: Oddziału Prognoz Oceanicznych i Oddziału Aplikacji Oceanicznych. Narodowe Centrum Huragan obejmuje obszary morskie na południe od 31. równoleżnika na Atlantyku i 30. równoleżnika na Pacyfiku między 35. południkiem zachodnim a 140. południkiem zachodnim . Biuro Prognoz Pogody w Honolulu prognozuje prognozy na obszarze pomiędzy 140. południkiem zachodnim a 160. południkiem wschodnim , od 30. równoleżnika północnego w dół do równika.
Półkula południowa
Obszar odpowiedzialności National Hurricane Center obejmuje obszary półkuli południowej na Pacyfiku do 18,5 stopnia na południowy wschód od 120 południka zachodniego . Na południe od równania, Biuro Prognoz NWS Honolulu prognozuje na południe do 25. równoleżnika południowego między 160. południkiem wschodnim a 120. południkiem zachodnim.