Наземные метеорологические наблюдения

Наземные метеорологические наблюдения представляют собой систематическое измерение и регистрацию метеорологических величин, проводимых на поверхности Земли с целью изучения состояния атмосферы, её изменений и процессов, происходящих в ней. Эти наблюдения являются фундаментом для прогноза погоды, климатических исследований, обеспечения авиационной и морской безопасности, агрометеорологии, охраны окружающей среды и многих других направлений.

Наблюдения могут быть визуальными, инструментальными, автоматизированными, а также вестись непрерывно либо по установленному расписанию (например, каждые 3 часа). Важнейшее требование — соблюдение единых методик и стандартов, обеспечивающих сопоставимость данных по времени и пространству.

Сеть метеорологических станций

Система наземных наблюдений включает:

Основные метеостанции (ОМС) — ведут полный комплекс наблюдений: за температурой, давлением, влажностью, осадками, ветром, облачностью, атмосферными явлениями и т.д.
Агрометеостанции — фиксируют не только погодные параметры, но и состояние сельскохозяйственных культур, почвенную влажность, температуру на различных глубинах.
Аэрологические станции — кроме наземных наблюдений проводят зондирование атмосферы с помощью радиозондов.
Посты наблюдений — чаще всего ограничиваются определённым набором параметров, например, осадками или ветром.
Автоматические метеостанции (AWS) — функционируют без участия человека, передают данные в реальном времени.

Основные измеряемые метеорологические элементы

Атмосферное давление

Измеряется с помощью барометров-анероидов или электронных барометров. Приводится к уровню моря для возможности сопоставления. Суточные и сезонные изменения давления используются для анализа синоптических процессов.

Температура воздуха

Измеряется термометрами, помещёнными в метеобудках на высоте 2 м над поверхностью земли. Учитываются:

Максимальная и минимальная температура;
Среднесуточная;
Температура почвы (на глубинах 5, 10, 20, 40, 80, 160 см);
Температура на уровне груди (важна в агрометеорологии и для оценки теплового комфорта).

Относительная влажность воздуха

Определяется психрометрами или гигрометрами. Важна для оценки испарения, формирования облаков, выпадения осадков.

Осадки

Измеряются с помощью осадкомеров (плювиометров, снегомеров). Учитываются:

Количество осадков (в мм);
Вид осадков (дождь, снег, град, морось);
Продолжительность и интенсивность.

Существенное значение имеют корректировки на испарение, налипание, наклон ветра, особенно зимой.

Ветер

Характеризуется:

Скоростью (м/с), измеряемой анемометрами;
Направлением, указываемым по румбам (например, северный, юго-западный);
Порывами;
Средней и максимальной скоростью за интервал времени.

Мачта анемометра располагается на высоте 10 м, на открытом участке.

Облачность

Оценивается визуально по восьмибалльной шкале:

Общая облачность;
Нижний ярус облаков;
Тип облаков по классификации (слоистые, кучевые, перистые и др.);
Высота основания облаков — важна для авиации.

Атмосферные явления

Фиксируются визуально: туман, гроза, иней, изморозь, роса, пыльные бури, смерчи и др. Требуют опытного наблюдателя. Многие из них имеют классификацию по интенсивности и продолжительности.

Приборы и оборудование метеостанции

На метеоплощадке размещаются:

Метеобудка — защищает термометры от солнечного излучения;
Барометры — устанавливаются в помещении;
Анемомачта — высотой не менее 10 м;
Осадкомеры — устанавливаются на открытом участке, на высоте 0,5–1 м;
Гелиографы, солнемеры — фиксируют продолжительность солнечного сияния;
Актинометры — измеряют солнечную радиацию.

Современные станции оснащаются датчиками автоматического типа, с передачей данных по каналам связи в центры обработки. Автоматизация особенно важна в труднодоступных районах, на арктических станциях, в пустынях и горах.

Стандарты наблюдений

Всемирная метеорологическая организация (ВМО) регламентирует:

Время наблюдений (универсальное координированное — UTC);
Методы измерения;
Калибровку приборов;
Форматы передачи данных (например, SYNOP, METAR).

Наземные наблюдения стандартизированы, что позволяет проводить глобальные сравнения и строить климатические ряды длительностью более 100 лет.

Ошибки и корректировки

Факторы, влияющие на точность:

Местные условия: застройка, растительность, рельеф;
Неверная установка приборов;
Человеческий фактор;
Погодные условия, например, обледенение датчиков.

Применяются методики корректировки данных, например, пересчёт температур из городской среды к «естественному» фону, пересчёт давления к уровню моря, коррекция осадков на испарение.

Специальные наблюдения

Агрометеорологические

Оценивают влияние погодных факторов на сельское хозяйство. Включают:

Температуру и влажность почвы;
Даты фенологических фаз растений (всходы, цветение, созревание);
Условия для сельхозработ (влажность, заморозки, засуха, переувлажнение).

Аэронавигационные

Проводятся вблизи аэропортов. Включают:

Видимость;
Облачность по слоям;
Ветер на взлётной полосе;
Явления, влияющие на безопасность полётов (сдвиг ветра, грозы, гололёд).

Радиоактивные

После аварий на АЭС (например, Чернобыль) были развёрнуты посты контроля радиоактивных аэрозолей, осадков, радиационного фона.

Роль наземных наблюдений в современных исследованиях

Несмотря на развитие спутниковых и радиолокационных методов, наземные наблюдения остаются ключевыми для:

Калибровки и валидации дистанционных данных;
Построения высокоточных моделей климата;
Выявления локальных экстремальных явлений;
Поддержки долгосрочных климатических рядов;
Синоптического анализа и оперативного прогноза.

Они составляют «основу» всей метеорологической науки. Современные подходы интегрируют данные различных источников, но качество и непрерывность наземных наблюдений остаются решающими.