Mapy synoptyczne; model stacji, symbole na mapach pogody

    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 poziomiach. 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 górme 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 Carr'a (1999).

    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]. 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 (patrz ryc. 1). Liczba opisów (wartości i symboli) przy poszczególnych stacjach jest niejednakowa.

   

Ryc 1. Fragment mapy analizy z dnia 8 grudnia 2007, 09 UTC (NOAA, OPC).
N Atlantyk, szerokości podzwrotnikowe, równoleżniki i południki co 5°, izobary prowadzone co 4 hPa. 

Rozmieszczenie (położenie) wartości poszczególnych elementów meteorologicznych oraz symboli charakteryzujących wykształcenie lub stan zjawisk pogodowych jest ściśle określone względem położenia stacji. Układ tych wartości i symboli określa się jako tzw. "model stacji" (patrz ryc. 2).

Ryc. 2. a) - model stacji, b) - przykład rozkładu symboli i wartości wokół położenia stacji (stacja lądowa)

Poszczególne oznaczenia znaczą:

- wewnątrz okręgu stacji oznaczona jest za pomocą odpowiedniego stopnia zaczernienia (patrz ryc. 3) zachmurzenie ogólne (N, części ósme; oktanty). Na ryc. 2b zachmurzenie jest 4 (połowa nieboskłonu pokryta przez chmury),

- do okręgu stacji "wchodzi" strzałka wiatrowa, wskazująca kierunek (dd) i prędkość wiatru (ff) w węzłach. Długie "piórko" oznacza 10 w, krótkie 5 w, zaczerniony trójkąt - 50 w. Krótkie, skośne piórko oznacza 2.5 węzła. Na rysunku 2b kierunek wiatru można oszacować jako 030-040°, prędkość wiatru - 25 w.

- pionowa kolumna, której środek tworzy stacja jest zarezerwowana na informacje o chmurach występujących w poszczególnych piętrach (kolumna z oznaczeniami h_s h_s, C_L N_h, C_M, C_H): idąc od dołu:
- h_s h_s  - wysokość dolnej podstawy chmur (m, podaje się niższą wartość przedziału; na przykładzie b - jest 600, co oznacza przedział 600-1000 m i odpowiada liczbie 5 w kluczu (do szyfrowania depesz),
- C_L - rodzaj występującego zachmurzenia niskiego (symbol) oraz liczbą N_h, czyli stopień pokrycia nieboskłonu przez chmury C_L, a w przypadku ich braku przez chmury piętra średniego lub Nimbostratus (C_M). JeśliN_h jest równe 0, wartości tej nie wpisuje się. W przykładzie na ryc. 2b symbol oznacza występowanie chmur Cu hum. lub Cu fra., ale nie złej pogody, które pokrywają nieboskłon w 2/8 (2 oktanty),
- C_M - rodzaj występujących chmur piętra średniego lub Nimbostratus. Informacja ta oznaczana jest symbolem; w przykładzie na ryc. 2b jest to Altocumulus translucidus na jednym poziomie,
- C_H - rodzaj występujących chmur piętra wysokiego. Również i ta informacja przedstawiona jest symbolem. W przykładzie na ryc. 2b stosownego symbolu brak, co oznacza brak chmur C_H (lub wobec zachmurzenia ogólnego 4/8 - niemożność ich zaobserowania; C_H = 0). Symbole C_L, C_M, C_H patrz ryc. 3.

- w lewo, w góre nad symbolem stacji (oznaczenie TT) podaje się temperaturę powietrza zaokrągloną do pełnych stopni. Uwaga - temperaturę podaje się w °C, jednak na niektórych mapach wydawanych przez służby amerykańskie może być w °F. Na przykładzie (ryc. 2b) temperatura powietrza jest równa ~17°C,

- w prawo, w górę nad symbolem stacji (oznaczenie PPP) podaje się ciśnienie atmosferyczne w postaci trzech ostatnich cyfr wartości ciśnienia odczytanych z dokładnością do 0.1 hPa. W przypadku gdy ciśnienie jest niższe od 1000 hPa odrzuca się pierwszą cyfrę (np. ciśnienie jest 988.3 - na mapie 883), w przypadku gdy ciśnienie jest 1000 i więcej hPa - odrzuca się dwie pierwsze cyfry (np. ciśnienie 1006.0 hPa - na mapie 060). Na ryc. 2b odczytujemy ciśnienie jako 1015.6 hPa.

- w lewo na wysokości stacji, za pomocą odpowiedniego symbolu, odpowiadającego wartości klucza, oznaczona jest pogoda bieżąca (skrót  ww). Symbole pogód bieżących - patrz ryc. 3, opis pogód bieżących - patrz pogody bieżące.i ubiegłe,

- po prawej na wysokości stacji oznacza się liczbowo (ze znakiem) wartość ppp czyli tendencję baryczną (zmianę ciśnienia, jaka miała miejsce w ciągu trzech ostatnich godzin poprzedzających obserwację w dziesiątych częściach hPa (oznaczenie pp) oraz symbolem - charakter zmian ciśnienia (oznaczenie a). Na przykładzie 2b tendencja baryczna to +0.4 hPa w ciągu trzech godzin (pp) a ciśnienie najpierw wzrastało a później ustabilizowało się (a = 1). Uwaga - na mapach, w przypadku, gdy tendencja baryczna jest równa 000 (czyli w ciągu ostatnich trzech godzin ciśnienie nie zmieniło się) podaje się wartość tendencji i nie wprowadza symbolu a (a = 4). Niektóre służby (tak jak na mapie - ryc. 1) wprowadzają symbol - poziomą kreseczkę.

- w lewo, poniżej stacji oznacza się liczbowo na stacjach lądowych wartość VV, czyli zasięg widzialności poziomej. Na stacjach morskich przeważnie element pomijany. Jeśli zamieszczany VV zawsze jest dwucyfrowa, a jej pierwsza wartość musi być równa 9,

- w prawo, poniżej stacji oznacza się symbolem W, czyli pogodę ubiegłą (W₁ w kluczu; za okres 6 godzin dla obserwacji wykonanych w głównych terminach obserwacji (00, 06, 12 i 18 UTC)). Na przykładzie oznaczono pogodę ubiegłą 4, czyli mgłę, mgłę lodową lub gęste zmętnienie, ograniczające widzialność do mniej niż 1000 m

- w najniższym rzędzie (wierszu) po lewej oznaczona jest temperatura punktu rosy powietrza (T_dT_d). Wartość ta podawana jest w pełnych stopniach Celsiusza (zakrąglonych do pełnych). Uwaga - na niektórych mapach amerykańskich, jeśli TT podawana jest w °F, w takiej samej mierze będzie podawana Td Td.

- pod oznaczeniem RR kryje się suma opadów za ostatnie 6 godzin. Tę informację podają jedynie stacje lądowe, nie jest ona obowiązkowa (stąd wartość ta jest w nawiasach). Stacje morskie informacji o sumie opadów nie podają, ta nie jest na statkach mierzona z powodu niemożności przeprowadzenia wiarygodnego pomiaru. i niewielkiego znaczenia samej informacji [ 4 ]. W tym miejscu niekiedy na stacjach morskich podaje się inne informacje.

Na stacjach morskich często informacje rozmieszczone wokół symbolu stacji są mocno zredukowane. Wynika to zazwyczaj z podawania przez statki depeszy skróconej. Co istotne - dane ze stacji morskich mogą zawierać dodatkowe informacje, których nie zawierają stacje lądowe.
Są to:
- T_wT_w  - temperatura morza (przypowierzchniowa wody morskiej) w °C zaokrąglona do pełnych stopni. Uwaga - na mapach amerykańskich T_sT_s może być podana w °F. Wartość T_wT_w jest podawana na "lewo w dół" od wartości TdTd. Na rysunku 1A (poniżej) przy stacji A brak jest informacji o T_sT_s , przy stacji B wartość T_sT_s jest oznaczona - wynosi 25°C.

- grupa 2PwPwHwHw w postaci cyfrowej, czyli informacja o okresie (PwPw) i wysokości (HwHw) fali wiatrowej. Informację tę umieszcza się na prawo od środkowej kolumny, na poziomie informacji o W (pogodzie ubiegłej),  jeśli W nie jest oznaczona, albo też na poziomie, na którym znajduje się na omawianym modelu RR, jeśli W jest oznaczona  Przykładowo - na stacji położonej na N od stacji B, grupa 2PwPwHwHw to rząd cyfr : 20702, umieszczony na wysokości symbolu C_L, pod pppa. Znaczenie liczb 20702 odczytujemy jako 2 - identyfikator grupy, 07 (PwPw) - okres fali wiatrowej równy 7 s, 02 (HwHw) - wysokość fali wiatrowej ~1.0 m

- oznaczenie d_w1d_w1P_w1P_w1H_w1H_w1- przekazujące informację o kierunku, z którego nadchodzi główny system fali rozkołysu (fali martwej) (d_w1d_w1), okresie tego rozkołysu (P_w1P_w1) oraz wysokości fali rozkołysu (H_w1H_w1). Informację tę umieszcza się pod grupą 2PwPwHwHw. W przypadku stacji położonej na N od stacji B zapis tej grupy jest następujący: 281309, co oznacza nadchodzenie fali rozkołysu z sektora 275-284°, okres fali rozkołysu  ~13 s i wysokość fali rozkołysu ~4.5 m.
UWAGA - Wszystkie informacje o falowaniu obok modeli stacji dotyczną parametrów fali znacznej! 

Ryc 1A. Fragment mapy analizy z dnia 8 grudnia 2007, 09 UTC (NOAA, OPC).
N Atlantyk, szerokości podzwrotnikowe, równoleżniki i południki co 5°, izobary prowadzone co 4 hPa. A i B - modele stacji omawiane w tekscie poniżej

Jeśli w depeszy z danej stacji morskiej (statku) nie ma kompletu informacji (depesza skrócona) lub przekazane w danej grupie (kodu) są niewiarygodne, przy stacji umieszcza się tylko niektóre informacje. Przykładem takiego stanu rzeczy jest stacja A (ryc. 1A). Na stacji tej N = 1 (1/8), wiatr wieje z kierunku ~100° z prędkością 15 w, temperatura powietrza (TT) jest równa 23°C, temperatura punktu rosy (TdTd) wynosi 19°C, ciśnienie atmosferyczne 1025.2 hPa, tendencja baryczna (ppp) spadek w ciągu trzech ostatnich godzin o1.3 hPa, charakter spadku (a) spadek, potem stan stały (a = 6), pogoda bieżąca (ww = 02) w ciągu ostatniej godziny stan nieba na ogół bez zmian. Brak tu informacji o zachmurzeniu w piętrach, pogodzie ubiegłej, informacji o temperaturze morza oraz falowaniu. Na stacji położonej na SW od stacji B, mamy: n = 4, kierunek wiatru (Kw) ~110°, prędkość wiatru (Vw) ~20 w, ciśnienie = 1015.5 hPa, tendencja: spadek o 3.5 hPa w ciągu ostatnich trzech godzin (ppp = 035), charakter tendencji (a = 5) spadek, potem stan stały. W miejscu C_L znajduje się symbol (C_L = 2) oznaczający "Cumulus mediocris lub congestus, występujący sam lub z Cu fractus albo humilis bądź też ze Stratocumulus; wszystkie mają podstawy na jednym poziomie" (patrz ryc. 3). Chmury C_M i C_H nieoznaczone, co oznacza, że chmur należących do tych liczb klucza brak (nie występują chmury piętra średniego i wysokiego). Pogoda bieżąca (ww) nieoznaczona - najprawdopodobniej w depeszy było brak tej informacji, TT = 24°C, TdTd = 23°C.
    Na mapie oprócz typowych modeli stacji widzimy również "kółka" stacji z oznaczonym N, jednak bez innych informacji wokół nich oraz liczby - takie jak liczba 25 na E od stacji B. Liczby oznaczają temperaturę powierzchni morza (TwTw). Te dane pochodzą z informacji satelitarnych.
    Przedstawiony wycinek mapy synoptycznej przedstawia pogodę panującą na dorównikowej części wyżu subtropikalnego, przesuniętego na N, z tej przyczyny typowa pogoda passatowa nie jest tu wykształcona w sposób klasyczny. Tym niemniej, analizując dane rozmieszczone wokół kolejnych stacji położonych na N od równoleżnika przeciętego przez okrąg oznaczający dane stacji A, zauważamy zarówno dominację wschodnich kierunków wiatrów, prędkości wiatrów typowe dla strefy passatów (7.5 - 10 m/s), zachmurzenie ogólne 1 do 4, występowanie chmur konwekcyjnych (Cu hum., Cu med., Cu con.)

Ryc. 3. Międzynarodowe symbole stosowane na mapach synoptycznych, również w modelach stacji.  ww - pogody bieżące (liczby klucza 0-99), C_L, C_M, C_H, C - zachmurzenie w piętrach oraz rodzaj chmur (ogólnie) - liczby klucza 0-9, W - pogody ubiegłe (liczby klucza 0-9), a - charakterystyka tendencji ciśnienia za ostatnie 3 godziny przed obserwacją (liczby klucza 0-8), N - zachmurzenie ogólne (liczby klucza 0-9; 9 - brak obserwacji N lub dokonanie obserwacji niemożliwe)

---