Польза прогнозирования погоды

Выполнила:

студентка гр. 3442Б

Шпилевая А.И.

Преподаватель:

доц. Колупаев А.В.

Воронеж 2017

Содержание

Введение……………………………………………………………......…..3

1. История развития ГИС …….………………………………...…….4

2. Составление прогнозов……………………………………………..7

3. Польза прогнозирования погоды ….......................................……11

Заключение…………………………………………………….………….14

Список литературы…………………………………..…………………....15

Введение

ГИС представляет собой аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества

Объем информации, существующий в современном мире, не может сравниться с тем, который был получен в прошлых веках. Темпы жизни стремительно растут, методы получения информации приобретают все более индустриальный характер. Для организованного хранения, поиска нужной информации, ее обработки и анализа требуются современные, основанные на компьютерных технологиях, средствах. C каждым годом информационные потребности человека затрагивают все новые сферы его деятельности. Практически во всех современных отраслях знаний накоплен богатый опыт использования информации, получаемой из многочисленных источников.

История развития ГИС

Вы планируете, как провести выходные? В этом случае трудно удержаться и не посмотреть прогноз погоды, чтобы понять зонтик брать или солнечные очки. Поскольку метеорология чаще, чем другие научные дисциплины, привлекает внимание большинства людей, космические снимки с метеоспутников или радарные изображения знакомы практически каждому. Теперь эти изображения могут привнести в нашу жизнь значительно больше, чем просто прогноз погоды на ближайшие.

Полностью верить прогнозам погоды всегда было рискованным занятием, но все же сделано тут достаточно много - от случайных записей погодных явлений в древние века до сегодняшнего стандартизированного сбора данных о погоде в масштабе реального времени, обновляемых с периодичностью в секунду.

Завязанные на погоду системы поддержки принятия решений получают значительные преимущества при включении в их состав технологии ГИС, которой отводится функция интеграции оперативно поступающей, исторической и прогнозной информации. ГИС дает значительно больше возможностей, чем простое графическое отображение синоптической обстановки. Она позволяет проводить совместный анализ данных о погоде и других геопространственных данных.

На гидрометеорологической сети широко используется геоинформационная система ГИС Метео. ГИС Метео — специализированная геоинформационная система, которая представляет собой интерактивный и работающий в режиме реального времени инструмент, предназначенный для использования в оперативной работе метеорологов. Разработка ГИС Метео началась в конце 80-х годов прошлого века научно-производственным центром МэпМейкер. В 1990 году разработчики установили первую версию под управлением Windows 2.03 на персональном компьютере в Центре по гидрометеорологии Южно-Сахалинска, где система благополучно прошла апробацию в оперативных условиях работы.

Сейчас программный комплекс ГИС Метео — это универсальный инструмент метеоролога, служащий для изготовления, обработки и документирования метеорологических карт. Комплекс ГИС Метео предназначен для организации оперативной работы не только синоптиков, но и метеорологов, гидрологов, океанологов, агрометеорологов. Он позволяет создавать метеорологические карты в любой картографической проекции и любого масштаба. Система ГИС Метео сертифицирована в Федеральной службе по гидрометеорологии — Росгидромете — и в настоящее время практически все Управления и Центры по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, а также метеослужбы крупных аэропортов, используют ГИС Метео. Программные средства ГИС Метео установлены и в вузах, осуществляющих подготовку специалистов для гидрометслужбы, и активно используются при обучении студентов навыкам обработки и представления метеорологической информации и прогноза погоды.

Программный комплекс ГИС Метео состоит из геоинформационной системы, ее различных компонент, метеорологической базы данных, отдельных приложений, а также из многочисленных технологических средств сбора и распространения данных. ГИС Метео позволяет организовать с малым штатом сотрудников высокоэффективную технологию оперативного гидрометеорологического обеспечения при очень малых затратах на ее эксплуатацию.

ГИС Метео строит карты с оперативной метеорологической информацией, поступающей со всего земного шара. По данным различных гидродинамических моделей прогноза погоды, рассчитываемых в метеорологических центрах России (в городах Москва, Новосибирск), Великобритании (Рединг, Эксетер), США (Вашингтон), Германии (Оффенбах), создаются карты с прогностическими параметрами различной заблаговременности (до 168 ч); по заранее подготовленному сценарию ГИС Метео автоматически или в интерактивном режиме создает многочисленные слои информации на фоне географической карты любого масштаба. Такое совмещение слоев на мониторе компьютера позволяет осуществлять «безбумажную» технологию работы синоптика по анализу и прогнозу погоды.

Осуществление оперативной работы в технологии ГИС Метео происходит с помощью автоматизированных рабочих мест — индивидуальных комплексов технических и программных средств, предназначенных для автоматизации работы специалистов: синоптика, авиационного синоптика, радиометеоролога и т.д.

Программный комплекс ГИС Метео, помимо профессионального применения в качестве основного инструмента метеоролога, используется для визуализации развития глобальной погоды. Так, практически все центральные телевизионные каналы при демонстрации блока прогноза погоды используют анимации, выполненные с помощью ГИС Метео. И немного найдется людей, кто не заглядывал бы на сайт, разработанный специалистами МэпМейкер, на котором представлен большой ассортимент метеорологической продукции: от прогноза погоды разной заблаговременности для городов России и зарубежья, до прогностических карт погоды.

Составление прогнозов

ГИС - технологии позволяют оптимально сочетать статистическую обработку огромных объёмов информации, размещаемой на ftp‑сервере Гидрометцентра как данные реанализа любой метеорологической величины на нужном уровне и проводить быструю визуализацию благодаря наложению на бланк географический карты нужной проекции определённые слои: слой 1 – значения давления или геопотенциала в узлах регулярной сетки, слой 2 – изолинии данной метеовеличины. Применение ГИС позволило несколько изменить саму технологию составления прогноза. Суть этих изменений в следующем. Если раньше визуально подобрав эталон прогнозируемой синоптической ситуации и его аналог специалист‑долгосрочник пользовался ими на протяжении довольно большого периода – пять, десять, пятнадцать, а то и более лет, то оказывалось, что по истечении какого‑либо промежутка времени выявленные эталоны и аналоги «не работали», т. е. найденные зависимости исчезали. Эта особенность связана с регулярными перестройками атмосферной циркуляции, которая происходит ритмически, но не за вполне определённые промежутки времени, т. е. имеет «скользящие» начало и конец.

Поиск новых аналогов опять занимал уйму времени, что отрицательно отражалась в прогностической практике. ГИС - технологии позволяют оптимизировать процесс поиска аналогов и применить «скользящий» подбор аналога – по-прошествии одного срока (года, месяца – в зависимости от интервала прогнозирования) происходит добавление полей настоящего периода, а самых ранних – исключение. Таким образом повышается оправдываемость долгосрочных прогнозов погоды. Предварительные расчёты показали улучшение оправдываемости на 1–3%.

При регулярном составлении прогнозов хода элементов погоды в течение месяца выявилась необходимость разработки фоновых прогнозов. В таком прогнозе указывается общий температурно-влажностный режим месяца: экстремально‑тёплый, экстремально‑холодный, нормальный, сухой, влажный. На каждом определённом фоне рассчитанные экстремумы проявляются по-разному.

Составление фоновых прогнозов также удалось внедрить на основе ГИС ‑ технологий. В результате статистической обработки и визуализации результатов наложением слоёв на географическую основу получены цепочки состояний, или ансамбли полей, приводящих к осуществлению тех или иных явлений.

Прогноз синоптического положения обычно выдают в виде карт, которые называются прогностическими, или будущими картами. На этих картах дают ожидаемое барическое поле у поверхности моря и положение фронтов.

Обычно прогностические карты погоды строят на 12, 18, 24, 36, и 72 ч вперед от срока наблюдений, для которого составлена исходная синоптическая карта.

Построение карты заключается в выполнении ряда операций: определение будущего положения центров циклонов и антициклонов, а также осей ложбин и гребней; нахождение будущего положения фронтов; установление возможной эволюции барических образований и расчет будущих значений давления в центрах циклонов и антициклонов, у осей ложбин и гребней и в некоторых географических точках; проведение изобар. Основой для проведения этих операций служат общие принципы и отдельные правила прогноза возникновения, перемещения и эволюции циклонов и антициклонов, фронтов и воздушных масс, некоторые из которых приведены в предыдущих главах. По карте будущего синоптического положения можно судить об общем характере погоды, так как она тесно связана с синоптическими объектами, представленными на прогностической карте.

После выявления исходных условий погоды, связанных с положением и интенсивностью циклонов и антициклонов, фронтов, состоянием воздушных масс, составляется прогноз метеорологических элементов и явлений, т. е. осуществляется второй этап составления прогноза погоды.

Прогноз составляют одновременно, комплексно, для ряда метеорологических элементов, так как величина и ход того или иного элемента тесно связаны с другими элементами. Например, чтобы правильно дать прогноз облачности, надо знать ожидаемые значения температуры и влажности. В то же время, не зная прогноза количества облачности, трудно предвидеть суточный ход температуры и т. д.

При прогнозе отдельных метеорологических элементов учитывают весь комплекс правил и приемов, имеющихся в распоряжении прогнозиста-синоптика, причем в ходе составления прогноза учитывают, как указывалось в начале настоящего параграфа, не только эволюцию синоптических объектов, но и влияние местных условий, времени года и суток на ход метеорологических элементов.

Долгосрочные прогнозы погоды составляют на три дня, декаду, месяц и сезон.

Задача предвидения погоды на длительные сроки весьма сложна, отсюда точность этих прогнозов несколько ниже, чем краткосрочных, но эффективность значительна. Известно, что неблагоприятные гидрометеорологические условия могут наносить народному хозяйству существенные материальные убытки. Однако эти потери в значительной мере предотвращаются долгосрочными прогнозами погоды. Последние находят широкое применение в ряде отраслей народного хозяйства при планировании сроков проведения важных народнохозяйственных мероприятий.

При составлении долгосрочных прогнозов приходится учитывать большой и сложный комплекс условий, связанных с процессами в тропосфере и стратосфере, теплообменом между океанами и материками, взаимодействием атмосферы и подстилающей поверхности и т. д., причем к анализу необходимо привлекать не ежедневные атмосферные процессы (ежедневные карты погоды), а процессы за более длительный промежуток времени, т. е. пользоваться средними и сборными картами.

Основная методика долгосрочных прогнозов погоды базируется на изучении центров действия атмосферы и воздействия вхождений полярных воздушных масс в умеренные широты. При составлении прогнозов применяется прием подбора аналогов, т. е. выбирают и анализируют случаи за прошедшие годы, когда начальные условия циркуляции были сходны с начальными условиями данного периода, а также сходство с дальнейшим развитием процессов. Это позволяет судить на основе аналога о возможном характере погоды в прогнозируемом периоде.

Используют многие другие методы и приемы, основанные, в частности, на типизации процессов в атмосфере, закономерностях ритмичности циркуляции, связях между интенсивностью циркуляции над полушарием и погодой в определенном районе земного шара, между атмосферными процессами и солнечной деятельноcтью и т.д.

Польза прогнозирования погоды

Метеорологический центр (DTN) в Миннеаполисе, шт. Миннесота, в режиме реального времени получает прогнозы погоды с более чем 8 000 наземных метеостанций со всего мира, а также данные доплеровского радара и информацию из других источников. Каждые 5 минут он создает мозаичное изображение выпадающих осадков по всей стране. Проводится удаление помех от наземных препятствий и за счет аномалий распространения радиоволн, затем радиолокационные данные обрабатываются и вводятся в систему.

Данные о погоде распространяются среди клиентов центра во всем мире через несколько спутников связи. На клиентских местах установлено интегрированное программно-аппаратное решение, управляющее потоком постоянно поступающих данных о погоде, позволяющее напрямую преобразовать эти данные в форматы шейп-файла (точки и полигоны), и/или в формат TIFF с пространственной привязкой.

DTN также предлагает через Географическую Сеть данные о погоде по наблюдениям с помощью радара высокого разрешения, данные наземных наблюдений, оценки интенсивности выпадения осадков, климатические данные.

Многие секторы рынка получают дополнительные преимущества от использования данных о погоде в своих системах работы с пространственной информацией. И эти усилия приостанавливают создание новых приложений. Шон Труэльсон, директор по ГИС индустрии компании DTN, заявляет, что возможные варианты применения такой технологии поистине безграничны. "Люди могут видеть, что реально происходит с погодой в интересующем их месте. Например, страховые компании могут посмотреть, какие атмосферные фронты или шторма приближаются к району их деятельности, увидеть какие их клиенты могут быть затронуты, заранее провести оценки и расчеты возможного ущерба застрахованной у них собственности".

Интеграция оперативной информации о погоде в основанные на ГИС системы управления транспортными потоками может помочь транспортным организациям и компаниям заблаговременно предпринять или запланировать необходимые меры. Измерение интенсивности и скорости движения транспортных средств, ремонт и содержание автодорог, планирование маршрутов передвижения, оценка расхода горючего, обеспечение безопасности на дорогах становятся более точными, когда руководители, диспетчерские и другие службы используют ГИС для выявления участков транспортных систем, на которые может в наибольшей степени повлиять изменение погодных условий.

Непрерывный в режиме реального времени доступ к данным о параметрах атмосферных фронтов и вихрей, включая скорость и направление движения, интенсивность развития, наличие и размер градин, появление и активность торнадо критически важен для агентств по чрезвычайным ситуациям. ГИС- данные о погоде могут поддерживаться в моделирующих программах, обеспечивающих поддержку принятия руководящих решений в случае угрозы и при возникновении чрезвычайной ситуации, что позволяет повысить эффективность принимаемых мер и сократить время реагирования при наступлении угрожающей погодной ситуации. После добавления к этим данным слоев данных по населению, транспортным сетям, зданиям и сооружениям появляется возможность выявить наиболее опасные для людей участки. Машины спасательных служб могут быть направлены в объезд зон затопления или по неповрежденным улицам и дорогам. Еще до подхода штормов можно будет оповестить больницы, школы, жителей в пределах наиболее опасных участков о грозящей угрозе, заблаговременно провести необходимые подготовительные мероприятия.

Данные о погоде также критически важны для моделирования распространения токсичных веществ и других опасных материалов в случае их случайного выброса в атмосферу или при террористическом акте. Ввод данных о текущих местных синоптических параметрах в модели расчета распространения облака загрязнения обеспечит намного более точный прогноз, чем в случае использования общих региональных климатических характеристик.

Специалисты сельского хозяйства, полагающиеся на точные прогнозы погоды при оптимизации полевых работ, могут отображать и анализировать подготовленные для использования в ГИС данные. На основе координатно привязанной в ГИС информации о погоде можно составить точные карты и рассчитать синоптические параметры для конкретных земельных угодий. Картирование количества выпадающих осадков на основе радарных наблюдений вместо использования стандартных осадкомеров позволяет специалистам сельского хозяйства достаточно просто количественно оценить пространственные и временные вариации количества атмосферных осадков.

Детальные прогнозы погоды важны и в деятельности электрических компаний. Прогнозные данные, полученные на основе модельных расчетов в Национальном центре прогнозирования окружающей среды, доступны в растровых форматах. Эти данные можно использовать для анализа взаимосвязей между потреблением электроэнергии, взвешенным по плотности населения и промышленного развития, и прогнозной температурой воздуха, чтобы более точно оценить вероятную нагрузку в сети. Более реалистичные прогнозы потребления электроэнергии могут помочь избежать критических ситуаций в электроснабжении, позволяют электрическим компаниям с выгодой для себя продавать и покупать излишки электроэнергии, более эффективно распределять ее по сети.

Эта информация поможет операторам электросетей выявить возможные причины возникших проблем, а также участки сетей с опасностью поражения молниями. Для спасательных служб эта информация может оказаться полезной для конкретизации расчетов опасности ударов молний при проведении массовых мероприятий на открытом воздухе, хранилищ горючих материалов и других важных объектов.

В сфере здравоохранения хорошим примером является Multidata, консалтинговая фирма в области охраны окружающей среды, специализирующаяся на изучении взаимосвязей между погодными условиями, климатом и биологическим составом атмосферы. Компания использует ГИС данные о погоде при составлении прогнозов содержания пыльцы в атмосфере для крупных фармацевтических компаний и для средств массовой информации. "Они составляют отчеты по данным своих станций сбора пыльцы, проводят расчеты по модели, выявляют взаимосвязи с погодными условиями и оперативно выдают прогнозы разной заблаговременности", - говорит Труэльсон.

Внедрение данных о погоде в мощную среду ГИС анализа и визуализации позволяет пользователям делать вещи и достигать результатов, о которых раньше можно было только мечтать. Возможные сферы приложения тут поистине бесконечны.

Заключение

Современному обществу без ГИС-технологий не обойтись. Без них невозможно построение экономики и ведение современного хозяйства. Тенденции в мире таковы, что необходима возможность во времени управлять огромной базой пространственных данных, а для этого необходимы ГИС. До недавнего времени эту задачу было сложно решить, т.к. был малый банк данных, ограничивался доступ получения пространственных данных о земле (космоснимки). Но в последние несколько лет ситуация изменилась в лучшую сторону и с появлением новых технологий, ГИС поднимаются на ступень выше. Это позволяет внедрять ГИС в новые сферы жизнедеятельности общества.

Основное направление использования ГИС это – жизнедеятельность. ГИС работает с пространственными объектами и данными, это позволяет осуществлять множество операций по выявлению закономерностей, проводить анализ, учет, прогноз, и непосредственно графически отображать результаты обработки. Таким образом геоинформационные системы являются системой способствующей решению управленческих и экономических задач на основе средств и методов информатизации, т.е. способствующей процессу информатизации общества в интересах прогресса.

Узконаправленное использование ГИС в земельном кадастре, сельском хозяйств в управлении территориальным развитием, позволило улучшить работу в этих сферах, дало новые возможности для мониторинга и прогнозирования, снизило процент ошибок в работе с картографическими материалами. Подводя итог, следует констатировать, что ГИС в настоящее время представляют собой современный тип интегрированной информационной системы, применяемой в разных направлениях. Она отвечает требованиям глобальной информатизацией общества.

Можно с уверенностью сказать что роль ГИС на сегодняшний день очень велика и что с развитием общества эти технологии будут все дальше развиваться и проникать в различные сферы нашей жизни.

Список литературы

1. Морозова С. В. Об автоматизации процесса долго- срочного прогнозирования погоды // Географические ис- следования в Саратовском государственном университете. Саратов, 2008. С. 192–196.

2. Полянская Е. А., Морозова С. В., Пужлякова Г. А., Фетисова Л. М. К вопросу обобщения гидрометеоро- логической информации // Изв. Сарат. ун-та. 2004. Т. 4, Вып. 1–2. С. 157–161.

3. Журкин И. Г., Шайтура С. В. Геоинформационные системы. — Москва: Кудиц-пресс, 2009. — 272 с.