По книге А. А. Васильева    
и Р. М. Вильфанда «Прогноз погоды»    
и по книге П. Д. Астапенко «Вопросы о погоде»    

   Атмосфера – безбрежный воздушный океан планеты Земля

Атмосфера – неотъемлемая часть природной среды планеты Земля. Она окружает весь земной шар и состоит из смеси различных газов, называемой воздухом. В газовый состав атмосферы входят главным образом азот (~78%) и кислород (~21%). Доля остальных газов (углекислый газ, аргон, неон, радон, криптон, гелий, ксенон, водород, метан, окись азота и озон) составляет примерно 1 %. В воздухе находятся также частички пыли, капли воды, кристаллы льда и другие включения, называемые обычно аэрозолями. Они попадают в атмосферу как естественным образом (вследствие ветровой эрозии, извержения вулканов), так и в результате деятельности человека. Газы, входящие в состав атмосферы, имеют определенную плотность и поэтому оказывают на каждый квадратный сантиметр земной поверхности давление, равное массе воздуха. Именно поэтому человек физически ощущает на себе изменение давления, связанное с изменением погоды.

По мере удаления от поверхности земли атмосферное давление снижается. Благодаря сжимаемости воздуха понижение давления с высотой происходит неравномерно. Так, в слое до высоты 5 км находится примерно половина массы атмосферы, а до высоты 10 км – около 3/4.

Из-за уменьшения плотности воздуха с высотой атмосфера не имеет чёткой верхней границы и постепенно переходит в межпланетное пространство. Следы некоторых лёгких газов обнаружены даже на высоте несколько тысяч километров.

Если бы атмосфера была неподвижной, то наиболее тяжёлые газы и аэрозоли размещались бы ближе к земной поверхности, а наиболее лёгкие – выше. Однако непрерывное движение воздуха в атмосфере способствует перемешиванию газов и постоянству его состава, кроме самых верхних слоёв. Из-за постоянного движения (циркуляции атосферы) его можно считать международной собственностью, в отличие от воздушного пространства – собственности национальной.

   Развитие циклона умеренных широт.

	1. холодная и тёплая воздушные массы разделены стационарной линией фронта
	2. холодный воздух надвигается на тёплую воздушную массу, в точке пониженного давления формируется волна
	3. холодный воздух продолжает движение к тёплому воздуху, подтекая под него, поэтому более лёгкий воздух перед холодным воздухом поднимается вверх и заполняет центр низкого давления взамен ушедшего холодного, давление в центре циклона понижается (циклон углубляется)
	4. холодный воздух, как более тяжёлый, перемещается примерно в два раза быстрее тёплого, поэтому холодный фронт догоняет тёплый, а тёплый воздух перед тёплым фронтом ещё более «углубляет» циклон (циклон достигает максимального развития)
	5. холодный фронт догоняет тёплый, вытесняя полностью тёплый воздух от земной поверхности в более высокие слои; фронты смыкаются и образуется так называемый фронт окклюзии
	6. у поверхности земли остаётся только заполненный холодным воздухом циклон, вращающийся по инерции против часовой стрелки, а после его исчезновения снова образуется поверхность раздела между холодной и тёплой воздушными массами, но с гораздо меньшими горизонтальными градиентами температуры

холодный воздух      тёплый воздух      
холодный фронт      тёплый фронт      фронт окклюзии

   Как рассчитывают модель поведения атмосферы?

Система уравнений, определяющая поведение атмосферы, очень сложна и нелинейна. Для расчёта прогноза необходимо решить следующие основные уравнения:
- состояния сухого воздуха, определяющего соотношение между давлением, плотностью и температурой воздуха;
- горизонтального движения воздуха, определяющего характер изменения ветра в зависимости от градиента давления, силы трения и силы Кориолиса, связанной со скоростью вращения поверхности Земли и влияющей на атмосферу;
- гидростатики, описывающее взаимоотношение между плотностью воздуха и изменением давления с высотой;
- термодинамики, которое определяет изменение температуры в поднимающемся воздухе, нагрев солнечной радиацией, турбулентный обмен и др.;
- непрерывности для сухого воздуха, позволяющее определить вертикальную скорость и изменения давления у поверхности Земли;
- непрерывности для влажности, которое учитывает, что содержание влаги в объёме воздуха остаётся постоянным, за исключением потери её вследствие выпадения осадков и конденсации.

Физические процессы, учитываемые современными глобальными моделями
(Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды – ЕЦСПП)

   Всемирная метеорологическая организация

Космические компоненты Глобальной системы наблюдений ВМО.

   Классификация метеорологических прогнозов в зависимости от их заблаговременности