Программа для сбора и анализа метеорологических параметров

Спрогнозировать состояние атмосферы в определенном месте и в определенное время достаточно сложно. Предвидит точные изменения метеорологических параметров, заметить тонкие изменения в климате практически невозможно, поэтому для решения подобных задач используются современные информационные технологии – благодаря, которым появляется возможность разработать прогноз погодных условий на несколько дней, недель, месяцев в перед.

Чаще всего для решения серьезным метеорологических задач используются суперкомпьютеры, решить задачи локально плана, например расчета метеорологических параметров в конкретной заданной точки, тем самым выполнить задачи составления сверхточного, краткосрочного и среднесрочного прогноза погоды.

На сегодняшний день в Интернете существует огромное количество ресурсов, которые предоставляют доступ к различным метеопараметрам, но к сожалению не все ресурсы выдают достоверную информацию. Погрешность прогноза варьируется в зависимости от его типа. Был выполнен анализ наиболее популярных источников прогноза погоды.

Таблица 1. Сравнительная таблица источников прогноза погоды

Срок
прогноза

Источники прогноза

GFS Sinoptic Gismeteo Meteo
blue
Rp5.ru Meteo Accu
weather
1 день 64% 72 % 63 % 66 % 63 % 72 % 61 %
2 дня 97% 87 % 76 % 91 % 91 % 77 % 90 %
3 дня 75% 85 % 76 % 73 % 74 % 68 % 57 %
5 дней 68% 17 % 31 % 74 % 39 % 16 % 60 %
10 дней 86% 85 % 22 % 71 % 52 %
Среднее 78% 69 % 54 % 76 % 67 % 61 % 64 %

Исходя из результатов анализа, можно видеть, что наиболее достоверную информацию о погодных параметрах выдает система GFS.

GFS (Global Forecast System)  метеорологическая модель создана американским государственным агентством «Национальные Центры для Предсказания Окружающей Среды», которое является структурным подразделением национального управления океанических и атмосферных исследований США. GFS модель обновляется четыре раза в день, тем самым позволяет получать наиболее актуальные данные.

На основе результатов анализа была разработана программа для сбора и анализа метеорологических параметров. Исследуя систему GFS было выявлено, что система не предоставляет ряд параметров, например, точку расы, ветро-холодовой индекс, определение нижней границы облаков и пр. Поэтому на базе литературных источников были найдены формы для расчета вышеперечисленных параметров.

Точка росы 

Точка росы – температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг границы насыщения, иными словами, чтобы относительная влажность газа при этом составляла 100%. Дальнейший приток водяного пара или охлаждение воздуха вызывает образование конденсата. При положительных температурах – росы, при отрицательных – инея, льда или снега.

Точка росы была рассчитана по следующей формуле:

Формула точки росы

где a = 17.27, b = 237.7, ln – натуральный логарифм, RH – относительная влажность воздуха в долях единицы, Tp – точка росы.

Ветро-холодовой индекс

Ветро-холодовой индекс – способ измерения жёсткости погоды, то есть субъективного ощущения человека при одновременном воздействии на него мороза и ветра. Иными словами, на морозе при ветре всегда холоднее, чем на морозе в безветренную погоду. Формула расчета ветро-холодового индекса имеет следующий вид:

Формула ветро-холодового индекса

где Twc – ветро-холодовый индекс, в градусах Цельсия, Ta – температура воздуха, V – скорость ветра в километрах в час.

Нижняя граница облаков

В зависимости от нее можно разделить облачность на 3 яруса (нижний, средний и верхний).

Границы облаков

К нижнему ярусу относится (примерно до высоты 2 км): слоистая (могут выпадать осадки в виде мороси), слоисто-дождевая(обложные осадки), слоисто-кучевая (в авиационной метеорологии также отмечаются разорвано-слоистая и разорвано-дождевая) облачность.

Средний ярус (примерно от 2 км до 4-6 км): высоко-слоистая и высоко-кучевая. Верхний ярус: перистая, перисто-кучевая, перисто-слоистая облачность. Для определения нижней границы облаков используется формула Ферреля, которая имеет следующий вид:

Формула Ферреля

На основе математических формул и данных полученных  с помощью HTTP-запросов к модели GFS, была разработана программа, которая обладает следующими особенностями:

  • функция, позволяющая заблаговременно предупредить об опасных погодных явлениях. Программа содержит раздел со штормовыми предупреждениями на 3 дня. Для использования данной функции, необходимо указать исследуемую точку координат (широту и долготу);
  • функции аналитики, с помощью которых можно посмотреть среднее, минимальное и минимальное значение метеопараметров, представление данных в виде диаграмм и графиков;
  • функция сбора и вывода позволяют узнавать прогноз температуры, облачности, осадков, давления, влажности, скорости и направления ветра, вероятности грозы и тумана и др. Предоставление прогноза на 7 дней, с шагом в 3 часа;
  • функции демонстрации параметров в виде стандартного режима (в виде датчиков и текстовых меток) и табличном режиме;
  • функции экспорта данных в excel, xml.

Скриншот программы продемонстрирован ниже (разработчик Константин Грицько, группа разработчика в ВК):

Программа для сбора метео-параметров

В перспективе планируется внедрить функцию выбора точки координат на основе использования карт Google Maps.

На сегодняшний день, программа позволяет получать и рассчитывать метеорологические параметры на основе указанных координат местности (широты и долготы).