Vytisknout tuto stránku

Algoritmus přepočtu meteorologické zprávy METCM do formátu METEO-STŘEDNÍ

Autoři:
 Jednou z překážek k dosažení interoperability dělostřelectva AČR s ostatními armádami NATO je používání nestandardizovaného formátu meteorologické zprávy METEO-STŘEDNÍ (METEO-11). Přechod k výhradnímu používání standardizovaných formátů meteorologických zpráv METCM a METB3 by vyžadoval poměrně složité přepracování stávajících tabulek střelby a postupů výpočtů prvků pro střelbu. V současné době se jako nejvýhodnější způsob jeví meteorologickou zprávu ve standardizovaném formátu, kterou dělostřelectvo AČR získá například od meteorologické jednotky jiného státu NATO, přepočítat do formátu METEO-11. Tyto přepočty se však u dělostřelectva AČR neprovádí, neboť doposud nebyly stanoveny jejich postupy. V článku je rozebrán možný postup přepočtu meteorologické zprávy METCM do formátu METEO-11.

Další informace

  • ročník: 2014
  • číslo: 2
  • stav: Recenzované / Reviewed
  • typ článku: Přehledový / Peer-reviewed

 

Článek je dostupný pouze na internetových stránkách časopisu 

Autoři, název článku

npor. Ing. Karel Šilinger, Ph.D., prof. Ing. Ladislav Potužák, CSc., Ing. Jiří Šotnar

Algoritmus přepočtu meteorologické zprávy METCM do formátu METEO-STŘEDNÍ

Jak citovat tento článek / How to Cite this Article

Šilinger, Karel, Potužák, Ladislav, Šotnar Jiří, Algoritmus přepočtu meteorologické zprávy METCM do formátu METEO-STŘEDNÍ, Vojenské rozhledy, 2014, roč. 23 (55), č. 2,  ISSN 2336-2995 (on line), dostupné z http://www.vojenskerozhledy.cz/kategorie/algoritmus-prepoctu-meteorologicke-zpravy-metcm-do-formatu-meteo-stredni.

 1. Úvod

V Severoatlantické alianci NATO se při výpočtu prvků pro střelbu dělostřelectva používají dva standardní druhy meteorologických zpráv – standardní dělostřelecká počítačová zpráva METCM a standardní balistická zpráva METB3. Meteorologická zpráva METCM se používá při přípravě prvků pro střelbu s použitím automatizovaného systému řízení palby a METB3 při náhradním (ručním) způsobu určování prvků pro střelbu.

Dělostřelectva jednotlivých států NATO musí být schopna si navzájem poskytovat meteorologické zprávy. Kompatibility jednotlivých států NATO v používání stejných formátů meteorologických zpráv je v současné době dosaženo pouze u meteorologické zprávy METCM. Při ručním výpočtu prvků pro střelbu dělostřelectva některých armád NATO stále využívají nestandardizovaný formát meteorologické zprávy METEO-11. Meteorologická zpráva METEO-11 je navíc sestavována pro odlišný model standardní atmosféry (původem sovětský) a využívají ji zejména armády bývalé Varšavské smlouvy (Česká republika, Slovenská republika, Rumunsko, Polsko, Maďarsko aj.). Přechod k výhradnímu používání standardních meteorologických zpráv není u těchto států často možný (z důvodu zavedených zbraňových systémů a jejich tabulek střelby, vzhledem k implementovaným postupům výpočtu prvků pro střelbu, z ekonomických důvodů apod.).

Jestliže dělostřelectvo, které používá formát meteorologické zprávy METEO-11, nebude moci z různých důvodů realizovat vlastní komplexní sondování atmosféry, může mu být poskytnuta meteorologická zpráva METCM od dělostřelectva jiné armády. Pokud nemůže provést výpočet prvků pro střelbu pomocí automatizovaného systému řízení palby, musí být schopné meteorologickou zprávu METCM transponovat (přepočítat) do formátu METEO-11. Postup tohoto přepočtu však nebyl doposud definován.

Navržený postup přepočtu meteorologické zprávy METCM do formátu METEO-11 zahrnuje přepočet záhlaví meteorologické zprávy, přepočet meteorologických údajů v meteorologické zprávě METCM na měrné jednotky používané v meteorologické zprávě METEO-11, přepočet přízemních hodnot meteorologických údajů, přepočet meteorologických údajů z jednotlivých zón meteorologické zprávy METCM do příslušných výšek nad dělostřeleckou meteorologickou stanicí (DMS) a výpočet středních hodnot meteorologických údajů v jednotlivých standardních vrstvách [1] meteorologické zprávy METEO-11.

Postup přepočtu meteorologické zprávy METCM do formátu METEO-11 je možné rozdělit do tří na sebe navazujících částí:

  1. přepočet záhlaví meteorologické zprávy;
  2. přepočet přízemních hodnot meteorologických údajů;
  3. výpočet středních hodnot meteorologických údajů v jednotlivých standardních vrstvách.

2. Přepočet záhlaví meteorologické zprávy

Záhlaví meteorologické zprávy METCM se skládá z následujících znaků: METCMQ LALALAL0L0L0 YYG0G0G0G hhhPdPdPd, kde:

METCM je označení meteorologické počítačové zprávy;

Q je označení zemského oktantu;

LALALA je zeměpisná šířka středu oblasti platnosti v desítkách, jednotkách a desetinách stupně;

L0L0L0 je zeměpisná délka středu oblasti platnosti v desítkách, jednotkách a desetinách stupně. Pro zeměpisné délky 100 až 180° včetně se stovkové číslice vynechávají;

YY je den měsíce, ve kterém začíná platnost meteorologické zprávy;

G0G0G0 je světový čas GMT počátku časového intervalu platnosti v desítkách, jednotkách a desetinách hodiny, přičemž se používá 24 hodinový interval od 000 do 239;

G je doba platnosti meteorologické zprávy v hodinách od 1 do 8 hodin. Kódové
číslo 9 označuje dobu platnosti zprávy 12 hodin;

hhh je nadmořská výška stanoviště DMS v desítkách metrů;

PdPdPd je tlak vzduch v úrovni DMS vyjádřený v jednotkách milibarů. Je-li tlak vzduchu 1000 a více milibarů, číslice tisíc se vynechává.

Záhlaví meteorologické zprávy METEO-11 se skládá z následujících znaků:

METEO-11ČČ-DDHHM-VVVV, kde:

METEO-11 je označení meteorologické zprávy METEO-11;

ČČ je číslo meteorologické jednotky, která zprávu sestavila;

DD je den ukončení sondování (bez udání měsíce);

HH je hodina ukončení sondování;

M jsou desítky minut času ukončení sondování;

VVVV je nadmořská výška stanoviště DMS v metrech.

Přepočet záhlaví meteorologické zprávy METCM do formátu METEO-11 se provede podle následujících pravidel:

  1. označení meteorologické zprávy METEO-11 je vždy stejné, a to „METEO-11";
  2. ČČ – není možné ze znaků meteorologické zprávy METCM získat, a proto je nutné jej vždy doplnit ručně;
  3. DD – odpovídá údaji YY v meteorologické zprávě METCM;
  4. HH – odpovídá prvním dvěma znakům údaje G0G0G0 v meteorologické zprávě METCM;
  5. M – odpovídá třetímu znaku údaje G0G0G0 v meteorologické zprávě METCM. Desetiny hodin se přepočítají na desítky minut podle vztahu:

Pozuzak 01

 

f. VVVV – odpovídá údaji hhh v meteorologické zprávě METCM. Pro získání nadmořské výšky stanoviště DMS v metrech se údaj hhh vynásobí 10:

Pozuzak 02

 

3. Přepočet přízemních hodnot meteorologických údajů

Přízemní hodnoty meteorologických údajů jsou v meteorologické zprávě METCM uvedeny v řádku (zóně) 00, který se skládá z následujících znaků: 00dddFFFTTTTPPPP, kde:

00 označuje řádek ve zprávě (kód zóny 00);

ddd je směrník, ze kterého směřuje vektor větru (odkud vítr vane), vyjádřený v desítkách mils. Kóduje se od 001do 640. Kód 000 znamená, že rychlost větru je 0;

FFF je rychlost větru vyjádřená v jednotkách uzlů;

TTTT je virtuální teplota vzduchu vyjádřená v desetinách stupně Kelvina;

PPPP je tlak vzduchu vyjádřený v jednotkách milibarů. Pro zónu 00 je stejný jako údaj PdPdPd (uvedený v záhlaví meteorologické zprávy METCM).

Přízemní hodnoty meteorologických údajů jsou v meteorologické zprávě METEO-11 vyjádřeny následujícími znaky: B0B0B0T0T0, kde:

B0B0B0 je změna přízemního tlaku vzduchu vzhledem k tabulkové [2] v nadmořské výšce DMS v Torrech;

T0T0 je změna přízemní virtuální teploty vzduchu vzhledem k tabulkové ve stupních Celsia.

Přepočet přízemních hodnot meteorologických údajů z meteorologické zprávy METCM do formátu meteorologické zprávy METEO-11 se provede následovně:

a. B0B0B0 se přepočítá z údaje PPPP ze zóny 00 (nebo z údaje PdPdPd) tak, že se nejprve se určí pomocná hodnota změny přízemního tlaku vzduchu vzhledem k tabulkové (B0B0B0) podle vztahu:

Pozuzak 03

 

kde PPPP00 je tlak vzduchu v zóně 00 (v nadmořské výšce DMS).

Hodnota se pak určí podle vztahu:

Pozuzak 04

 

Výsledek B0B0B0 se zaokrouhlí na 1 Torr.

 

b. T0T0 se přepočítá z údaje TTTT ze zóny 00 tak, že se nejprve určí pomocná hodnota změny přízemní virtuální teploty vzduchu vzhledem k tabulkové (T0T0) podle vztahu:

Pozuzak 05

kde TTTT00 je virtuální teplota vzduchu v nadmořské výšce DMS (zóna 00) v desetinách stupně Kelvina, 273,15 je teplota vzduchu v Kelvinech, která odpovídá 0 °C.

Hodnota T0T0 se pak určí podle vztahu:

Pozuzak 06

Výsledek T0T0 se zaokrouhlí na 1 °C.

4. Výpočet středních hodnot meteorologických údajů

Meteorologické údaje v jednotlivých zónách jsou v meteorologické zprávě METCM uvedeny v příslušných řádcích zprávy, které se skládají z následujících znaků: ZZdddFFFTTTTPPPP, kde:

ZZ je číslo řádku, označující kód zóny (viz tabulka 1);

ddd je směrník, ze kterého směřuje vektor středního větru (odkud vítr vane), vyjádřený v desítkách mils. Kóduje se od 001 do 640. Kód 000 znamená, že rychlost větru je 0;

FFF je rychlost středního větru vyjádřená v jednotkách uzlů;

TTTT je střední virtuální teplota vzduchu vyjádřená v desetinách stupně Kelvina;

PPPP je tlak vzduchu vyjádřený v jednotkách milibarů.

Virtuální teplota vzduchu, směrník větru a rychlost větru jsou v meteorologické zprávě METCM od zóny 01 udávány jako střední hodnoty dané zóny. Proto byl přijat předpoklad, že tyto střední hodnoty meteorologických údajů odpovídají meteorologickým údajům ve středních výškách jednotlivých zón (viz tabulka 1). Průběh virtuální teploty větru, směrníku větru a rychlosti větru je tedy v rozmezí od dolní do horní hranice příslušné zóny lineární.

Tlak vzduchu v příslušných výškách nad DMS se při výpočtu prvků pro střelbu dělostřelectva neuvažuje (jeho vliv je zahrnut ve virtuální teplotě vzduchu), a proto jeho přepočet není v tomto přepočtu meteorologické zprávy METCM do formátu METEO-11 definován.

Tabulka 1: Výškové rozsahy jednotlivých zón meteorologické zprávy METCM

Kód zóny

Výška nad DMS [m]

Střední výška zóny[m]

Kód zóny

Výška nad DMS [m]

Střední výška zóny [m]

01

0 - 200

100

14

14 000-16 000

15 000

02

200 - 500

350

15

16 000-18 000

17 000

03

500 - 1 000

750

16

18 000-20 000

19 000

04

1 000 - 1 500

1 250

17

20 000-22 000

21 000

05

1 500 - 2 000

1 750

18

22 000-24 000

23 000

06

2 000 - 3 000

2 500

19

24 000-26 000

25 000

07

3 000 - 4 000

3 500

20

26 000-28 000

27 000

08

4 000 - 5 000

4 500

21

28 000-30 000

29 000

09

5 000 - 6 000

5 500

22

30 000-32 000

31 000

10

6 000 - 8 000

7 000

23

32 000-34 000

33 000

11

8 000 - 10 000

9 000

24

34 000-36 000

35 000

12

10 000-12 000

11 000

25

36 000-38 000

37 000

13

12 000-14 000

13 000

26

38 000-40 000

39 000

 

Meteorologické údaje v jednotlivých standardních vrstvách jsou v meteorologické zprávě
METEO-11 uvedeny (kódovány) pomocí následujících znaků: hhTTSSRR, kde:

hh je kód standardní vrstvy ve:

    • stovkách metrů do standardní vrstvy 80 (8 km),
    • v kilometrech od standardní vrstvy 10 (10 km);

TT je střední změna virtuální teploty vzduchu vzhledem k tabulkové;

SS je směrník středního větru (odkud vítr vane) ve stovkách dílců;

RR je rychlost středního větru v metrech za sekundu.

Střední změna virtuální teploty vzduchu vzhledem k tabulkové odpovídá celému výškovému rozsahu od DMS po střední výšku příslušné standardní vrstvy (viz tabulka 2).

Směrník středního větru a rychlost středního větru odpovídají celému výškovému rozsahu od úrovně DMS po horní hranici (strop) příslušné standardní vrstvy (viz tabulka 2).

Tabulka 2: Výškové rozsahy jednotlivých standardních vrstev meteorologické zprávy METEO-11

Kód vrstvy

Výška nad DMS [m]

Střední výška vrstvy [m]

Kód vrstvy

Výška nad DMS [m]     

Střední výška vrstvy [m]

02

0 - 200

100

40

3 000-4 000

3 500

04

200 - 400

300

50

4 000-5 000

4 500

08

400 - 800

600

60

5 000-6 000

5 500

12

800 - 1 200

1 000

80

6 000-8 000

7 000

16

1 200 - 1 600

1 400

10

8 000-10 000

9 000

20

1 600 - 2 000

1 800

12

10 000-12 000

11 000

24

2 000 - 2 400

2 200

14

12 000-14 000

13 000

30

2 400 - 3 000

2 700

18

14 000-18 000

16 000

 

Pro jednotlivé standardní vrstvy meteorologické zprávy METEO-11 se vypočítají:

  1. střední změny virtuální teploty vzduchu vzhledem k tabulkové ve stupních Celsia (TT);
  2. směrníky středního větru ve stovkách dílců (SS);
  3. rychlosti středního větru v metrech za sekundu (RR).

4.1 Výpočet středních změn virtuální teploty vzduchu vzhledem k tabulkové (TT)

Střední virtuální teploty vzduchu v jednotlivých zónách meteorologické zprávy METCM (TTTTZZ) odpovídají hodnotám virtuální teploty vzduchu ve středních výškách příslušných zón. Hodnoty virtuální teploty vzduchu ve středních výškách jednotlivých zón meteorologické zprávy METCM (TTTTZZ) se nejprve převedou na stupně Celsia podle vztahu:

Pozuzak 07,

kde:

T(oC)zz je virtuální teplota vzduchu ve střední výšce příslušné zóny (ZZ) ve stupních Celsia;

TTTTZZ je střední virtuální teplota vzduchu v příslušné zóně meteorologické zprávy METCM (ZZ) v desetinách stupně Kelvina.

Pro výpočet středních změn virtuální teploty vzduchu (a dále i směrníků středního větru a rychlostí středního větru) v jednotlivých standardních vrstvách meteorologické zprávy METEO-11 se provede simulace (rozpočítání) teplotního (a dále i větrného) sondování v příslušných výškách nad DMS pomocí radiosondy z hodnot určených podle vztahu (7). Radiosonda odesílá naměřené hodnoty meteorologických údajů ve stanovených časových intervalech přibližně po 25–50 metrech (závisí to na rychlosti stoupání meteorologického balónu). Simulaci průběhu teplotního a větrného sondování radiosondou lze provést na základě lineární interpolace jednotlivých meteorologických údajů v příslušných výškách nad DMS z meteorologických údajů uvedených v meteorologické zprávě METCM. K provedení této simulace je postačující, aby meteorologické údaje byly vypočítány po 50 m (ve výšce nad DMS).

Pro jednotlivé výšky (v) nad DMS (po 50 metrech) se vypočítají odpovídající změny virtuální teploty vzduchu vzhledem k tabulkové (ΔTv) podle vztahů (8) až (23):

  • pro v=50 m:
    • nejprve se určí virtuální teplota vzduchu ve výšce 50 m nad DMS ve stupních Celsia (T50) podle vztahu:

Pozuzak 08

 

kde   T(oC)00 je virtuální teplota vzduchu v nadmořské výšce DMS (zóna 00) a odpovídá hodnotě T0T0,

T(oC)01 je virtuální teplota vzduchu ve střední výšce zóny 01 (100 m) určená podle vztahu (7)

    • a poté se určí změna virtuální teploty vzduchu ve výšce 50 m nad DMS vzhledem k tabulkové ve stupních Celsia (ΔTv50):

Pozuzak 09

 

  • pro v=100 m:

Potuzak 10

 

  • pro v=150 m:

Pozuzak 11

 

 

kde v02 je střední výška zóny 02 meteorologické zprávy METCM ( m) – viz tabulka 1,

Pozuzak 12

 

  • pro v=200 m:

Potuzak 13

 

  • pro v=250 m:

 

Potuzak 14

 

 

  • pro v=300 m:

Pozuzak 15

 

 

  • pro v=350 m:

 Pozuzak 16

 

  • pro v=400 m:

 Pozuzak 17

 

 

 

Analogicky se provede výpočet všech změn virtuální teploty vzduchu vzhledem k tabulkové ve stupních Celsia po 50 m do požadované výšky nad DMS.

Dále se vypočítají pomocné střední změny virtuální teploty vzduchu vzhledem k tabulkové v jednotlivých standardních vrstvách meteorologické zprávy METEO-11 (TThh) podle vztahů (24) až (36):

Pozuzak 18

 

kde 50∙n představuje výšku (v) nad DMS v metrech,

Pozuzak 19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Střední změny virtuální teploty vzduchu vzhledem k tabulkové v jednotlivých standardních vrstvách meteorologické zprávy METEO-11 (TThh) se pak určí podle vztahu:

Potuzak 20

 

 

 

kde hh je kód standardní vrstvy (meteorologické zprávy METEO-11).

Hodnoty TThh určené podle vztahu (37) se zaokrouhlí na 1° C.

4.2 Výpočet směrníků středního větru (SS)

Směrníky středního větru v jednotlivých zónách meteorologické zprávy METCM (dddzz) odpovídají hodnotám směrníků větru ve středních výškách příslušných zón. Hodnoty směrníků větru ve středních výškách jednotlivých zón meteorologické zprávy METCM (dddzz) se nejprve převedou na dílce podle vztahu:

Pozuzak 21

 

 

kde α´w(dc)zz je směrník větru ve střední výšce dané zóny (ZZ) v dílcích;

dddzz je směrník středního větru v příslušné zóně (ZZ) v desítkách mils.

Dále se porovná průběh směru větru s rostoucí výškou nad DMS. Jestliže směr větru překročí směrník severu kilometrového (zleva i zprava), musí se příslušné hodnoty směrníků větru upravit. V případě, že směrník větru při postupu z jedné standardní vrstvy do následující (vyšší) překročí směrník severu kilometrového zleva, přičte se k hodnotě  α´w(dc)zzhodnota směrníku 60-00. Jestliže směrník větru při postupu z jedné standardní vrstvy do následující (vyšší) překročí směrník severu kilometrového zprava, hodnota α´w(dc)zzse odečte od hodnoty směrníku 60-00. Tímto způsobem se získají upravené hodnoty směrníku větru ve středních výškách jednotlivých zón meteorologické zprávy METCM v dílcích αw(dc)zz. V případě, že směr větru s rostoucí výškou nad DMS směrník severu kilometrového nepřekročí, pak:

Pozuzak 22

 

 

Pro jednotlivé výšky (v) nad DMS (rovněž po 50 metrech) se lineární interpolací z hodnot αw(dc)zzvypočítají hodnoty směrníků větru ve stovkách dílců (αv) podle vztahů (40) až (47):

Pozuzak 23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Potom se vypočítají pomocné hodnoty směrníků středního větru (ve stovkách dílců) v jednotlivých vrstvách meteorologické zprávy METEO-11 (SShh) podle vztahů (48) až (60):

Pozuzak 24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Směrníky středního větru v jednotlivých standardních vrstvách meteorologické zprávy METEO-11 (SShh) se pak určí podle vztahu:

Pozuzak 25

 

 

Hodnoty SShh určené podle vztahu (61) se zaokrouhlí na celé číslo.

4.3 Výpočet rychlostí středního větru (RR)

Rychlosti středního větru v jednotlivých zónách meteorologické zprávy METCM (FFFzz) odpovídají hodnotám rychlostí větru ve středních výškách příslušných zón. Hodnoty rychlostí větru ve středních výškách jednotlivých zón meteorologické zprávy METCM (FFFzz) se nejprve převedou na metry za sekundu podle vztahu:

Pozuzak 26

 

 kde w(m.s-1)zz je rychlost větru ve střední výšce dané zóny (ZZ) v metrech za sekundu;

FFFzz je rychlost středního větru v příslušné zóně (ZZ) v jednotkách uzlů.

Pro jednotlivé výšky (v) nad DMS (rovněž po 50 metrech) se lineární interpolací z hodnot w(m.s-1)zz vypočítají hodnoty rychlostí větru v metrech za sekundu () podle vztahů (63) až (70):

Pozuzak 27

 

 

 

Pozuzak 28

Dále se vypočítají hodnoty rychlostí středního větru (v metrech za sekundu) v jednotlivých vrstvách meteorologické zprávy METEO-11 (RRhh) podle vztahů (71) až (83):

Pozuzak 29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Hodnoty RRhh určené podle vztahů (71) až (83) se zaokrouhlí na 1 ms-1.

5. Závěr

Přepočet meteorologické zprávy METCM do formátu METEO-11 je nutné realizovat pomocí počítače, neboť ruční přepočet je časově náročný a může při něm docházet k chybám. Definovaný matematický aparát pro přepočet je výhodné použít k vypracování vlastní softwarové aplikace anebo jej použít například v programu MS Excel.

Filosofii přepočtu meteorologické zprávy METCM do formátu METEO-11 lze v budoucnu využít také k vypracování matematického aparátu pro přepočet meteorologické zprávy METB3 do formátu METEO-11 nebo METCM do formátu METB3 a naopak.

 

Poznámky k textu

Poznámky k textu:

[1] Jednotlivé vrstvy nad DMS jsou v meteorologické zprávě METCM označovány jako zóny a v meteorologické zprávě METEO-11 jako standardní vrstvy.

[2] V meteorologické zprávě METEO-11 jsou za tabulkové hodnoty považovány hodnoty standardní dělostřelecké atmosféry.

Kapitán Ing. Karel Šilinger, Ph.D., nar. 1985, absolvent Univerzity obrany v Brně, Fakulty ekonomiky a managementu, oboru Vojenský management (magisterské studium). Od roku 2010 se podílí na pedagogické a vědecké činnosti Katedry palebné podpory na Univerzitě obrany v Brně. V roce 2013 absolvoval doktorandské studium na Univerzitě obrany, ve studijním programu Ekonomika a management. Zabývá se problematikou dělostřelectva, zejména oblastí automatizovaných systémů řízení palby dělostřelectva a zjišťováním podkladů k provedení dělostřelecké palby.

17/05/2017

FaLang translation system by Faboba