Прогнозирование
Прогноз приземного давления на пять дней вперед для северной части Тихого океана, Северной Америки и северной части Атлантического океана по состоянию на 9 июня 2008 г.
Прогнозирование погоды — это применение науки и технологий для прогнозирования состояния атмосферы на будущее и в данном месте. Люди пытались неформально предсказывать погоду на протяжении тысячелетий, а формально, по крайней мере, с девятнадцатого века. Прогнозы погоды составляются путем сбора количественных данных о текущем состоянии атмосферы и использования научных знаний об атмосферных процессах для прогнозирования развития атмосферы.
Когда-то все человеческие усилия основывались главным образом на изменениях атмосферного давления , текущих погодных условий и состояния неба, теперь модели прогнозов используются для определения будущих условий. С другой стороны, человеческий фактор по-прежнему необходим для выбора наилучшей модели прогноза, на которой основывается прогноз, что включает в себя множество дисциплин, таких как навыки распознавания образов, телесвязи , знание характеристик модели и знание предвзятости модели.
Хаотично характер атмосферы, массивная вычислительная мощность , необходимая для решения уравнений , которые описывают атмосферу, ошибку , участвующую в измерении начальных условий, а также неполное понимание атмосферных процессов означает , что прогнозы становятся менее точными , как разницы в текущее время и время, на которое делается прогноз ( диапазон прогноза), увеличивается. Использование ансамблей и консенсуса моделей помогает сузить ошибку и выбрать наиболее вероятный результат.
Есть множество конечных пользователей прогнозов погоды. Предупреждения о погоде являются важными прогнозами, потому что они используются для защиты жизни и имущества. Прогнозы, основанные на температуре и осадках , важны для сельского хозяйства и, следовательно, для трейдеров на фондовых рынках. Коммунальные предприятия используют прогнозы температуры для оценки спроса в ближайшие дни.
В некоторых регионах люди используют прогнозы погоды, чтобы определить, что надеть в определенный день. Поскольку занятия на свежем воздухе сильно ограничены сильным дождем , снегопадом и холодным ветром , прогнозы можно использовать для планирования мероприятий, связанных с этими событиями, и для планирования действий на будущее, чтобы выжить в них.
Прогноз погоды в тропиках отличается от прогноза погоды в более высоких широтах. Солнце светит более прямо в тропики, чем в более высокие широты (по крайней мере, в среднем в течение года), что делает тропики теплыми (Stevens 2011). И вертикальное направление (вверх, когда вы стоите на поверхности Земли) перпендикулярно оси вращения Земли на экваторе, в то время как ось вращения и вертикаль совпадают на полюсе; это заставляет вращение Земли влиять на атмосферную циркуляцию сильнее на высоких широтах, чем на низких. Из-за этих двух факторов облака и ливни в тропиках могут возникать более спонтанно, чем в более высоких широтах, где они более жестко контролируются более крупномасштабными силами в атмосфере. Из-за этих различий прогнозировать облака и дождь в тропиках труднее, чем в более высоких широтах. С другой стороны, температуру в тропиках легко прогнозировать, потому что она не сильно меняется.
Причины
Кучевые средние облака, окруженные слоисто- кучевыми облаками
На Земле общие погодные явления включают ветер, облака , дождь, снег, туман и пыльные бури . Менее распространенные явления включают стихийные бедствия, такие как торнадо , ураганы , тайфуны и ледяные штормы . Практически все известные погодные явления происходят в тропосфере (нижняя часть атмосферы). Погода действительно возникает в стратосфере и может влиять на погоду ниже в тропосфере, но точные механизмы плохо изучены.
Погода возникает, прежде всего, из-за разницы в давлении, температуре и влажности воздуха между местами. Эти различия могут возникать из-за угла наклона солнца в любом конкретном месте, которое зависит от широты от тропиков. Другими словами, чем дальше от тропиков, тем ниже угол наклона солнца, что приводит к тому, что эти места становятся более прохладными из-за распространения солнечного света по большей поверхности. Сильный температурный контраст между полярным и тропическим воздухом приводит к появлению крупномасштабных ячеек атмосферной циркуляции и струйного течения . Погодные системы в средних широтах, такие как внетропические циклоны , вызваны нестабильностью струйного течения (см. Бароклинность ). Погодные системы в тропиках, такие как муссоны или организованные грозовые системы, вызываются разными процессами.
Поскольку ось Земли наклонена относительно плоскости ее орбиты, солнечный свет падает под разными углами в разное время года. В июне северное полушарие наклонено к солнцу , поэтому на любой заданной широте северного полушария солнечный свет падает более прямо на это место, чем в декабре (см. Влияние солнечного угла на климат ). Этот эффект вызывает сезоны. На протяжении тысяч и сотен тысяч лет изменения параметров орбиты Земли влияют на количество и распределение солнечной энергии, получаемой Землей, и влияют на долгосрочный климат. (См. Циклы Миланковича ).
Неравномерное солнечное нагревание (образование зон градиентов температуры и влажности, или фронтогенез ) также может быть связано с самой погодой в виде облачности и осадков. На больших высотах обычно холоднее, чем на низких, что является результатом более высокой температуры поверхности и радиационного нагрева, что приводит к адиабатическому градиенту . В некоторых ситуациях температура на самом деле увеличивается с высотой. Это явление известно как инверсия и может привести к тому, что на вершинах гор будет теплее, чем в долинах внизу. Инверсия может привести к образованию тумана и часто выступает в качестве колпачка , который подавляет грозовое развитие. В локальных масштабах разница температур может возникать из-за того, что разные поверхности (например, океаны, леса, ледяные щиты или искусственные объекты) имеют разные физические характеристики, такие как отражательная способность , шероховатость или содержание влаги.
Разница в температуре поверхности, в свою очередь, вызывает перепад давления. Горячая поверхность нагревает воздух над ней, заставляя его расширяться и понижать плотность и, как следствие, давление воздуха на поверхности . Результирующий горизонтальный градиент давления перемещает воздух из областей с более высоким давлением в области с более низким давлением, создавая ветер, а вращение Земли затем вызывает отклонение этого воздушного потока из-за эффекта Кориолиса . Образованные таким образом простые системы могут затем проявлять эмерджентное поведение, создавая более сложные системы и, следовательно, другие погодные явления. Большие примеры масштаба включают в себя ячейку Хадли в то время как меньший масштаб пример будет береговые бризы .
Атмосфера является хаотичной системой . В результате небольшие изменения в одной части системы могут накапливаться и увеличиваться, оказывая сильное влияние на систему в целом. Эта атмосферная нестабильность делает прогноз погоды менее предсказуемым, чем приливы или затмения. Хотя сложно точно предсказать погоду более чем на несколько дней вперед, синоптики постоянно работают над расширением этого предела с помощью метеорологических исследований и совершенствования существующих методологий прогнозирования погоды. Однако теоретически невозможно делать полезные повседневные прогнозы более чем на две недели вперед, что накладывает верхний предел на потенциал для улучшения навыков прогнозирования.
Как правильно описывать погоду
Каждый день мы сталкиваемся с прогнозами погоды, которые помогают нам планировать свои действия. Но чтобы понять, как правильно подобрать одежду или решить, нужно ли брать зонтик, необходимо уметь правильно описывать погоду.
Первое, что нужно учитывать при описании погоды — это терминология. Используйте правильные термины, чтобы избежать путаницы. Например, не следует путать «дождь» и «морось», поскольку эти термины описывают различные типы осадков.
Второе важное правило — это описание не только осадков, но и температуры, направления и скорости ветра, влажности воздуха и облачности. Все эти факторы влияют на комфортность пребывания на улице и важны для правильного описания погоды
- Терминология: используйте правильные термины, чтобы избежать путаницы;
- Описание всех факторов: описывайте не только осадки, но и температуру, направление и скорость ветра, влажность воздуха и облачность.
Наконец, не забывайте, что описание погоды должно быть максимально точным и объективным. Используйте существительные вместо глаголов, когда возможно, и не перегибайте палку, описывая ощущения, которые вызывает данная погода. Например, путать «холодно» и «прохладно» — не всегда правильно, поскольку это два различных термина, которые имеют отличия в количестве градусов.
Вот несколько примеров правильного описания погоды:
| Погода | Описание |
|---|---|
| Солнечно | Ясное небо, отсутствие облачности, температура воздуха выше средней. |
| Дождь | Влажный воздух, падение капель воды из облачности, отсутствие снега. |
| Ветрено | Сильное движение воздуха, возможные штормовые ветры и ветровые порывы. |
Почему синоптики ошибаются
Точность краткосрочных прогнозов 95%. Прогнозы на пятые сутки имеют успешность на 80%, на 10 и более дней — только в половине случаев.
На точность прогнозов влияет множество факторов: количество и качество собираемых данных, способы их сбора и обработки, компьютерные ошибки и тот простой факт, что атмосфера Земли хаотична и ее очень трудно предсказать.
Ниже — основные причины, по которым погода не соответствует предсказаниям.
Неполнота наблюдений
Для идеального прогноза погоды необходимо точно знать текущие данные о фактической погоде на территории в несколько тысяч километров. Прогноз больше, чем на неделю, требует информации о том, что происходит с погодой на всем земном шаре.
На сегодня текущее состояние атмосферы известно приближенно, поскольку многие области планеты наблюдаются приборами слабо — океаны, тропики, пустыни, горы.
Как правило, метеостанций в городах значительно больше, чем в менее населенных районах. Среднее расстояние между метеостанциями на европейской территории России — 150 километров, в Сибири ― 300, на арктическом побережье еще больше. Данные в районах, где нет станций, восстанавливаются при помощи нахождения , то есть приближенно. За счет этого возникают ошибки. Увеличивать плотность сети глобального наблюдения можно, но не бесконечно, поэтому данные никогда не станут полными.
Атмосфера хаотична
Синоптики пытаются предсказать то, что по своей природе непредсказуемо. Атмосфера представляет собой хаотичную систему: небольшое изменение состояния атмосферы в одном месте может иметь значительные последствия в другом — так проявляется «эффект бабочки». Любая ошибка, которая возникает в прогнозе, будет быстро увеличиваться и вызывать дальнейшие, но уже в большем масштабе.
Несовершенство моделей
Еще одна причина ошибок — несовершенство используемых прогностических моделей и методов. Некоторые погодные явления, такие как туманы и гололед, в моделях сознательно не учтены или упрощены, поскольку даже современные суперкомпьютеры не могут быстро их просчитать.
Несмотря на все технологические достижения, суперкомпьютеры не всегда точны. Хаотическая природа погоды означает, что до тех пор, пока синоптикам приходится о процессах, происходящих в атмосфере, у любого компьютера всегда будет шанс ошибиться, независимо от того, насколько он мощный и быстрый.
Исследователи из Университета Пенсильвании нашли предел точности прогнозов погоды. Они обнаружили, что даже уменьшив первоначальные ошибки, лучшее, чего можно добиться, — это прогноз примерно на 15 дней вперед. И это если погода «установится».
Откуда синоптики берут данные
Чтобы предсказать погоду, нужно знать «текущие условия» — то есть то, какая она сейчас. К основным параметрам относятся: температура, атмосферное давление, влажность, скорость и направление ветра, осадки и их количество.
Современный прогноз погоды основывается в первую очередь на данных спутников, а метеостанции, зонды и радары корректируют и непрерывно дополняют их. Вместе все эти источники создают полноценную картину происходящего в атмосфере.
Метеостанции
Метеостанции — специальные площадки, где непрерывно проводятся метеорологические измерения погоды и климата. На станциях установлены приборы для метеоизмерений: термометр, гигрометр, барометр, осадкомер и другие устройства. Они одинаковы по всему миру. Для точности метеорологи производят замеры регулярно и синхронно — через каждые 3 часа.
Наземные метеостанции бывают разные: огромные мачты в полях, плавающие буйки в море, шарообразные радары. Часть станций расположена в виде автономных устройств в труднодоступных местах, таких как горы и моря.
У метеостанций есть недостатки: они собирают данные только возле себя, расположены далеко друг от друга и не знают количество осадков.
Метеостанция в Виттене, Германия
(Фото: Wikipedia)
Метеозонды
Метеозонды — беспилотные аэростаты. Зонд выглядит как наполненный гелием резиновый или пластиковый шар, к которому крепится контейнер с аппаратурой — датчиками для измерения температуры, влажности и атмосферного давления, а также батарейки и антенны, с помощью которой эти данные передаются.
Весит один метеозонд примерно 300 граммов и поднимается на высоту 30–40 километров. Зонды одноразовые: набирая высоту, шар лопается от избыточного давления. Пенопластовый контейнер падает на землю, и повторно не используется.
Метеозонды запускают в 870 точках Земли два раза в день, обычно в 00 и 12 часов по UTC.
Фото: Wikipedia
Метеорологические радары
Метеорологические радары — специализированные радары для определения координат выпадения осадков, их типа, направления движения и интенсивности. Они обнаруживают опасные метеоусловия, такие как гроза, град, а также зоны интенсивных осадков и турбулентности.
Появление таких радаров связано со Второй мировой войной: радисты заметили «шум», который возникал на приборах во время осадков. Исследование этого явления привело к созданию специализированных погодных радаров, предназначенных для нужд метеорологии.
Современные радары каждые 10 минут делают трехмерный снимок атмосферы в радиусе 200–250 километров вокруг себя. Это позволяет описать погоду вплоть до микрорайона. Но для точного глобального прогноза их должно быть много. Здесь возникает проблема: так, российские радары расположены только в европейской части страны, а также Новосибирске, Барабинске и Владивостоке. Другая проблема — зона видимости радаров. Высотные здания могут загораживать обзор, создавая слепые зоны, а низкие осадки оказываются невидимы из-за кривизны планеты.
Грозовой фронт на экране метеорадара
(Фото: Wikipedia)
Метеоспутники
Метеоспутники — искусственные спутники Земли, их используют для просмотра и сбора данных о погоде и климате планеты. Они позволяют наблюдать за погодой на больших территориях, подобно тому, как вид с крыши или вершины горы дает более широкий обзор.
Метеоспутники определяют зоны интенсивных осадков и опасных явлений природы. Спутники отслеживают выбросы от вулканов и дым от лесных пожаров, последствия загрязнений, песчаные и пыльные бури, а также границы океанских течений.
Метеоспутник GOES-8
(Фото: Wikipedia)
Суперкомпьютеры
Весь поток погодных данных от метеостанций, зондов, радаров, спутников, датчиков на самолетах и кораблях поступает в центры обработки метеорологической информации — они есть в каждой национальной метеослужбе. Такие центры оснащены суперкомпьютерами. Менее мощные машины были бы не способны обработать такое количество данных в приемлемый срок.
Так, в Великобритании погоду предсказывает Cray XC40, который занимает 11-е место в списке мощнейших суперкомпьютеров мира с производительностью в 7 петафлопс (семь тысяч триллионов операций в секунду). Такая машина может спрогнозировать начало дождя вплоть до минуты. Главный суперкомпьютер российской гидрометеослужбы уступает британскому, его мощность 1,2 петафлопса.
Полученные результаты синоптики анализируют и составляют окончательный прогноз. Машина считает конкретные характеристики, а обобщить их может только человек. Синоптики делают прогнозы там, где есть ответственность и где технологии не способны предсказать некоторые погодные явления на местности, такие как туман и гололед.
Суперкомпьютер Росгидромета
(Фото: Росгидромет)
Как искусственно вмешиваются в погоду
Облакоэситинг
Одним из способов изменения погоды является технология облакоэситинг. Она основывается на рассеивании химических веществ в атмосфере для создания или рассеивания облачности. Этот метод используется для стимуляции выпадения осадков в засушливых областях или для предотвращения образования града перед изобильным урожаем.
Ионосферный нагрев
Ионосферный нагрев — это метод воздействия на атмосферу, который заключается в воспроизведении электромагнитных волн в ионосфере. Это может приводить к глобальным изменениям в атмосфере, включая изменения в погоде. Некоторые люди считают, что этот метод может использоваться для борьбы с изменением климата, но на данный момент его эффективность не доказана.
Сеяние льда
Сеяние льда является еще одним способом, который используется для изменения погодных условий. Этот метод основывается на внесении в атмосферу различных веществ, которые могут привести к образованию льда в облаках. Это может быть полезно в борьбе с градом и засухой, но также может иметь негативные последствия для окружающей среды.
- В целом, идея изменения погоды может показаться интересной, но это также может привести к непредсказуемым последствиям.
- Некоторые люди считают, что лучше работать над уменьшением выбросов парниковых газов, которые являются основной причиной глобального изменения климата.
- Также существуют эффективные способы прогнозирования погоды, которые помогают людям подготовиться к неблагоприятным условиям.
Древняя история
Веками людей интересовал прогноз погоды, однако ее предсказание было процессом туманным и ненадежным. Даже больше — прогнозирование погоды было больше искусством, чем наукой, ибо данных для прогноза не собиралось, подходов к прогнозированию не существовало. Каждый «прогнозист» (forecaster) решал задачу на свой собственный лад.
К XIX веку прогнозисты научились наносить на специальные погодные карты точки с указанием давлений и соединять линией точки с одинаковым давлением. Таким образом создавались шаблоны циклонов и антициклонов. Теперь для прогноза был некоторый материал, однако и здесь прогнозист играл важную роль, так как использовал свой опыт, память и самые примитивные методы расчета для предсказания движения воздушных масс. На рисунке ниже представлены погодная карта Европы на 9 и 10 декабря 1887 года.
Сильная роса на траве – дождя не будет
Для городской жизни почти ненужная примета, а для дачного отдыха – полезная. Потому что по росе внимательные и наблюдательные люди делают прогноз погоды на день. Издавна капли воды на траве наделяли чудодейственными и лечебными свойствами. Считалось, что роса лечит от многих недугов и избавляет от сглаза.
Как это объяснить: появление росы на траве бывает после теплого дня и прохладной ночи. Принцип конденсата – при соприкосновении теплого и холодного воздуха. Ночью температура воздуха быстрее понизится, если на небе не будет туч. Так, чистое звездное небо свидетельствует о ясной погоде.
USB термометр на микроконтроллере ATmega8
Конкурс начинающих радиолюбителей
“Моя радиолюбительская конструкция”
Схема и программное обеспечение простого USB термометра на микроконтроллере ATmega8, который может собрать своими руками и начинающий радиолюбитель
Конкурсная конструкция начинающего радиолюбителя:
“USB термометр на микроконтроллере ATmega8″
Здравствуйте уважаемые друзья и гости сайта! Представляю на ваш суд вторую конкурсную работу.
Автор конструкции – Григорьев Илья Сергеевич.
Всем добрый день! Захотелось мне собрать термометр для того, чтобы знать температуру или дома или за окном. Сторона у меня солнечная и обычный термометр очень врет, нагреваясь.
Стал рыть интернет. Как всегда много ненужного, слишком сложного, затратного.
Наконец, я нашел схему по душе, по которой и стал делать ЮСБ термометр.
Итак, вот схема:
Для сборки нам понадобятся:
МС Атмега 8 и кроватка для нее на 28 ног
Датчик температуры DS18B20
Резисторы(у меня 0.5Вт):
– 10к
– 4,7к
– 68ом *2шт
– 1,5к
– 200ом
Кондеры
– 22пФ *2шт
– 100мкФ на 16В электролит
2 стабилитрона на 3.6В
Кварцевый резонатор 12MHz
Светодиод
Кусок одностороннего текстолита 5*5см
Начинаем все с разметки на текстолите, потом вырезаем
Кстати, раньше я долго мучился вырезанием нужных кусков канцелярским ножиком, было это долго, муторно… недавно я заказал на ebay отрезные алмазные круги для дремеля. За секунду…вввжик и отрезано!
10штук вот таких кругов 100 рублей (для поиска- 10X 20mm Emery Diamond Coated Double Side Cutting Discs with 2 Joint Lever).
Затем, печатаем на журнале схему, потом утюгом нагреваем, далее отмачиваем:
Потом травим, оттираем тонер, сверлим:
И потом начинаем собирать:
Atmega 8-16PU в кроватке:
Отмываем плату от флюса, т.к. я использовал активный да и очень вид портит:
Далее я взялся за датчик. Я решил сделать 2 датчика. Первый будет короткий и находиться в комнате. Второй я сделаю длинным и выставлю его на улицу.
Вставляем датчик в разъем, согласно распиновке.
ОБЯЗАТЕЛЬНО! Перед подключением проверяем плату на наличие КЗ!!!
Вставляем плату в юсб и у нас сразу же появляется неизвестное устройство:
Заходим в диспетчер устройств, находим неизвестное устройство и обновляем дрова. Во время установки появится окно, где выбираем – “Все равно установить этот драйвер”
После этого в диспетчере устройств появится новое устройство:
Мечта Ричардсона
Английский ученый Льюис Фрай Ричардсон (Lewis Fry Richardson) был отважен и попытался решить систему уравнений Бьеркенса на базе Meteorological Office в 1913. Позже в предисловии к своей книге «Weather Prediction by Numerical Process» Ричардсон писал:
Книга Ричардсона начинается в вопроса практической реализации Meteorological Office. Сначала он описывает использование индекса погодных карт (Index of Weather Maps), созданного на основании старых синоптических графиков, сгруппированных по категориям. Индексы были описаны E. Gold в работе «Aids to forecasting: types of pressure distribution, with notes and tables for the fourteen years». Такие индексы помогают прогнозистам найти старую погодную карту, наиболее похожую на текущую, и предсказывать развитие погоды на основании ее развития в предыдущих случаях. Однако сам Ричардсон писал:
Скоро он отказался от такого подхода и вернулся к идее Бьеркенса.
Схема прогнозирования Ричардсона — это точная и детализированная реализация подхода прогнозирования, предложенного Бьеркенсом. Это в высшей степени запутанная процедура, однако на это сам Ричардсон отвечал, что «схема сложна, потому что атмосфера сложна» (the scheme is complicated because the atmosphere is complicated).
Значительная часть его вычислений была за гранью возможного до появления машинных вычислений, однако Ричардсон не унывал.
На сегодняшний день прогнозы, которые вычисляют громадные машины, во многом основаны на алгоритмах Ричардсона — его мечта стала реальностью.
Как сегодня составляют прогноз погоды: модели прогнозирования
Синоптики выделяют два основных типа моделей: глобальные и локальные.
Глобальные модели
Эти модели обсчитывают всю атмосферу Земли или полушария. Учитывают обширные погодные системы, которые могут простираться по всему континенту — холодные фронты и сильные штормы.
Существует несколько глобальных моделей: американская модель (GFS), европейская модель (ECMWF), немецкая (ICON), английская (UKMet), канадская (СМС), японская (JMA), русская (ПАЛВ) и другие. Синоптики используют в основном американскую и европейскую.
-
Американская модель (GFS). Создана Национальной метеорологической службой США. Она запускается четыре раза в день: в 00, 6, 12 и 18 часов по UTC. Результаты публикует спустя 3,5 часа. Выдает прогнозы на 16 дней вперед.
Доступ к данным модели бесплатный. Любой может скачать их на официальном сайте. Популярный сайт Windguru отображает результаты именно по американской модели.
Вычислительная мощность американской модели выросла в десять раз за последние четыре года, и теперь модель способна проводить восемь квадриллионов вычислений в секунду. -
Европейская модель (ECMWF). Названа в честь операционного агентства в Европе в результате партнерства между 34 различными странами. Она делает прогнозы на 10 дней вперед. Запускается два раза в день: в 00 и 12 часов по UTC. Из-за сложности считает прогноз целых 6 часов.
Доступ к данным платный. Результаты отображаются на сайте Foreca. «Гисметео», Yahoo, «Яндекс» и другие популярные ресурсы берут данные именно с него.
Европейская модель в среднем более мощная в вычислительном отношении, а американская иногда дает более точные прогнозы.
Локальные модели
Глобальные модели хороши и полезны, но часто на небольшом квадрате невозможно адекватно предсказать погоду из-за гор, водоемов или снежных покровов, которые влияют на изменение погодных данных. Тогда выручают локальные модели — они с высокой точностью моделируют отдельную область, страну или город.
Самая популярная среди локальных моделей — модель WRF (Weather Research and Forecasting). Она открыта — любой может скачать ее на GitHub и запустить. Применима для всех стран мира и может учитывать местную географию и топографию.
Горизонтальная сетка глобальной модели прогноза погоды и увеличенная площадь, охватываемая локальной моделью
(Фото: Researchgate)
Ансамблевые прогнозы
Все математические модели прогнозирования погоды имеют ограниченные возможности. Они не могут рассчитать метеорологические параметры в абсолютно каждой точке пространства в абсолютно каждый момент времени. Такие физические процессы, как туманы и гололед, в силу локальности и сложности природы, затруднительно описать с помощью математики. Вдобавок заданные параметры о текущем состоянии погоды не могут быть абсолютно точными.
Поэтому появились современные методы прогнозирования — «ансамблевые». Расчет прогноза запускается не один, а несколько раз, со слегка разными входными данными.
Ансамблевые прогнозы позволяют рассчитать вероятность явления. Например, вероятность осадков составляет 80%. Это значит, что из 50 членов ансамбля 40 (абсолютное большинство) прогнозируют дождь. Вместе с тем, есть 10 членов, которые исключают осадки.
Прогноз погоды от нейросети
С расцветом нейросетей их стали активно применять в прогнозировании погоды. Основной плюс — не нужно решать сложные физические уравнения и хранить огромные объемы информации. Вы собираете некоторый архив данных, а затем нейросеть самостоятельно анализирует его и выделяет закономерности.
Алгоритмы машинного обучения применяет, например, «Яндекс.Погода», используя систему Meteum. Нейросеть берет прогнозы, рассчитанные американской, канадской, японской и европейской моделями, и считает свой по модели WRF. Эти прогнозы сверяются с реальными наблюдениями в нескольких точках города, собранных по метеостанциям и спутникам. Потом она находит повторяющиеся закономерности и выдает прогноз «с точностью до дома».
Футурология
Нейросеть оцифровала рукописи астрономов XIX века
Напряжение питания и тактовая частота
– 2.7 – 5.5V for ATmega8L
– 4.5 – 5.5V for ATmega8
Имеется две модификации данного МК: одна работоспособна при широком диапазоне питающих напряжение, вторая — в узком.
– ATmega8L: 0 – 8 MHz @ 2.7 – 5.5V
– ATmega8: 0 – 16 MHz @ 4.5 – 5.5V
Максимальная тактовая частота:
– Atmega8L: 0 – 8 МГц при напряжении питания 2,7 – 5,5 вольт
– Atmega8: 0 – 16 МГц при напряжении питания 4,5 – 5,5 вольт.
И что мы видим? А то, что модификация МК, работоспособная в широком диапазоне питающих напряжений, не может быть тактируема частотами выше 8 МГц. Следовательно, и ее вычислительные возможности будут ниже.
Power Consumption at 4 Mhz, 3V, 25°C
– Active: 3.6 mA
– Idle Mode: 1.0 mA
– Power-down Mode: 0.5 µA
Потребляемая мощность:
– при работе на частоте 4 МГц и напряжении питания 3 вольта потребляемый ток: 3,6 миллиампер,
– в различных режимах энергосбережения потребляемый ток: от 1 миллиампер до 0,5 микроампера
Электрическая схема.
Схема электрическая принципиальная представлена на рисунке 3.
Рисунок 3.
Схема электрическая принципиальная.
Станция собрана на микроконтроллере ATmega8. Цепочка R1С1 обеспечивает начальный сброс (Reset) микроконтроллера при включении. Предусмотрено внутрисхемное программирование МК через разъем XP3 «SPI программатор».Фьюзы МК ATmega8: HIGH=0xD9, LOW=0xE4.
В качестве дисплея используется четырех-разрядный 7-сегментный индикатор типа CL5642BN c общим анодом и двухточечным («:») разделителем часов и минут. Катоды сегментов индикатора подключены к МК через ограничительные резисторы. МК обеспечивает динамическую индикацию поочередно включая транзисторные ключи VT3…VT6.
Хронометр собран на микросхеме DS1307 по штатной схеме включения. Точность хода часов обеспечивается кварцевым резонатором Y1 с частотой 32768Гц. При отсутствии основного питания (5 Вольт) непрерывность хода часов обеспечивается резервным источником питания на гальваническом элементе CR2032 (3 Вольта). Взаимодействие МК с микросхемой DS1307 осуществляется по шине TWI (I2C). Линии шины TWI «подтянуты» к питанию VCC2 резисторами R20, R21. Установка часов и минут обеспечивается кнопками SA1 («Часы+»), SA2 («Минуты+»), SA3 («Установка»). При этом необходимо в момент начала цикла отображения данных на дисплее нажать и удерживать кнопку «Установка». Нажатием или нажатием с удержанием кнопок «Часы+» или «Минуты+» устанавливается время хронометра. При отпускании кнопки «Установка» в микросхему DS1307 в соответствующие ячейки запишутся значения часов и минут, отображенные на дисплее, а в ячейку секунд запишется значение 0. Таким образом можно точно синхронизировать время с внешними эталонными источниками точного времени (например, от вещательных радиостанций или телевидения).
К шине TWI также подключена плата барометра BMP180. Программа устройства считывает калибровочные коэффициенты, устанавливаемые производителем, и учитывает их при расчете атмосферного давления.
Измерение температуры осуществляется датчиком DHT11. МК управляет датчиком по последовательному однопроводному двунаправленному интерфейсу. Линия интерфейса «подтянута» к питанию VCC2 резистором R19.
Для экономного расходования энергии батарей микроконтроллер большую часть своего времени пребывает в состоянии глубокого сна («power-down»). При этом МК перед засыпанием обесточивает все измерительные датчики, подключенные к VCC2 (хронометр, датчик атмосферного давления, датчик влажности и температуры). Обесточивание датчиков обеспечивается ключами на транзисторах VT1 и VT2.
Для пробуждения МК в схему станции включен датчик движения HC-SR501. Его задача – вывести МК из состояния сна. При срабатывании датчик посылает сигнал МК, который пробуждается сам и подает питание VCC2 на периферийные датчики (хронометр, датчик атмосферного давления, датчик влажности и температуры). Ключ на транзисторе VT7 обеспечивает инверсию сигнала датчика движения для согласования с МК. Переключатель «Движение» позволяет отключить датчик движения, для еще большей экономии энергии батарей. В этом случае альтернативную команду на пробуждение МК можно подать нажатием кнопки «Установка».
Питание станции осуществляется от двух альтернативных типов источников: от трех батарей типа АА или от сетевого источника питания 5 Вольт по шине USB. Для переключения между источниками питания необходимо установить переключатель «Питание» в одно из положений: «USB» или «Батарея». При питании от батарей ток потребления станции в режиме сна составляет не более 200мкА, что при емкости батареи 2000мАч соответствует 10000 часам (более одного года) непрерывной работы.
При выборе сетевого источника питания следует учитывать, что пиковый ток потребления станции (во время измерения и при включенном дисплее) не превышает 100мА. Поэтому можно использовать практически любое зарядное устройство.
При питании от шины USB иногда целесообразно обеспечить постоянное измерение значений датчиками и отображение данных на дисплее. Для этого необходимо установить переключатель «Дисплей» в положение «Вкл». В этом случае МК не будет переводится в состояние сна.