Природные явления которые изучает гидрометеорология. Метеорология изучает явления, происходящие в земной атмосфере
Значительная часть метеорологов занимается прогнозом погоды. Они работают в правительственных и военных организациях и частных компаниях, обеспечивающих прогнозами авиацию, сельское хозяйство, строительство и флот, а также передают их по радио и телевидению. Другие специалисты проводят наблюдения за уровнем загрязнения, оказывают консультации, преподают или занимаются научно-исследовательской работой. При метеорологических наблюдениях, прогнозе погоды и научных изысканиях все бóльшее значение приобретает электронное оборудование.
ПРИНЦИПЫ ИЗУЧЕНИЯ ПОГОДЫ
Температура, атмосферное давление, плотность и влажность воздуха, скорость и направление ветра – основные показатели состояния атмосферы, а к дополнительным параметрам относятся данные о содержании таких газов , как озон , углекислый газ и т.п.
Характеристикой внутренней энергии физического тела является температура, которая повышается с увеличением внутренней энергии среды (например, воздуха, облаков и т.д.), если баланс энергии положителен. Основными составляющими энергетического баланса являются нагревание при поглощении ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения; остывание за счет излучения инфракрасной радиации; теплообмен с земной поверхностью; приобретение или потеря энергии при конденсации или испарении воды, а также при сжатии или расширении воздуха. Температура может измеряться в градусах по шкалам Фаренгейта (F), Цельсия (С) или Кельвина (К). Минимальная возможная температура, 0° по шкале Кельвина, называется «абсолютным нулем». Разные температурные шкалы связаны между собой соотношениями:
F = 9/5 С + 32; С = 5/9 (F – 32) и К = С + 273,16,
где F, С и К соответственно обозначают температуру в градусах по шкалам Фаренгейта, Цельсия и Кельвина. Шкалы Фаренгейта и Цельсия совпадают в точке –40° , т.е. –40° F = –40° C, что можно проверить по приведенным выше формулам. Во всех прочих случаях значения температур в градусах по шкалам Фаренгейта и Цельсия будут различаться. В научных исследованиях обычно используются шкалы Цельсия и Кельвина.
Атмосферное давление в каждой точке обусловлено массой вышележащего столба воздуха. Оно изменяется, если меняется высота столба воздуха над данной точкой. Давление воздуха на уровне моря составляет ок. 10,3 т/м 2 . Это означает, что вес столба воздуха с горизонтальным основанием площадью 1 кв.м на уровне моря составляет 10,3 т.
Плотность воздуха – это отношение массы воздуха к занимаемому им объему. Плотность воздуха возрастает при его сжатии и уменьшается при расширении.
Температура, давление и плотность воздуха связаны между собой уравнением состояния. Воздух в значительной степени подобен «идеальному газу», для которого, согласно уравнению состояния, температура (выраженная в шкале Кельвина), умноженная на плотность и разделенная на давление, есть величина постоянная.
Основа современной международной классификации облаков была заложена в 1803 английским метеорологом-любителем Луком Говардом. В ней для описания внешнего вида облаков использованы латинские термины: alto – высоко, cirrus – перистый, cumulus – кучевой, nimbus – дождевой и stratus – слоистый. Различные сочетания этих терминов применяются для наименования десяти главных форм облаков: cirrus – перистые; cirrocumulus – перисто-кучевые; cirrostratus – перисто-слоистые; altocumulus – высококучевые; altostratus – высокослоистые; nimbostratus – слоисто-дождевые; stratocumulus – слоисто-кучевые; stratus – слоистые; cumulus – кучевые и cumulonimbus – кучево-дождевые. Высококучевые и высокослоистые облака располагаются выше, чем кучевые и слоистые.
Облака нижнего яруса (слоистые, слоисто-кучевые и слоисто-дождевые) состоят почти исключительно из воды, их основания располагаются примерно до высоты 2000 м. Облака, стелющиеся по земной поверхности, называются туманом.
Основания облаков среднего яруса (высококучевых и высокослоистых) находятся на высотах от 2000 до 7000 м. Эти облака имеют температуру от 0° С до –25° С и часто представляют собой смесь капель воды и ледяных кристаллов.
Облака верхнего яруса (перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые) обычно имеют нечеткие очертания, так как состоят из ледяных кристаллов. Их основания располагаются на высотах более 7000 м, а температура ниже –25° С.
Кучевые и кучево-дождевые облака относятся к облакам вертикального развития и могут выходить за пределы одного яруса. Особенно это относится к кучево-дождевым облакам, основания которых находятся всего в нескольких сотнях метров от земной поверхности, а вершины могут достигать высот 15–18 км. В нижней части они состоят из капелек воды, а в верхней – из кристаллов льда.
КЛИМАТ И КЛИМАТООБРАЗУЮЩИЕ ФАКТОРЫ
Наклоном земной оси к плоскости орбиты Земли обусловлены изменения не только угла падения солнечных лучей на земную поверхность, но и ежесуточной продолжительности солнечного сияния. В равноденствие продолжительность светового дня на всей Земле (за исключением полюсов) равна 12 ч, в период с 21 марта по 23 сентября в Северном полушарии она превышает 12 ч, а с 23 сентября по 21 марта – меньше 12 ч. Севернее 66° 30ў с.ш. (Северного полярного круга) с 21 декабря полярная ночь длится круглые сутки, а с 21 июня в течение 24 ч продолжается световой день. На Северном полюсе полярная ночь наблюдается с 23 сентября по 21 марта, а полярный день – с 21 марта по 23 сентября.
Таким образом, причиной двух отчетливо выраженных циклов атмосферных явлений – годового, продолжительностью 365 1/4 суток, и суточного, 24-часового, – является вращение Земли вокруг Солнца и наклон земной оси.
Величина солнечной радиации, поступающей за сутки на внешнюю границу атмосферы в Северном полушарии, выражается в ваттах на квадратный метр горизонтальной поверхности (т.е. параллельной земной поверхности, не всегда перпендикулярной солнечным лучам) и зависит от солнечной постоянной, угла наклона солнечных лучей и продолжительности дня (табл. 1).
| Таблица 1. ПОСТУПЛЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ НА ВЕРХНЮЮ ГРАНИЦУ АТМОСФЕРЫ (Вт/м 2 в сутки) | ||||||||||
| Широта, °с.ш. | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| 21 июня | 375 | 414 | 443 | 461 | 470 | 467 | 463 | 479 | 501 | 510 |
| 21 декабря | 399 | 346 | 286 | 218 | 151 | 83 | 23 | 0 | 0 | 0 |
| Среднегодовое значение | 403 | 397 | 380 | 352 | 317 | 273 | 222 | 192 | 175 | 167 |
Из таблицы следует, что контраст между летним и зимним периодами поразителен. 21 июня в Северном полушарии величина инсоляция примерно одинакова. 21 декабря между низкими и высокими широтами существуют значительные различия, и это основная причина того, что климатическая дифференциация этих широт зимой намного больше, чем летом. Макроциркуляция атмосферы, которая зависит главным образом от различий в прогревании атмосферы, лучше развита зимой.
Годовая амплитуда величины потока солнечной радиации на экваторе довольно мала, но резко возрастает по направлению к северу. Поэтому при прочих равных условиях годовая амплитуда температур определяется главным образом широтой местности.
Вращение Земли вокруг своей оси.
Интенсивность инсоляции в любой точке земного шара в любой день года зависит также от времени суток. Это объясняется, конечно, тем, что за 24 ч Земля совершает оборот вокруг своей оси.
Альбедо
– доля солнечной радиации, отраженная объектом (обычно выражается в процентах или долях единицы). Альбедо свежевыпавшего снега может достигать 0,81, альбедо облаков в зависимости от типа и вертикальной мощности колеблется от 0,17 до 0,81. Альбедо темного сухого песка – ок. 0,18, зеленого леса – от 0,03 до 0,10. Альбедо крупных акваторий зависит от высоты Солнца над горизонтом: чем оно выше, тем меньше альбедо.
Альбедо Земли вместе с атмосферой изменяется в зависимости от облачности и площади снежного покрова. Из всей солнечной радиации, поступающей на нашу планету, ок. 0,34 отражается в космическое пространство и теряется для системы Земля – атмосфера.
Поглощение атмосферой.
Около 19% солнечной радиации, поступающей на Землю, поглощается атмосферой (по осредненным оценкам для всех широт и всех времен года). В верхних слоях атмосферы ультрафиолетовое излучение поглощается преимущественно кислородом и озоном, а в нижних слоях красная и инфракрасная радиация (длина волны более 630 нм) поглощается в основном водяным паром и в меньшей степени – углекислым газом.
Поглощение поверхностью Земли.
Около 34% приходящей на верхнюю границу атмосферы прямой солнечной радиации отражается в космическое пространство, а 47% проходит сквозь атмосферу и поглощается земной поверхностью.
Изменение поглощаемого земной поверхностью количества энергии в зависимости от широты показано в табл. 2 и выражено через среднегодовое количество энергии (в ваттах), поглощенное за сутки горизонтальной поверхностью площадью 1 кв.м. Разность среднегодового прихода солнечной радиации к верхней границе атмосферы за сутки и радиации, поступившей на земную поверхность при отсутствии облачности на разных широтах, показывает ее потери под влиянием различных атмосферных факторов (кроме облачности). Эти потери повсеместно составляют примерно одну треть от поступающей солнечной радиации.
| Таблица 2. СРЕДНЕГОДОВОЕ ПОСТУПЛЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ НА ГОРИЗОНТАЛЬНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ В СЕВЕРНОМ ПОЛУШАРИИ (Вт/м 2 в сутки) |
||||||||||
| Широта, °с.ш. | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| Приход радиации на внешней границе атмосферы | 403 | 397 | 380 | 352 | 317 | 273 | 222 | 192 | 175 | 167 |
| Приход радиации на земную поверхность при ясном небе | 270 | 267 | 260 | 246 | 221 | 191 | 154 | 131 | 116 | 106 |
| Приход радиации на земную поверхность при средней облачности | 194 | 203 | 214 | 208 | 170 | 131 | 97 | 76 | 70 | 71 |
| Радиация, поглощенная земной поверхностью | 181 | 187 | 193 | 185 | 153 | 119 | 88 | 64 | 45 | 31 |
Разница между величиной прихода солнечной радиации к верхней границе атмосферы и величиной ее прихода на земную поверхность при средней облачности, обусловленная потерями радиации в атмосфере, существенно зависит от географической широты: 52% на экваторе, 41% на 30° с.ш. и 57% на 60° с.ш. Это прямое следствие количественного изменения облачности с широтой. Из-за особенностей циркуляции атмосферы в Северном полушарии количество облаков минимально на широте ок. 30° . Влияние облачности столь велико, что максимум энергии доходит до земной поверхности не на экваторе, а в субтропических широтах.
Разница между количеством радиации, приходящей на земную поверхность, и количеством поглощенной радиации образуется только за счет альбедо, которое особенно велико в высоких широтах и обусловлено большой отражательной способностью снежного и ледяного покрова.
Из всей солнечной энергии, используемой системой Земля – атмосфера, менее одной трети непосредственно поглощается атмосферой, а основную часть энергии она получает отраженной от земной поверхности. Больше всего солнечной энергии поступает в районы, расположенные в низких широтах.
Излучение Земли.
Несмотря на непрерывный приток солнечной энергии в атмосферу и на земную поверхность, средняя температура Земли и атмосферы довольно постоянна. Причина этого заключается в том, что почти такое же количество энергии излучается Землей и ее атмосферой в космическое пространство, в основном в виде инфракрасной радиации, поскольку Земля и ее атмосфера намного холоднее, чем Солнце, и лишь малая доля – в видимой части спектра. Излучаемая инфракрасная радиация регистрируется метеорологическими спутниками, оборудованными специальной аппаратурой. Многие спутниковые синоптические карты, демонстрируемые по телевидению, представляют собой снимки в инфракрасных лучах и отображают излучение тепла земной поверхностью и облаками.
Тепловой баланс.
В результате сложного энергетического обмена между земной поверхностью, атмосферой и межпланетным пространством каждый из этих компонентов получает в среднем столько же энергии от двух других, сколько теряет сам. Следовательно, ни земная поверхность, ни атмосфера не испытывают ни приращения, ни убывания энергии.
ОБЩАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ АТМОСФЕРЫ
Из-за особенностей взаимного положения Солнца и Земли равные по площади экваториальные и полярные регионы получают совершенно разное количество солнечной энергии. Экваториальные районы получают больше энергии, чем полярные, и их акватории и растительность поглощают больше приходящей энергии. В полярных районах велико альбедо снежного и ледяного покровов. Хотя лучше прогреваемые экваториальные области температур излучают больше тепла, чем полярные, тепловой баланс складывается так, что полярные регионы теряют больше энергии, чем получают, а экваториальные – получают больше энергии, чем теряют. Поскольку не происходит ни потепления экваториальных районов, ни выхолаживания полярных, очевидно, что для сохранения теплового баланса Земли избыток тепла должен перемещаться из тропиков к полюсам. Это перемещение является главной движущей силой циркуляции атмосферы. Воздух в тропиках прогревается, поднимаясь и расширяясь, и перетекает к полюсам на высоте ок. 19 км. Вблизи полюсов он охлаждается, становится более плотным и опускается к земной поверхности, откуда растекается по направлению к экватору.
Основные особенности циркуляции.
Воздух, поднимающийся вблизи экватора и направляющийся к полюсам, отклоняется под воздействием силы Кориолиса. Рассмотрим этот процесс на примере Северного полушария (то же самое происходит и в Южном). При движении к полюсу воздух отклоняется к востоку, и оказывается, что он поступает с запада. Таким образом формируются западные ветры. Часть этого воздуха охлаждается при расширении и излучении тепла, опускается и течет в обратном направлении, к экватору, отклоняясь вправо и образуя северо-восточный пассат. Часть воздуха, которая движется к полюсу, в умеренных широтах формирует западный перенос. Воздух, опускающийся в полярной области, движется к экватору и, отклоняясь к западу, в полярных областях формирует восточный перенос. Это лишь принципиальная схема циркуляции атмосферы, постоянной составляющей которой являются пассаты.
Ветровые поясы.
Под воздействием вращения Земли в нижних слоях атмосферы формируются несколько основных ветровых поясов (см. рис .).
Экваториальная штилевая зона,
расположенная вблизи экватора, характеризуется слабыми ветрами, связанными с зоной конвергенции (т.е. схождения потоков воздуха) устойчивых юго-восточных пассатов Южного полушария и северо-восточных пассатов Северного полушария, что создавало неблагоприятные условия для движения парусных судов. При сходящихся воздушных потоках в этом районе воздух должен либо подниматься, либо опускаться. Поскольку поверхность суши или океана препятствует его опусканию, в нижних слоях атмосферы неизбежно возникают интенсивные восходящие движения воздуха, чему способствует также сильное прогревание воздуха снизу. Поднимающийся воздух остывает, и его влагоемкость понижается. Поэтому для этой зоны характерны плотная облачность и частые осадки.
Конские широты
– области с очень слабыми ветрами, располагающиеся между 30 и 35° с.ш. и ю.ш. Вероятно, это название восходит к эпохе парусного флота, когда суда, пересекавшие Атлантику, часто попадали в штиль или задерживались в пути из-за слабых переменных ветров. Тем временем запасы воды истощались, и команды судов, перевозивших лошадей в Вест-Индию, были вынуждены выбрасывать их за борт.
Конские широты расположены между областями пассатов и преобладающего западного переноса (находящимися ближе к полюсам) и являются зонами дивергенции (т.е. расхождения) ветров в приземном слое воздуха. В целом в их пределах преобладают нисходящие движения воздуха. Опускание воздушных масс сопровождается прогреванием воздуха и увеличением его влагоемкости, поэтому для этих зон характерны небольшая облачность и незначительное количество осадков.
Субполярная зона циклонов
расположена между 50 и 55° с.ш. Она характеризуется штормовыми ветрами переменных направлений, связанными с прохождением циклонов. Это зона конвергенции преобладающих в умеренных широтах западных и характерных для полярных районов восточных ветров. Как и в экваториальной зоне конвергенции, здесь преобладают восходящие движения воздуха, плотная облачность и выпадение осадков на больших площадях.
ВЛИЯНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СУШИ И МОРЯ
Солнечная радиация.
Под влиянием изменений в приходе солнечной радиации суша нагревается и остывает значительно сильнее и быстрее, чем океан. Это объясняется разными свойствами грунта и воды. Вода более прозрачна для радиации, чем почва, поэтому энергия распределяется в большем объеме воды и приводит к меньшему нагреванию единицы ее объема. Турбулентное перемешивание распределяет тепло в верхнем слое океана примерно до глубины 100 м. Вода обладает большей теплоемкостью, чем почва, поэтому при одинаковом количестве тепла, поглощенном одинаковыми массами воды и грунта, температура воды повышается меньше. Почти половина тепла, попадающего на водную поверхность, расходуется на испарение, а не на нагревание, а на суше происходит иссушение почвы. Поэтому температура поверхности океана за сутки и за год изменяется значительно меньше, чем температура поверхности суши. Поскольку атмосфера нагревается и остывает преимущественно за счет теплового излучения подстилающей поверхности, отмеченные различия проявляются в температурах воздуха над сушей и океанами.
Температура воздуха.
В зависимости от того, формируется ли климат в основном под влиянием океана или суши, его называют морским или континентальным. Морские климаты характеризуются существенно меньшими средними годовыми амплитудами температур (более теплая зима и более прохладное лето) по сравнению с континентальными.
Острова в открытом океане (например, Гавайские, Бермудские, Вознесения) имеют хорошо выраженный морской климат. На окраинах материков могут формироваться климаты того или иного типа в зависимости от характера преобладающих ветров. Например, в зоне преобладания западного переноса морской климат господствует на западных побережьях, а континентальный – на восточных. Это показано в табл. 3, где сравниваются температуры по трем метеостанциям США, расположенным приблизительно на одной и той же широте в зоне преобладания западного переноса.
На западном побережье, в Сан-Франциско, климат морской, с теплой зимой, прохладным летом и малой амплитудой температур. В Чикаго, во внутренней части материка, климат резко континентальный, с холодной зимой, теплым летом и значительной амплитудой температур. Климат восточного побережья, в Бостоне, не очень сильно отличается от климата Чикаго, хотя Атлантический океан оказывает на него смягчающее воздействие благодаря ветрам, иногда дующим с моря (морским бризам).
Муссоны.
Термин «муссон», происходящий от арабского «маусим» (время года), означает «сезонный ветер». Впервые это название было применено к ветрам в Аравийском море, дующим в течение шести месяцев с северо-востока, а следующих шести месяцев – с юго-запада. Муссоны достигают наибольшей силы в Южной и Восточной Азии, а также на тропических побережьях, когда влияние общей циркуляции атмосферы выражено слабо и не подавляет их. Для побережья Мексиканского залива характерны более слабые муссоны.
Муссоны являются крупномасштабным сезонным аналогом бриза – ветра с суточным циклом, дующего во многих прибрежных районах попеременно с суши на море и с моря на сушу. Во время летнего муссона суша теплее океана, и теплый воздух, поднимаясь над ней, в верхних слоях атмосферы растекается в стороны. В результате вблизи поверхности создается низкое давление, что способствует притоку влажного воздуха с океана. Во время зимнего муссона суша холоднее океана, и поэтому холодный воздух опускается над сушей и стекает в сторону океана. В районах муссонного климата могут развиваться и бризы, однако они охватывают только приземный слой атмосферы и проявляются лишь в прибрежной полосе.
Муссонный климат характеризуется ярко выраженной сезонной сменой районов, из которых поступают воздушные массы – континентальные зимой и морские летом; преобладанием ветров, дующих с моря летом и с суши зимой; летним максимумом осадков, облачности и влажности.
Окрестности Бомбея на западном побережье Индии (ок. 20° с.ш.) – классический пример района с муссонным климатом. В феврале там примерно 90% времени дуют ветры северо-восточных румбов, а в июле – ок. 92% времени – юго-западных румбов. Средняя сумма осадков в феврале 2,5 мм, а в июле – 693 мм. Среднее число дней с осадками в феврале 0,1, а в июле – 21. Средняя облачность февраля 13%, июля – 88%. Средняя относительная влажность составляет 71% в феврале и 87% – в июле.
ВЛИЯНИЕ РЕЛЬЕФА
Крупнейшие орографические препятствия (горы) оказывают существенное влияние на климат суши.
Термический режим.
В нижних слоях атмосферы температура понижается примерно на 0,65° C с подъемом на каждые 100 м; в районах с длинной зимой температура это происходит немного медленнее, особенно в нижнем 300-метровом слое, а в районах с длинным летом – несколько быстрее. Наиболее тесная связь между средними температурами и высотой наблюдается в горах. Поэтому изотермы средних температур, например, таких районов, как Колорадо, в общих чертах повторяют рисунок горизонталей топографических карт.
Облачность и осадки.
Когда воздух встречает на своем пути горный хребет, он вынужден подниматься вверх. При этом воздух охлаждается, что приводит к снижению его влагоемкости и конденсации водяного пара (образованию облаков и выпадению осадков) на наветренной стороне гор. При конденсации влаги воздух нагревается и, достигнув подветренной стороны гор, становится сухим и теплым. Таким образом в Скалистых горах возникает ветер «чинук».
| Таблица 4. ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ МАТЕРИКОВ И ОСТРОВОВ ОКЕАНИИ | ||||
| Регион | Максимальная температура, °С |
Место | Минимальная температура, °С |
Место |
| Северная Америка | 57 | Долина Смерти, Калифорния, США | –66 | Нортис, Гренландия 1 |
| Южная Америка | 49 | Ривадавия, Аргентина | –33 | Сармьенто, Аргентина |
| Европа | 50 | Севилья, Испания | –55 | Усть-Щугор, Россия |
| Азия | 54 | Тират-Зеви, Израиль | –68 | Оймякон, Россия |
| Африка | 58 | Эль-Азизия, Ливия | –24 | Ифран, Марокко |
| Австралия | 53 | Клонкарри, Австралия | –22 | Шарлотт-Пасс, Австралия |
| Антарктида | 14 | Эсперанса, Антарктический полуостров | –89 | Станция Восток, Антарктида |
| Океания | 42 | Тугегарао, Филиппины | –10 | г. Халеакала, Гавайские острова, США |
| 1 В материковой части Северной Америки минимальная зарегистрированная температура составила –63° С (Снаг, Юкон, Канада) |
||||
| Таблица 5. ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ СРЕДНЕГО ГОДОВОГО КОЛИЧЕСТВА ОСАДКОВ НА МАТЕРИКАХ И ОСТРОВАХ ОКЕАНИИ | ||||
| Регион | Максимум, мм | Место | Минимум, мм | Место |
| Северная Америка | 6657 | Хендерсон-Лейк, Британская Колумбия, Канада | 30 | Батагес, Мексика |
| Южная Америка | 8989 | Кибдо, Колумбия | Арика, Чили | |
| Европа | 4643 | Црквице, Югославия | 163 | Астрахань, Россия |
| Азия | 11430 | Черапунджи, Индия | 46 | Аден, Йемен |
| Африка | 10277 | Дебунджа, Камерун | Вади-Хальфа, Судан | |
| Австралия | 4554 | Талли, Австралия | 104 | Малка, Австралия |
| Океания | 11684 | г. Ваиалеале, Гавайи, США | 226 | Пуако, Гавайи, США |
СИНОПТИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ
Воздушные массы.
Воздушная масса – огромный объем воздуха, свойства которого (главным образом температура и влажность) сформировались под воздействием подстилающей поверхности в определенном регионе и постепенно меняются по мере его перемещения из очага формирования в горизонтальном направлении.
Воздушные массы выделяются прежде всего по термическим характеристикам районов формирования, например тропические и полярные. Перемещение из одних областей в другие воздушных масс, сохраняющих многие первоначальные характеристики, можно проследить по синоптическим картам. Например, холодный и сухой воздух из Канадской Арктики, перемещаясь над территорией США, медленно прогревается, но остается сухим. Аналогичным образом теплые влажные тропические воздушные массы, формирующиеся над Мексиканским заливом, остаются влажными, но могут нагреваться или охлаждаться в зависимости от свойств подстилающей поверхности. Конечно, такая трансформация воздушных масс усиливается по мере изменения условий, встречающихся на их пути.
Когда обладающие разными свойствами воздушные массы из удаленных очагов формирования вступают в контакт, они сохраняют свои особенности. Бóльшую часть времени своего существования они разделены более или менее четко выраженными переходными зонами, где резко изменяются температура, влажность и скорость ветра. Затем воздушные массы перемешиваются, рассеиваются и, в конце концов, перестают существовать как обособленные тела. Переходные зоны между движущимися воздушными массами называются «фронтами».
Фронты
проходят по ложбинам барического поля, т.е. вдоль изолиний низкого давления. При пересечении фронта направление ветра обычно резко меняется. В полярных воздушных массах ветер может быть северо-западным, тогда как в тропических – южным. Самая плохая погода устанавливается вдоль фронтов и в более холодной области вблизи фронта, где теплый воздух скользит вверх по клину плотного холодного воздуха и охлаждается. В результате образуются облака и выпадают осадки. Иногда вдоль фронта формируются внетропические циклоны. Фронты формируются также, когда соприкасаются холодные северные и теплые южные воздушные массы, находящиеся в центральной части циклона (области с низким атмосферным давлением).
Существует четыре типа фронтов. Стационарный фронт формируется на более или менее стабильной границе между полярными и тропическими воздушными массами. Если в приземном слое холодный воздух отступает, а теплый надвигается, образуется теплый фронт. Обычно перед приближающимся теплым фронтом небо закрыто сплошной облачностью, идут дожди или падает снег, а температура постепенно повышается. Когда фронт проходит, дождь прекращается, а температура остается высокой. При прохождении холодного фронта холодный воздух надвигается, а теплый отступает. Дождливая, ветреная погода наблюдается в узкой полосе вдоль холодного фронта. Напротив, теплому фронту предшествует широкая зона облачности и дождей. Фронт окклюзии сочетает в себе черты как теплого, так и холодного фронтов и обычно связан со старым циклоном.
Циклоны и антициклоны.
Циклоны – это крупномасштабные атмосферные возмущения в области низкого давления. В Северном полушарии ветры дуют из области высокого в область низкого давления против часовой стрелки, а в Южном полушарии – по часовой стрелке. В циклонах умеренных широт, называемых внетропическими, обычно выражен холодный фронт, а теплый, если и существует, не всегда хорошо заметен. Внетропические циклоны часто формируются с подветренной стороны горных хребтов, например над восточными склонами Скалистых гор и вдоль восточных берегов Северной Америки и Азии. В умеренных широтах с циклонами связана бóльшая часть осадков.
Антициклон – это область повышенного давления воздуха. Обычно с ним связана хорошая погода при ясном или малооблачном небе. В Северном полушарии дующие из центра антициклона ветры отклоняются по часовой стрелке, а в Южном – против часовой стрелки. Размеры антициклонов обычно больше, чем циклонов, и перемещаются они медленнее.
Поскольку в антициклоне воздух растекается от центра к периферии, более высокие слои воздуха опускаются, компенсируя его отток. В циклоне, наоборот, воздух, вытесняемый сходящимися ветрами, поднимается вверх. Поскольку именно восходящие движения воздуха приводят к формированию облаков, облачность и осадки приурочены бóльшей частью к циклонам, тогда как в антициклонах преобладает ясная или малооблачная погода.
Тропические циклоны (ураганы, тайфуны)
Тропические циклоны (ураганы, тайфуны) – это общее название для циклонов, которые формируются над океанами в тропиках (за исключением холодных вод Южной Атлантики и юго-восточной части Тихого океана) и не содержат контрастных воздушных масс. Тропические циклоны возникают в разных районах мира, обычно обрушиваясь на восточные и приэкваториальные районы материков. Они встречаются в южной и юго-западной части Северной Атлантики (включая Карибское море и Мексиканский залив), в северной части Тихого океана (к западу от мексиканского побережья, в районе Филиппинских о-вов и в Китайском море), в Бенгальском заливе и Аравийском море, в южной части Индийского океана у берегов Мадагаскара, у северо-западного побережья Австралии и в южной части Тихого океана – от побережья Австралии до 140° з.д.
По международному соглашению, тропические циклоны классифицируют в зависимости от силы ветра. Выделяют тропические депрессии со скоростью ветра до 63 км/ч, тропические штормы (скорость ветра от 64 до 119 км/ч) и тропические ураганы, или тайфуны (скорость ветра более 120 км/ч).
В некоторых районах земного шара тропические циклоны имеют местные названия: в Северной Атлантике и Мексиканском заливе – ураганы (на о.Гаити – тайно); в Тихом океане у западного побережья Мексики – кордонасо, в западных и большинстве южных районов – тайфуны, на Филиппинах – багуйо, или баруйо; в Австралии – вилли-вилли.
Тропический циклон – это огромный атмосферный вихрь диаметром от 100 до 1600 км, сопровождающийся сильными разрушительными ветрами, ливневыми дождями и высокими нагонами (повышением уровня моря под воздействием ветра). Зародившиеся тропические циклоны обычно движутся на запад, несколько отклоняясь к северу, с возрастающей скоростью перемещения и увеличиваясь в размерах. После движения в направлении полюса тропический циклон может «развернуться», влиться в западный перенос умеренных широт и начать двигаться на восток (однако такая смена направления движения происходит не всегда).
Вращающиеся против часовой стрелки циклонические ветры Северного полушария имеют максимальную силу в поясе диаметром 30–45 км и более, начинающемся от «глаза бури». Скорость ветра вблизи земной поверхности может достигать 240 км/ч. В центре тропического циклона обычно находится свободный от облаков участок диаметром от 8 до 30 км, который и называется «глазом бури», так как небо здесь часто бывает ясным (или малооблачным), а ветер обычно очень слабый. Зона разрушительных ветров на пути движения тайфуна имеет ширину 40–800 км. Развиваясь и перемещаясь, циклоны преодолевают расстояния в несколько тысяч километров, например, от очага формирования в Карибском море или в тропической Атлантике до внутриматериковых районов или Северной Атлантики.
Хотя ураганные ветры в центре циклона достигают огромной скорости, сам ураган может перемещаться очень медленно и даже останавливаться на некоторое время, что особенно характерно для циклонов тропических широт, которые обычно движутся со скоростью не более 24 км/ч. По мере удаления циклона от тропиков скорость его продвижения обычно возрастает и в отдельных случаях достигает 80 км/ч и более.
Ураганные ветры могут причинить большой ущерб. Хотя они слабее, чем в смерче, тем не менее способны валить деревья, опрокидывать дома, обрывать линии электропередачи и даже пускать под откос поезда. Но к самым большим человеческим жертвам приводят наводнения, связанные с ураганами. По мере продвижения шторма часто образуются огромные волны, а уровень моря может за несколько минут подняться более чем на 2 м. Небольшие суда оказываются выброшенными на берег. Гигантские волны разрушают дома, дороги, мосты и другие расположенные на берегу постройки и способны размыть даже длительно существующие песчаные острова. Бóльшая часть ураганов сопровождается проливными дождями, которые заливают поля и портят посевы, размывают дороги и сносят мосты, затопляют низкорасположенные населенные пункты.
Совершенствование прогнозов, сопровождаемых оперативными штормовыми предупреждениями, привело к значительному сокращению числа человеческих жертв. Когда формируется тропический циклон, увеличивается частота трансляции прогнозов. Важнейшим источником информации являются сообщения с самолетов, специально оснащенных для наблюдений за циклонами. Такие самолеты патрулируют на расстоянии сотен километров от побережья, часто проникая в центр циклона для получения точных сведений о его положении и движении.
Участки побережья, наиболее подверженные ураганам, оборудованы радиолокационными установками для их обнаружения. В результате шторм может быть зафиксирован и прослежен на расстоянии до 400 км от радиолокационной станции.
Смерч (торнадо)
Смерч (торнадо) – вращающееся воронкообразное облако, которое протягивается к земле от основания грозового облака. Цвет его меняется от серого до черного. Приблизительно в 80% торнадо на территории США максимальные скорости ветра достигают 65–120 км/ч и только в 1% – 320 км/ч и выше. Приближающийся торнадо обычно издает шум, подобный грохоту движущегося товарного поезда. Несмотря на сравнительно небольшие размеры, смерчи относятся к наиболее опасным штормовым явлениям.
С 1961 по 1999 на территории США от торнадо погибало в среднем 82 человека в год. Однако вероятность того, что смерч пройдет в данном месте, крайне низка, поскольку средняя длина его пробега довольно коротка (ок. 25 км), а полоса охвата невелика (шириной менее 400 м).
Смерч зарождается на высотах до 1000 м над поверхностью. Некоторые из них так и не достигают земли, другие могут коснуться ее и вновь подняться. Смерчи обычно связаны с грозовыми облаками, из которых на землю выпадает град, и могут возникать группами по два и более. В этом случае первым образуется более мощный смерч, а затем еще один или несколько более слабых вихрей.
Для формирования смерча в воздушных массах необходим резкий контраст температуры, влажности, плотности и параметров воздушных потоков. Прохладный и сухой воздух с запада или северо-запада надвигается на теплый и влажный воздух, находящийся в приземном слое. Это сопровождается сильными ветрами в узкой переходной зоне, где происходят сложные преобразования энергии, которые могут вызвать формирование вихря. Вероятно, смерч образуется только при строго определенном сочетании нескольких довольно обычных факторов, изменяющихся в широких пределах.
Смерчи отмечаются по всему земному шару, но наиболее благоприятные условия для их формирования имеются в центральных районах США. Частота возникновения торнадо обычно повышается в феврале во всех восточных штатах, прилегающих к Мексиканскому заливу, и достигает максимума в марте. На территории Айовы и Канзаса их наибольшая частота приходится на май–июнь. С июля по декабрь число торнадо в целом по стране быстро сокращается. Среднее количество смерчей на территории США ок. 800 в год, причем половина из них приходится на апрель, май и июнь. Наибольших величин этот показатель достигает в Техасе (120 в год), а наименьших – в северо-восточных и западных штатах (1 в год).
Разрушения, вызванные смерчами, ужасны. Они происходят как из-за ветра огромной силы, так и из-за больших перепадов давления на ограниченной площади. Смерч способен разнести на кусочки здание и разметать его по воздуху. Могут обрушиваться стены. Резкое снижение давления приводит к тому, что тяжелые предметы, даже находящиеся внутри зданий, поднимаются в воздух, как бы всасываемые гигантским насосом, и иногда переносятся на значительные расстояния.
Невозможно предсказать, где именно образуется смерч. Однако можно определить район площадью ок. 50 тыс. кв. км, внутри которого вероятность появления смерчей достаточно высока.
Грозы
Грозы, или грозовые бури, представляют собой локальные атмосферные возмущения, связанные с развитием кучево-дождевых облаков. Такие бури всегда сопровождаются громом и молниями и обычно сильными порывами ветра и ливневыми осадками. Иногда выпадает град. Бóльшая часть гроз заканчивается быстро, и даже самые длительные из них редко продолжаются более одного-двух часов.
Грозы возникают из-за атмосферной неустойчивости и связаны в основном с перемешиванием слоев воздуха, которые стремятся достичь более устойчивого распределения по плотности. Мощные восходящие потоки воздуха являются отличительной особенностью начальной стадии грозы. Сильные нисходящие движения воздуха в зонах ливневых осадков характерны для ее заключительной фазы. Грозовые облака часто достигают высоты 12–15 км в умеренных широтах и еще большей – в тропиках. Их вертикальный рост ограничен устойчивым состоянием нижних слоев стратосферы.
Уникальным свойством гроз является их электрическая активность. Молния может наблюдаться внутри развивающегося кучевого облака, между двумя облаками или между облаком и землей. В действительности разряд молнии почти всегда состоит из нескольких разрядов, проходящих по одному и тому же каналу, причем они проходят так быстро, что воспринимаются невооруженным глазом как один и тот же разряд.
Пока еще не совсем ясно, каким образом происходит в атмосфере разделение крупных зарядов противоположного знака. Большинство исследователей полагает, что этот процесс связан с различиями в размерах жидких и замерзших капель воды, а также с вертикальными воздушными потоками. Электрический заряд грозового облака индуцирует заряд на земной поверхности под собой и заряды противоположного знака вокруг основания облака. Между противоположно заряженными участками облака и земной поверхностью возникает огромная разность потенциалов. Когда она достигнет достаточной величины, происходит электрический разряд – вспышка молнии.
Гром, сопровождающий разряд молнии, вызван мгновенным расширением воздуха на пути разряда, которое происходит при внезапном его нагревании молнией. Гром чаще слышен как продолжительные раскаты, а не как одиночный удар, так как возникает вдоль всего канала разряда молнии, и поэтому звук преодолевает расстояние от своего источника до наблюдателя в несколько этапов.
Струйные воздушные течения
– извилистые «реки» сильных ветров в умеренных широтах на высотах 9–12 км (к которым обычно приурочены дальние перелеты реактивных самолетов), дующих со скоростью иногда до 320 км/ч. Самолет, летящий по направлению струйного течения, экономит много горючего и времени. Поэтому прогноз распространения и силы струйных течений имеет существенное значение для планирования полетов и воздушной навигации в целом.
Синоптические карты (Карты погоды)
Для характеристики и изучения многих атмосферных явлений, а также для прогноза погоды необходимо одновременно проводить различные наблюдения во множестве пунктов и фиксировать полученные данные на картах. В метеорологии обычно применяется т.н. синоптический метод.
Приземные синоптические карты.
На территории США каждый час (в некоторых странах – реже) проводятся наблюдения за погодой. Характеризуется облачность (плотность, высота и вид); снимаются показания барометров, к которым вводятся поправки для приведения полученных величин к уровню моря; фиксируются направление и скорость ветра; измеряются количество жидких или твердых осадков и температура воздуха и почвы (в срок наблюдения, максимальная и минимальная); определяется влажность воздуха; тщательно фиксируются условия видимости и все прочие атмосферные явления (например, гроза, туман, дымка и т.п.).
Каждый наблюдатель затем кодирует и передает информацию по Международному метеорологическому коду. Поскольку эта процедура стандартизирована Всемирной метеорологической организацией, такие данные могут быть легко расшифрованы в любом районе мира. Кодирование занимает ок. 20 минут, после чего сообщения передаются в центры сбора информации и происходит международный обмен данными. Затем результаты наблюдений (в виде цифр и условных знаков) наносятся на контурную карту, на которой точками указаны метеорологические станции. Таким образом синоптик получает представление о погодных условиях в пределах крупного географического региона. Общая картина становится еще более наглядной после соединения точек, в которых зафиксировано одинаковое давление, плавными сплошными линиями – изобарами и нанесения границ между разными воздушными массами (атмосферных фронтов). Выделяются также районы с высоким или низким давлением. Карта станет еще более выразительной, если закрасить или заштриховать территории, над которыми в момент наблюдений выпадали осадки.
Синоптические карты приземного слоя атмосферы являются одним из основных инструментов прогноза погоды. Специалист, разрабатывающий прогноз, сравнивает серии синоптических карт на разные моменты наблюдений и изучает динамику барических систем, отмечая изменения температуры и влажности внутри воздушных масс по мере их перемещения над различными типами подстилающей поверхности.
Высотные синоптические карты.
Облака перемещаются воздушными течениями обычно на значительных высотах над земной поверхностью. Поэтому для метеоролога важно располагать надежными данными для многих уровней атмосферы. На основании данных, полученных при помощи метеозондов, самолетов и спутников, составляются карты погоды для пяти высотных уровней. Эти карты передаются в синоптические центры.
ПРОГНОЗ ПОГОДЫ
Прогноз погоды составляется на основе человеческих знаний и возможностей компьютера. Традиционной составной частью создания прогноза является анализ карт, показывающих структуру атмосферы по горизонтали и по вертикали. На их основе специалист по прогнозу может оценить развитие и движение синоптических объектов. Использование в метеорологической сети компьютеров существенно облегчает прогноз температуры, давления и других метеорологических элементов.
Для прогноза погоды, кроме мощного компьютера, необходимы широкая сеть наблюдений за погодой и надежный математический аппарат. Непосредственные наблюдения обеспечивают математические модели необходимыми для их калибровки данными.
Идеальный прогноз должен оправдываться по всем параметрам. Установить причину ошибок в прогнозе сложно. Метеорологи считают прогноз оправдавшимся, если его ошибка меньше, чем предсказание погоды с применением одного из двух методов, не требующих специальных познаний в области метеорологии. Первый из них, называющийся инерционным, допускает, что характер погоды не изменится. Второй метод исходит из того, что характеристики погоды будут соответствовать средним месячным на данное число.
Продолжительность срока, в течение которого прогноз оправдывается (т.е. дает лучший результат, чем один из двух названных подходов), зависит не только от качества наблюдений, математического аппарата, вычислительной техники, но также и от масштаба прогнозируемого метеорологического явления. Вообще говоря, чем крупнее явление погоды, тем на более длительный срок его можно прогнозировать. Например, часто степень развития и пути движения циклонов можно прогнозировать на несколько дней вперед, но поведение конкретного кучевого облака может быть предсказано не более чем на ближайший час. Эти ограничения, по-видимому, обусловлены особенностями атмосферы и не могут быть пока преодолены с помощью более тщательных наблюдений или более точных уравнений.
Атмосферные процессы развиваются хаотически. Это означает, что для прогноза различных явлений в разном пространственно-временнóм масштабе необходимы разные подходы, в частности, для прогноза поведения крупных циклонов умеренных широт и локальных сильных гроз, а также для долгосрочных прогнозов. Например, прогноз давления воздуха на сутки в приземном слое является почти таким же точным, как измерения с помощью метеозондов, по которым его проверяли. И наоборот, трудно дать детальный трехчасовой прогноз перемещения линии шквалов – полосы интенсивных осадков перед холодным фронтом и в целом параллельно ему, в пределах которой могут зарождаться смерчи. Метеорологи пока могут только предварительно выделять обширные районы возможного возникновения линий шквалов. Когда они зафиксированы на космическом снимке или при помощи радиолокатора, их продвижение можно экстраполировать только на один-два часа, и поэтому важно своевременно довести сводку погоды до населения. Предсказание неблагоприятных кратковременных метеорологических явлений (шквалов, града, смерчей и пр.) называется срочным прогнозом. Разрабатываются компьютерные методики прогнозирования этих опасных явлений погоды.
С другой стороны, существует проблема прогнозов долгосрочных, т.е. более чем на несколько дней вперед, для которых абсолютно необходимы наблюдения за погодой в пределах всего земного шара, но даже и этого оказывается недостаточно. Поскольку турбулентная природа атмосферы ограничивает возможности предсказания погоды на большой территории примерным сроком до двух недель, прогноз на более продолжительное время должен основываться на факторах, которые предсказуемым образом воздействуют на атмосферу и при этом сами будут известны более чем за две недели. Одним из таких факторов является температура поверхности океана, которая медленно меняется в течение недель и месяцев, влияет на синоптические процессы и может быть использована для выявления районов с аномальными температурами и количеством осадков.
ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯПОГОДЫ И КЛИМАТА
Загрязнение воздуха.
Глобальное потепление.
Содержание углекислого газа в атмосфере Земли с 1850 выросло примерно на 15% и, согласно прогнозу, должно увеличиться почти на столько же к 2015, по всей вероятности, из-за сжигания ископаемого топлива: угля, нефти и газа. Предполагается, что в результате этого процесса средняя годовая температура на земном шаре повысится приблизительно на 0,5° С, а позже, в 21 в., станет еще выше. Последствия глобального потепления предсказать трудно, но вряд ли они будут благоприятными.
Озон,
молекула которого состоит из трех атомов кислорода, встречается главным образом в атмосфере. Наблюдения, проводившиеся с середины 1970-х до середины 1990-х годов, показали, что концентрация озона над Антарктидой значительно изменялась: уменьшалась весной (в октябре), когда образовывалась т.н. «озоновая дыра», а затем вновь повышалась до нормальной величины летом (в январе). За рассматриваемый период в этом регионе прослеживается отчетливая тенденция к снижению весеннего минимального содержания озона. Глобальные наблюдения при помощи спутников указывают на несколько меньшее, но заметное уменьшение концентрации озона, происходящее повсеместно, за исключением приэкваториальной зоны. Предполагается, что это произошло из-за широкого применения фторхлорсодержащих хладонов (фреонов) в холодильных установках и для других целей.
Эль Ниньо.
Один раз в несколько лет на востоке экваториальной области Тихого океана происходит чрезвычайно сильное потепление. Обычно оно начинается в декабре и продолжается несколько месяцев. Из-за близости по времени к Рождеству это явление получило название «Эль Ниньо», что в переводе с испанского означает «младенец (Христос)». Сопутствующие ему атмосферные явления были названы Южным колебанием, так как впервые наблюдались в Южном полушарии. Из-за теплой водной поверхности конвективный подъем воздуха отмечается в восточной части Тихого океана, а не в западной, как обычно. В результате область сильных дождей смещается из западных районов Тихого океана в восточные.
Засухи в Африке.
Упоминания о засухе в Африке восходят к библейской истории. В более близкое нам время, в конце 1960-х – начале 1970-х годов, засуха в Сахеле, на южной окраине Сахары, привела к гибели 100 тыс. человек. Засуха 1980-х годов нанесла аналогичный урон Восточной Африке. Неблагоприятные климатические условия этих регионов усиливались перевыпасом скота, истреблением лесов и военными действиями (как, например, в Сомали в 1990-х годах).
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Метеорологические приборы предназначены как для непосредственных срочных измерений (термометр или барометр для измерения температуры или давления), так и для непрерывной регистрации тех же элементов во времени, как правило, в виде графика или кривой (термограф, барограф). Ниже характеризуются только приборы для срочных измерений, но почти все они существуют также и в виде самописцев. По сути, это те же измерительные приборы, но имеющие перо, рисующее линию на движущейся бумажной ленте.
Термометры.
Жидкостные стеклянные термометры.
В метеорологических термометрах чаще всего используется способность жидкости, заключенной в стеклянную колбочку, к расширению и сжатию. Обычно стеклянная капиллярная трубочка заканчивается шаровидным расширением, которое служит резервуаром для жидкости. Чувствительность такого термометра находится в обратной зависимости от площади поперечного сечения капилляра и в прямой – от объема резервуара и от разности коэффициентов расширения данной жидкости и стекла. Поэтому чувствительные метеорологические термометры имеют большие резервуары и тонкие трубки, а используемые в них жидкости с увеличением температуры расширяются значительно быстрее, чем стекло.
Выбор жидкости для термометра зависит в основном от диапазона измеряемых температур. Ртуть используется для измерения температур выше –39° С – точки ее замерзания. Для более низких температур применяются жидкие органические соединения, например этиловый спирт.
Точность проверенного стандартного метеорологического стеклянного термометра ± 0,05° С. Главная причина погрешности ртутного термометра связана с постепенными необратимыми изменениями упругих свойств стекла. Они приводят к уменьшению объема стекла и повышению точки отсчета. Кроме того, ошибки могут возникать в результате неправильного считывания показаний или из-за размещения термометра в месте, где температура не соответствует истинной температуре воздуха в окрестностях метеостанции.
Погрешности спиртовых и ртутных термометров сходны. Дополнительные ошибки могут возникать из-за сил сцепления между спиртом и стеклянными стенками трубки, поэтому при быстром понижении температуры часть жидкости удерживается на стенках. Кроме того, спирт на свету уменьшает свой объем.
Минимальный термометр
предназначен для определения самой низкой температуры за данные сутки. Для этих целей обычно используется стеклянный спиртовой термометр. В спирт погружается стеклянный штифт-указатель с утолщениями на концах. Термометр работает в горизонтальном положении. При понижении температуры столбик спирта отступает, увлекая за собой штифт, а при повышении – спирт его обтекает, не сдвигая с места, и поэтому штифт фиксирует минимальную температуру. Возвращают термометр в рабочее состояние, опрокидывая резервуаром вверх, чтобы штифт вновь пришел в соприкосновение со спиртом.
Максимальный термометр
используется для определения самой высокой температуры за данные сутки. Обычно это стеклянный ртутный термометр, похожий на медицинский. В стеклянной трубке вблизи резервуара имеется сужение. Ртуть выдавливается через это сужение во время повышения температуры, а при понижении сужение препятствует ее оттоку в резервуар. Такой термометр вновь подготавливают к работе на специальной вращающейся установке.
Биметаллический термометр
состоит из двух тонких лент металла, например медной и железной, которые при нагревании расширяются в разной степени. Их плоские поверхности плотно прилегают одна к другой. Такая биметаллическая лента скручена в спираль, один конец которой жестко закреплен. При нагревании или охлаждении спирали два металла расширяются или сжимаются по-разному, а спираль либо раскручивается, либо туже скручивается. По указателю, прикрепленному к свободному концу спирали, судят о величине этих изменений. Примерами биметаллических термометров являются комнатные термометры с круглым циферблатом.
Электрические термометры.
К таким термометрам относится устройство с полупроводниковым термоэлементом – терморезистор, или термистор. Термоэлемент характеризуется большим отрицательным коэффициентом сопротивления (т.е. его сопротивление быстро уменьшается с повышением температуры). Преимуществами терморезистора являются высокая чувствительность и быстрота реакции на изменение температуры. Калибровка терморезистора со временем меняется. Терморезисторы применяются на метеорологических спутниках, шарах-зондах и в большей части комнатных цифровых термометров.
Барометры.
Ртутный барометр
– это стеклянная трубка длиной ок. 90 см, заполненная ртутью, запаянная с одного конца и опрокинутая в чашку со ртутью. Под действием силы тяжести часть ртути выливается из трубки в чашку, а из-за давления воздуха на поверхность чашки ртуть поднимается по трубке. Когда между этими двумя противодействующими силами устанавливается равновесие, высота ртути в трубке над поверхностью жидкости в резервуаре соответствует атмосферному давлению. Если давление воздуха возрастает, уровень ртути в трубке поднимается. Средняя высота ртутного столба в барометре на уровне моря составляет ок. 760 мм.
Барометр-анероид
состоит из запаянной коробки, из которой частично откачан воздух. Одна ее поверхность представляет собой эластичную мембрану. Если атмосферное давление увеличивается, мембрана прогибается внутрь, если уменьшается – выгибается наружу. Прикрепленный к ней указатель фиксирует эти изменения. Барометры-анероиды компактны и сравнительно недороги и используются как в помещении, так и на стандартных метеорологических радиозондах. См. также БАРОМЕТР .
Приборы для измерения влажности.
Психрометр
состоит из двух расположенных рядом термометров: сухого, измеряющего температуру воздуха, и смоченного, резервуар которого обернут тканью (батистом), увлажненной дистиллированной водой. Воздух обтекает оба термометра. Из-за испарения воды с ткани смоченный термометр обычно показывает более низкую температуру, чем сухой. Чем ниже относительная влажность, тем больше разность показаний термометров. На основе этих показаний при помощи специальных таблиц и определяется относительная влажность.
Волосной гигрометр
измеряет относительную влажность на основании изменений длины человеческого волоса. Для удаления натуральных жиров волос сначала вымачивают в этиловом спирте, а затем промывают в дистиллированной воде. Длина подготовленного таким образом волоса имеет почти логарифмическую зависимость от относительной влажности в диапазоне от 20 до 100%. Время, необходимое для реакции волоса на изменение влажности, зависит от температуры воздуха (чем ниже температура, тем оно больше). В волосном гигрометре при увеличении или уменьшении длины волоса специальный механизм передвигает указатель по шкале. Такие гигрометры обычно используют для измерения относительной влажности в помещениях.
Электролитические гигрометры.
Чувствительным элементом этих гигрометров служит стеклянная или пластмассовая пластинка, покрытая углеродом или хлоридом лития, сопротивление которых меняется в зависимости от относительной влажности. Такие элементы обычно используются в комплектах приборов для метеорологических шаров-зондов. При прохождении зонда сквозь облако прибор увлажняется, а его показания в течение довольно длительного времени (пока зонд не окажется за пределами облака и не высохнет чувствительный элемент) искажаются.
Приборы для измерения скорости ветра.
Чашечные анемометры.
Скорость ветра обычно измеряют при помощи чашечного анемометра. Этот прибор состоит из трех или более конусообразных чашек, вертикально прикрепленных к концам металлических стержней, которые радиально-симметрично отходят от вертикальной оси. Ветер действует с наибольшей силой на вогнутые поверхности чашек и заставляет ось поворачиваться. В некоторых типах чашечных анемометров свободному вращению чашек препятствует система пружин, по величине деформации которых и определяется скорость ветра.
В анемометрах со свободно вращающимися чашками скорость вращения, примерно пропорциональная скорости ветра, измеряется электрическим счетчиком, который сигнализирует, когда определенный объем воздуха обтекает анемометр. Электрический сигнал включает световой сигнал и записывающее устройство на метеостанции. Часто чашечный анемометр механически соединяют с магнето, и напряжение или частоту генерируемого электрического тока соотносят со скоростью ветра.
Анемометр
с мельничной вертушкой состоит из трех- четырехлопастного пластмассового винта, укрепленного на оси магнето. Винт при помощи флюгера, внутри которого размещено магнето, постоянно направляется против ветра. Сведения о направлении ветра поступают по телеметрическим каналам на наблюдательную станцию. Электрический ток, вырабатываемый магнето, изменяется в прямой зависимости от скорости ветра.
Шкала Бофорта.
Скорость ветра оценивается визуально по его воздействию на окружающие наблюдателя предметы. В 1805 Фрэнсис Бофорт, моряк британского флота, для характеристики силы ветра на море разработал 12-балльную шкалу. В 1926 к ней были добавлены оценки скорости ветра на суше. В 1955, чтобы различать ураганные ветры разной силы, шкала была расширена до 17 баллов. Современный вариант шкалы Бофорта (табл. 6) позволяет оценивать скорость ветра без использования каких-либо приборов.
| Таблица 6. ШКАЛА БОФОРТА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛЫ ВЕТРА | |||
| Баллы | Визуальные признаки на суше | Скорость ветра, км/ч | Термины, определяющие силу ветра |
| 0 | Спокойно; дым поднимается вертикально | Менее 1,6 | Штиль |
| 1 | Направление ветра заметно по отклонению дыма, но не по флюгеру | 1,6–4,8 | Тихий |
| 2 | Ветер ощущается кожей лица; шелестят листья; поворачиваются обычные флюгеры | 6,4–11,2 | Легкий |
| 3 | Листья и мелкие веточки находятся в постоянном движении; развеваются легкие флаги | 12,8–19,2 | Слабый |
| 4 | Ветер поднимает пыль и бумажки; раскачиваются тонкие ветви | 20,8–28,8 | Умеренный |
| 5 | Качаются покрытые листвой деревья; появляется рябь на водоемах суши | 30,4–38,4 | Свежий |
| 6 | Качаются толстые ветви; слышен свист ветра в электропроводах; трудно удерживать зонт | 40,0–49,6 | Сильный |
| 7 | Качаются стволы деревьев; трудно идти против ветра | 51,2–60,8 | Крепкий |
| 8 | Ломаются ветви деревьев; практически невозможно идти против ветра | 62,4–73,6 | Очень крепкий |
| 9 | Небольшие повреждения; ветер срывает дымовые колпаки и черепицу с крыш | 75,2–86,4 | Шторм |
| 10 | На суше бывает редко. Деревья выворачиваются с корнями. Значительные разрушения строений | 88,0–100,8 | Сильный шторм |
| 11 | На суше бывает очень редко. Сопровождается разрушениями на большом пространстве | 102,4–115,2 | Жестокий шторм |
| 12 | Сильные разрушения (Баллы 13–17 были добавлены Бюро погоды США в 1955 и применяются в шкалах США и Великобритании) |
116,8–131,2 | Ураган |
| 13 | 132,8–147,2 | ||
| 14 | 148,8–164,8 | ||
| 15 | 166,4–182,4 | ||
| 16 | 184,0–200,0 | ||
| 17 | 201,6–217,6 | ||
Приборы для измерения осадков.
Атмосферные осадки состоят из частиц воды как в жидком, так и твердом виде, которые поступают из атмосферы на земную поверхность. В стандартных незаписывающих осадкомерах приемная воронка вставлена в измерительный цилиндр. Соотношение площади верхней части воронки и поперечного сечения мерного цилиндра 10:1, т.е. 25 мм выпавших осадков будут соответствовать в цилиндре отметке 250 мм.
Записывающие осадкомеры – плювиографы – автоматически взвешивают собранную воду или подсчитывают, сколько раз маленький измерительный сосуд наполнится дождевой водой и автоматически опорожнится.
Если ожидается выпадение осадков в виде снега, воронка и измерительный стакан убираются, а снег собирается в осадкомерное ведро. Когда снег сопровождается умеренным или сильным ветром, количество снега, попадающее в сосуд, не соответствует действительному количеству осадков. Высота снежного покрова определяется измерением мощности слоя снега в пределах типичной для данного района территории, причем берется среднее значение по меньшей мере трех измерений. Для установления водного эквивалента на участках, где воздействие метелевого переноса минимально, в толщу снега погружают цилиндр и вырезают столбик снега, который растапливают или взвешивают. Количество осадков, измеряемое осадкомером, зависит от его расположения. Турбулентность воздушного потока, вызванная самим прибором или окружающими его препятствиями, приводит к занижению количества попадающих в измерительный стакан осадков. Поэтому осадкомер устанавливается на ровной поверхности как можно дальше от деревьев и других препятствий. Для снижения воздействия вихрей, создаваемых самим прибором, используется защитный экран.
АЭРОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ
Приборы для измерения высоты облаков.
Простейший способ определения высоты облака состоит в измерении времени, которое требуется небольшому воздушному шару, отпущенному с поверхности земли, для достижения основания облака. Высота его равна произведению средней скорости подъема воздушного шара на время полета.
Другой способ заключается в наблюдении пятна света, образованного на основании облака направленным вертикально вверх лучом прожектора. С расстояния ок. 300 м от прожектора измеряется угол между направлением на это пятно и лучом прожектора. Высота облака рассчитывается методом триангуляции подобно тому, как измеряются расстояния при топографической съемке. Предложенная система может работать автоматически днем и ночью. Для наблюдения за пятном света на основаниях облаков применяется фотоэлемент.
Высота облачности измеряется также при помощи радиоволн – посылаемых радиолокатором импульсов длиной 0,86 см. Высота облака определяется по времени, которое требуется радиоимпульсу для достижения облака и возвращения назад. Поскольку облака частично проницаемы для радиоволн, этот метод применяется для определения высоты слоев при многослойной облачности.
Метеорологические шары-зонды.
Простейший тип метеорологического воздушного шара – т.н. шар-пилот – это небольшой резиновый шар, наполненный водородом или гелием. Путем оптических наблюдений за изменениями азимута и высотой полета шара и предполагая, что скорость его подъема постоянна, можно рассчитать скорость и направление ветра как функцию высоты над земной поверхностью. Для ночных наблюдений к шару прикрепляется небольшой фонарь, работающий на батарейках.
Метеорологический радиозонд – это резиновый шар, несущий радиопередатчик, терморезисторный термометр, барометр-анероид и электролитический гигрометр. Радиозонд поднимается со скоростью ок. 300 м/мин до высоты ок. 30 км. По мере подъема данные измерений постоянно передаются на станцию запуска. Направленная принимающая антенна на Земле прослеживает азимут и высоту радиозонда, по которым рассчитываются скорость и направление ветра на различных высотах так же, как при шар-пилотных наблюдениях. Радиозонды и шары-пилоты запускаются из сотен пунктов по всему миру дважды в сутки – в полдень и в полночь по Гринвичскому среднему времени.
Спутники.
Для дневных съемок облачного покрова освещение обеспечивается солнечным светом, в то время как инфракрасное излучение, испускаемое всеми телами, позволяет вести съемки и днем и ночью специальной инфракрасной камерой. Используя фотографии в разных диапазонах инфракрасного излучения, можно даже рассчитать температуру отдельных слоев атмосферы. Спутниковые наблюдения имеют высокую плановую разрешающую способность, однако их вертикальное разрешение намного ниже обеспечиваемого радиозондами.
Некоторые спутники, как, например, американский TIROS, выведены на круговую полярную орбиту на высоте ок. 1000 км. Поскольку Земля вращается вокруг своей оси, с такого спутника каждая точка земной поверхности видна обычно дважды в сутки.
Еще большее значение имеют т.н. геостационарные спутники, которые вращаются над экватором на высоте ок. 36 тыс. км. Такому спутнику требуется 24 ч для полного оборота. Поскольку это время равняется продолжительности суток, спутник остается над одной и той же точкой экватора, и с него открывается постоянный вид на земную поверхность. Таким образом, геостационарный спутник может повторно фотографировать одну и ту же территорию, фиксируя изменения погоды. Кроме того, по движению облаков могут быть рассчитаны скорости ветра.
Метеорологические радиолокаторы.
Сигнал, посылаемый радиолокатором, отражается дождем, снегом или температурной инверсией, и этот отраженный сигнал поступает на принимающее устройство. Облака обычно не видны на экране радиолокатора, так как образующие их капельки слишком малы, чтобы эффективно отражать радиосигнал.
К середине 1990-х годов Национальная метеорологическая служба США была переоснащена радиолокаторами с эффектом Доплера (см. также ДОПЛЕРА ЭФФЕКТ ; РАДИОЛОКАЦИЯ). В установках такого типа для измерения скорости приближения отражающих частиц к радиолокатору или удаления от него используется принцип т.н. доплеровского смещения. Поэтому эти радиолокаторы могут применяться для измерения скорости ветра. Особенно они полезны для обнаружения смерчей, поскольку ветер по одну сторону смерча быстро несется навстречу радиолокатору, а по другую – стремительно от него удаляется. Современные радиолокаторы могут обнаруживать метеорологические объекты на расстоянии до 225 км.
Словарь Ефремовой
Метеорология
ж.
Научная дисциплина, изучающая земную атмосферу и происходящие в ней процессы.
Словарь Ушакова
Военно-морской Словарь
Метеорология
наука, изучающая состав и строение атмосферы, а также явления, происходящие в ней (тепловые режимы, движения воздуха, акустические и электрические). Военная метеорология изучает влияние метеорологических условий на действия войск (ВМС), на применение оружия и военной техники.
Словарь Ожегова
МЕТЕОРОЛО ГИЯ, и, ж. Наука о физическом состоянии земной атмосферы и о происходящих в ней процессах. Синоптическая м. (изучение атмосферных процессов в связи с прогнозированием погоды).
| прил. метеорологический, ая, ое.
Энциклопедический словарь
Метеорология
(от греч. meteora - атмосферные явления и...логия), наука о земной атмосфере и происходящих в ней процессах. Основной раздел метеорологии - физика атмосферы. Метеорология изучает состав и строение атмосферы; теплооборот и тепловой режим в атмосфере и на земной поверхности; влагооборот и фазовые превращения воды в атмосфере, движения воздушных масс; электрические, оптические и акустические явления в атмосфере. К метеорологии относятся актинометрия, динамическая и синоптическая метеорология, атмосферная оптика, атмосферное электричество, аэрология, а также др. прикладные метеорологические дисциплины.
Энциклопедия Брокгауза и Ефрона
Метеорология
Наука, изучающая явления, происходящие в земной атмосфере, как-то: давление, температуру, влажность воздуха, облачность, осадки, дождь, снег и т. д. В отличие от ближайшей к ней науки - физики, науки опытной, - М. наука наблюдательная. Явления, происходящие в земной атмосфере, до крайности сложны и находятся во взаимной зависимости одни от других, и обобщения возможны лишь при наличности обширного, возможно точного материала, добытого наблюдениями (см. Метеорологические наблюдения). Так как воздух теплопрозрачен, т. е. пропускает значительное количество тепла, лишь мало нагреваясь от солнечных лучей, то значительное количество солнечного тепла доходит до поверхности суши и вод земного шара. Так как притом и суша, и вода имеют гораздо большую теплоемкость, чем воздух (при одинаковом объеме первая более 1500 раз, вторая более 3000 раз), то понятно, какое влияние на температуру нижнего слоя воздуха оказывают температура поверхности суши и вод земного шара, а нижние слои воздуха всего более исследованы. Поэтому исследование верхних слоев суши и вод, особенно их температуры, входит в область М. По мере накопления материала и его научной разработки, М. стала разбиваться на части или отделы. Еще сравнительно недавно в М. решительно господствовал метод средних величин (см. Метеорологические наблюдения), в настоящее время он имеет особое значение для климатологии (см. Климаты), т. е. части М., но и здесь все более и более обращают внимание на разности и колебания метеорологических элементов, изображая их не только цифрами, но и более наглядно, на графических таблицах и картах. Чем меньше колебания, тем более постоянен климат и тем большее значение приобретают средние величины. Если же колебания очень велики и часты, то средние величины гораздо меньше характеризуют климаты, чем там, где колебания меньше. Современная М. обращает большое внимание и на крайние величины разных метеорологических элементов, изучение их имеет значение как для чистой науки, так и в применении к практике, например для сельского хозяйства. Все метеорологические явления прямо или косвенно зависят от влияния солнечного тепла и света на Землю; ввиду этого особенное значение имеют два периода: суточный , зависящий от обращения Земли вокруг своей оси, и годовой , зависящий от обращения Земли вокруг Солнца. Чем ниже широта, тем больше относительное значение суточного периода, в особенности температуры (но и других явлений), и тем меньше значение годового. На экваторе длина дня одинакова в течение года, т. е. 12 часов 7 минут, и угол падения солнечных лучей в полдень изменяется лишь в границах от 66 ° 32" до 90°, поэтому на экваторе в течение целого года около полудня получается очень много тепла от солнца, а в течение длинной ночи много и теряется лучеиспусканием, отсюда условия благоприятны для большой суточной амплитуды температуры поверхности почвы и нижнего слоя воздуха, т. е. большой разности между суточной температурой наименьшей и наибольшей. Напротив, температуры суток в разное время года должны разниться очень мало. На полюсах суточный период совершенно исчезает, солнце восходит в день весеннего равноденствия и затем остается над горизонтом до дня осеннего равноденствия, причем более 2-х месяцев постоянно его лучи падают под углом более 20°, а около полугодия солнца совсем не видно. Очевидно, что эти условия должны способствовать очень большой годовой амплитуде температуры на полюсах , резко отличающейся от малой амплитуды, наблюдаемой в тропиках. Суточный и годовой периоды метеорологических явлений - периоды бесспорные, но рядом с ними метеорологи искали и ищут других периодов, частью более коротких, чем годовой, частью более длинных. Из первых обратил на себя особое внимание 26-дневный период обращения Солнца вокруг своей оси, соответствующий, по мнению иных метеорологов, такому же периоду частоты гроз. Из более длинных периодов особенно много вычислений сделано для выяснения вопроса, влияет ли на земную атмосферу большее или меньшее количество солнечных пятен. Период их приблизительно 11-летний, т. е. через такой промежуток повторяются периоды особенно большого и особенно малого количества пятен. В последние годы много писали о 35-летнем периоде, в течение которого чередуются будто бы холодные и влажные годы с теплыми и сухими, но такой период не совпадает с какими-либо известными явлениями на Солнце. Исследования этого рода дали далеко не согласные между собой результаты, и поэтому влияние на нашу атмосферу каких-либо периодов, кроме суточного и годового, можно считать сомнительным.
В последние 30 лет М. все менее и менее довольствуется средними величинами и вообще эмпирическими исследованиями и все более старается проникнуть в сущность явлений, применяя к ним законы физики (особенно учения о теплоте) и механики. Так, все современное учение об изменениях температуры в восходящих и нисходящих движениях воздуха основано на применении законов термодинамики, причем оказалось, что, несмотря на чрезвычайную сложность явлений, в некоторых случаях получаются результаты, очень сходные с теоретическими. Особенно велики в этом вопросе заслуги Ганна (Hann, см.). Все современное учение о движении воздуха основано на применении учений механики, причем метеорологам пришлось самостоятельно разработать законы механики в применении к условиям земного шара. Всего более в этой области сделал Феррель (см.). Точно так же и в вопросах о лучеиспускании солнца, земли и воздуха, особенно в первом, сделано в последние годы очень много, и если наиболее важные работы сделаны физиками и астрофизиками (упомянем особенно о Ланглее, см.), то эти ученые были знакомы с современными требованиями М., весьма ясно выраженными и многими метеорологами, а последние, помимо того, старались возможно быстро воспользоваться достигнутыми результатами, вырабатывая при этом простые способы наблюдения, доступные большому кругу лиц, так что теперь актинометрия все более становится необходимой частью М. Выше было упомянуто о том, что метеорология до сих пор изучала главным образом нижние слои воздуха оттого, что явления здесь легче доступны для изучения и притом имеют большую важность для практической жизни. Но метеорологи уже давно стремятся исследовать слои воздуха, отдаленные от массы земной поверхности. На высоких отдаленных горах воздух соприкасается с весьма малой частью земной поверхности, и притом он находится обыкновенно в таком быстром движении, что цель до некоторой степени достигается устройством горных метеорологических обсерваторий. Они существуют в нескольких странах Европы и Америки (впереди других стран в этом деле стоит Франция) и несомненно оказали и еще окажут большие услуги М. Вскоре по изобретении воздушных шаров ученые задались целью посредством них исследовать слои воздуха, очень удаленные от земной поверхности и очень разреженные, и уже в начале XIX столетия Гей-Люссак предпринимал полеты с научной целью. Но долгое время недостатки техники воздухоплавания и недостаточная чувствительность метеорологических инструментов мешали успехам дела, и лишь с 1893 г., почти одновременно во Франции и Германии, были пущены на огромную высоту (до 18000 м) шары без людей, с самопишущими инструментами. В России это дело также сделало большие успехи, и теперь во Франции, Германии и России предпринимаются одновременные полеты, очень важные в данном деле. Долгое время, после того как М. стала наукой, как начались правильные наблюдения и обобщения, связь между наукой и практикой долго была крайне слаба или даже совсем не существовала. В последние 35 лет это существенно изменилось, и синоптическая или практическая М. получила большое развитие. Она имеет целью не только изучение явлений погоды, но и предвидение или предсказание погоды (см.). Дело началось с более простых явлений, то есть предсказания бурь , для целей мореплавания, в чем уже достигнуты значительные успехи. В настоящее время М. стремится к тому же в интересах сельского хозяйства, но эта задача несомненно сложнее, как по характеру явлений, предсказание которых особенно желательно, то есть осадков (см.), так и по разбросанности хозяйств, трудности предупредить их о вероятном наступлении той или другой погоды. Впрочем, задачи сельскохозяйственной М. далеко не исчерпываются предсказанием погоды в интересах сельского хозяйства; подробное климатологическое изучение всех М. элементов, важных для сельского хозяйства, стоит на первом плане. Сельскохозяйственная М. только что возникает и получила особенное значение в двух обширных земледельческих государствах, России и Соединенных Штатах. Выше было указано на различия методов двух наук, столь близких между собой, как физика и М. По преобладанию наблюдения М. сближается с астрономией. Но тем не менее различие очень велико не только в объекте исследования, но и в другом. Все наблюдения, необходимые для астрономии, могут быть сделаны в нескольких десятках пунктов, целесообразно расположенных на земном шаре; эти наблюдения требуют только людей с большими знаниями и вполне овладевших довольно сложной техникой дела. Иное дело метеорология. Несколько десятков обсерваторий, расположенных самым целесообразным образом по земному шару, с наилучшими наблюдателями и инструментами, все-таки будут далеко недостаточны для изучения очень многих метеорологических явлений. Последние так сложны, так изменчивы в пространстве и во времени, что непременно требуют очень большого количества пунктов наблюдений. Так как было бы немыслимо снабдить десятки и сотни тысяч станций сложными и дорогими инструментами, и еще менее возможно приискать такое число наблюдателей, стоящих на высоте науки и техники, то М. приходится довольствоваться и менее совершенными наблюдениями, и прибегать к содействию широкого круга лиц, не получивших специального образования, но интересующихся явлениями климата и погоды, и выработать для них возможно простые и дешевые инструменты и способы наблюдений. Во многих случаях даже наблюдения ведутся без инструментов. Поэтому ни одна наука так не нуждается в талантливых популярных книгах и статьях, как М.
В настоящее время не имеется полного курса метеорологии, соответствующего современному состоянию науки; единственные два полных курса K ä mtz, "Lehrbuch d. M." (1833) и Schmid, "Lehrbuch der M." (1860) уже значительно устарели во многих частях. Из менее полных руководств, обнимающих все части науки, укажем на von Bebber, "Lehrbuch der M."; Лачинов, "Основы М.". Гораздо короче и популярнее известный курс Mohn, "Grundz ü ge der M."; здесь главное внимание обращено на явления погоды, имеется русский перевод с 1-го немецкого издания: "М., или Наука о погоде". Совершенно самостоятельная книга о погоде: Abercromby, "Weather" (есть немецкий перевод); систематическое руководство по учению о погоде: von Bebber, "Handbuch der aus ü benden Witterungskunde". Книга Поморцева, "Синоптическая М.", по своему характеру стоит посередине вышеупомянутых. По динамической M.: Sprung, "Lehrbuch der М.". По климатологии: Hann, "Handbuch der Klimatologie"; Воейков, "Климаты земного шара". По сельскохозяйственной M.: Houdaille, "Meteorologie agricole"; по лесной М.: Hornberger, "Grundriss der M.". Совершенно популярные, очень краткие курсы "Houzeau et Lancaster Meteorologie"; Skott, "Elementary М.". Сборники наблюдений и периодические издания - см. Метеорологические издания.
Это наука об атмосфере, изучающая ее состав, свойства и протекающие в ней физические и химические процессы. Метеорологию кратко и емко называют физикой атмосферы. Метеорология составляет часть более общей науки - геофизики, которая изучает явления и процессы, происходящие в атмосфере, на поверхности суши и в толще почвогрунтов (рисунок 1).
Рисунок 1. Структурная схема науки – геофизики.
Основные задачи метеорологии:
- изучение всех физических и химических процессов и явлений, происходящих в атмосфере;
- изучение закономерностей, по которым эти процессы и явления происходят;
- прогнозирование наступления и развития атмосферных процессов и явлений;
- организация системы наблюдений за атмосферными явлениями и процессами;
- разработка методов управления процессами, происходящими в атмосфере;
- использование результатов метеорологической информации в отраслях народного хозяйства: прежде всего в авиации, для морского, железнодорожного и автомобильного транспорта, при проектировании и строительстве различных ответственных сооружений (линий электропередачи, зданий, водохранилищ, газопроводов и электростанций).
В прямой и непосредственной зависимости от метеорологической информации находится сельскохозяйственное производство.
Решение проблем по экологии и охране окружающей среды также связаны с метеорологическими наблюдениями за процессами загрязнения атмосферы и водных объектов.
Перечисленные основные задачи метеорологии базируютсяна решении следующих конкретных, отдельных задач или подзадач:
- изучение основных характеристик атмосферы: состава, вертикального расслоения, горизонтальной неоднородности, атмосферного давления и др.;
- изучение солнечной, земной и атмосферной радиации: потоки солнечной энергии в атмосфере, спектр солнечной радиации, приход и расход солнечной энергии;
- тепловой режим почвы и водоемов: нагревание и охлаждение почвы, суточный и годовой ход температуры поверхности почвы, изменение температуры почвы с глубиной, температурный режим водоемов;
- тепловой режим атмосферы: нагревание и охлаждение воздуха, суточные и годовые колебания температуры, влияние растительного покрова, географическое распределение температуры приземного слоя атмосферы, изменение температуры по высоте, адиабатические процессы в атмосфере;
- водяной пар в атмосфере: испарение, влажность, конденсация водяного пара, образование различных видов и разновидностей облаков;
- образование атмосферных осадков: разновидность осадков и их характеристики, распределение осадков по земной поверхности;
- воздушные течения в атмосфере: изменение скорости и направления ветра, влияние препятствий на ветер, изменение скорости и направления ветра по высоте;
- оптические явления и электрические процессы в атмосфере: рассеяние и поглощение света, дальность видимости, преломление и отражение света в атмосфере, электрическое поле и электрическая проводимость атмосферы, грозовое электричество;
- звуковые явления в атмосфере: скорость звука, преломление и отражение звука, ослабление звука в атмосфере.
Поскольку метеорология решает очень большой круг задач, то она подразделяется на несколько отдельных направлений .
Синоптическая метеорология - направление метеорологии, которое изучает закономерности развития атмосферных процессов, определяющих условия погоды, и разрабатываются методы ее прогноза.
Погодой называется состояние атмосферы и совокупность наблюдаемых в ней в данный момент явлений.
Климатология - направление метеорологии, которое изучает условия и закономерности формирования климата, распределение по земному шару и изменение климата во времени.
Климатом данной местности называется режим погоды, характерный для этой местности в многолетнем разрезе и обусловленный солнечной радиацией, характером подстилающей поверхности (поверхность, на которую направлена солнечная радиация) и циркуляцией атмосферы.
Неоднородность подстилающей поверхности определяет различный климат. Изучением особенностей климата, связанных с неоднородностью подстилающей поверхности, занимается микроклиматология .
Актинометрия - направление метеорологии, которое изучает солнечное, земное и атмосферное излучение в условиях атмосферы.
Физика атмосферы - направление метеорологии, которое изучает физические закономерности процессов и явлений, происходящих в приземном, то есть нижних слоях атмосферы, в свободной атмосфере (аэрология) и в верхних слоях атмосферы.
Иногда актинометрию относят к физике атмосферы. Физика атмосферы подразделяется на атмосферную оптику, атмосферное электричество и атмосферную акустику .
Динамическая метеорология - направление метеорологии, которое изучает динамику атмосферы (движение) и связанные с ней преобразования энергии на основе законов гидромеханики и термодинамики.
Одной из важных задач этого направления является разработка математических моделей атмосферных процессов для составления прогнозов погоды, исследования экологии окружающей среды, изменений климатических явлений.
Прикладная метеорология - направление метеорологии, которое изучает влияние различных метеорологических процессов на функционирование различных отраслей народного хозяйства.
Различают сельскохозяйственную метеорологию (агрометеорология), медицинскую метеорологию (биометеорология), авиационную метеорологию и др.
Метеороло́гия (от греч. μετέωρος, metéōros, атмосферные и небесные явления и -λογία, -логия) - наука о строении и свойствах земной атмосферы и совершающихся в ней физических процессах. Во многих странах метеорологию называют физикой атмосферы, что в большей степени соответствует её сегодняшнему значению.
Основные объекты исследования
- физические, химические процессы в атмосфере
- состав атмосферы
- строение атмосферы
- тепловой режим атмосферы
- влагообмен в атмосфере
- общая циркуляция атмосферы
- электрические поля
- оптические и акустические явления
- циклоны
- антициклоны
- ветра
- фронты
- климат
- погода
- облака
История науки
Первые исследования в области Метеорологии относятся к античному времени (Аристотель). Развитие Метеорологии ускорилось с 1-й половины 17 в., когда итальянские учёные Г. Галилей и Э. Торричелли разработали первые метеорологические приборы - барометр и термометр.
В 17-18 вв. были сделаны первые шаги в изучении закономерностей атмосферных процессов. Из работ этого времени следует выделить метеорологические исследования М. В. Ломоносова и Б. Франклина, которые уделяли особое внимание изучению атмосферного электричества. В этот же период были изобретены и усовершенствованы приборы для измерения скорости ветра, количества выпадающих осадков, влажности воздуха и др. метеорологических величин. Это позволило начать систематические наблюдения за состоянием атмосферы при помощи приборов, сначала в отдельных пунктах, а в дальнейшем (с конца 18 в.) на сети метеорологических станций. Мировая сеть метеорологических станций, проводящих наземные наблюдения на основной части поверхности материков, сложилась в середине 19 в.
Наблюдения за состоянием атмосферы на различных высотах были начаты в горах, а вскоре после изобретения аэростата (конец 18 в.) - в свободной атмосфере. С конца 19 в. для наблюдения за метеорологическими величинами на различных высотах широко используются шары-пилоты и шары-зонды с самопишущими приборами. В 1930 советский учёный П. А. Молчанов изобрёл радиозонд - прибор, передающий сведения о состоянии свободной атмосферы по радио. В дальнейшем наблюдения при помощи радиозондов стали основным методом исследования атмосферы на сети аэрологических станций. В середине 20 в. сложилась мировая актинометрическая сеть, на станциях которой производятся наблюдения за солнечной радиацией и её преобразованиями на земной поверхности; были разработаны методы наблюдений за содержанием озона в атмосфере, за элементами атмосферного электричества, за химическим составом атмосферного воздуха и др. Параллельно с расширением метеорологических наблюдений развивалась климатология, основанная на статистическом обобщении материалов наблюдений. Большой вклад в построение основ климатологии внёс А. И. Воейков, изучавший ряд атмосферных явлений: общую циркуляцию атмосферы, влагооборот, снежный покров и др.
В 19 в. получили развитие эмпирические исследования атмосферной циркуляции с целью обоснования методов прогнозов погоды. Работы У. Ферреля в США и Г. Гельмгольца в Германии положили начало исследованиям в области динамики атмосферных движений, которые были продолжены в начале 20 в. норвежским учёным В. Бьеркнесом и его учениками. Дальнейший прогресс динамической Метеорологии ознаменовался созданием первого метода численного гидродинамического прогноза погоды, разработанного советским учёным И. А. Кибелем, и последующим быстрым развитием этого метода.
В середине 20 в. большое развитие получили методы динамической Метеорологии в изучении общей циркуляции атмосферы. С их помощью американские метеорологи Дж. Смагоринский и С. Манабе построили мировые карты температуры воздуха, осадков и др. метеорологических величин. Аналогичные исследования ведутся во многих странах, они тесно связаны с Международной программой исследования глобальных атмосферных процессов (ПИГАП). Значительное внимание в современной Метеорологии уделяется изучению физических процессов в приземном слое воздуха. В 20-30-х гг. эти исследования были начаты Р. Гейгером (Германия) и др. учёными с целью изучения микроклимата; в дальнейшем они привели к созданию нового раздела Метеорологии - физики пограничного слоя воздуха. Большое место занимают исследования изменений климата, в особенности изучение всё более заметного влияния деятельности человека на климат.
Метеорология в России достигла высокого уровня уже в 19 в. В 1849 в Петербурге была основана Главная физическая (ныне геофизическая) обсерватория - одно из первых в мире научных метеорологических учреждений. Г. И. Вильд, руководивший обсерваторией на протяжении многих лет во 2-й половине 19 в., создал в России образцовую систему метеорологических наблюдений и службу погоды. Он был одним из основателей Международной метеорологической организации (1871) и председателем международной комиссии по проведению 1-го Международного полярного года (1882-83). За годы Советской власти был создан ряд новых научных метеорологических учреждений, к числу которых относятся Гидрометцентр СССР (ранее Центральный институт прогнозов), Центральная аэрологическая обсерватория, институт физики атмосферы АН СССР и др.
Основоположником современной школы динамической Метерологии был А. А. Фридман. В его исследованиях, а также в более поздних работах Н. Е. Кочина, П. Я. Кочиной, Е. Н. Блиновой, Г. И. Марчука, А. М. Обухова, А. С. Монина, М. И. Юдина и др. были исследованы закономерности атмосферных движений различных масштабов, предложены первые модели теории климата, разработана теория атмосферной турбулентности. Закономерностям радиационных процессов в атмосфере были посвящены работы К. Я. Кондратьева.
В работах А. А. Каминского, Е. С. Рубинштейн, Б. П. Алисова, О. А. Дроздова и др. советских климатологов был детально изучен климат нашей страны и исследованы атмосферные процессы, определяющие климатические условия. В исследованиях, выполненных в Главной геофизической обсерватории, изучался тепловой баланс земного шара и были подготовлены атласы, содержащие мировые карты составляющих баланса. Работы в области синоптической Метеорологии (В. А. Бугаев, С. П. Хромов, А.С.Зверев и др.) способствовали значительному повышению уровня успешности метеорологических прогнозов. В исследованиях агрометеорологов (Г. Т. Селянинов, Ф. Ф. Давитая и др.) дано обоснование оптимального размещения с.-х. культур на территории нашей страны.
Существенные результаты получены в Советском Союзе в работах по активным воздействиям на атмосферные процессы. Опыты воздействий на облака и осадки, начатые В. Н. Оболенским, получили широкое развитие в послевоенные годы. В результате исследований, проведённых под руководством Е. К. Фёдорова, была создана первая система, позволяющая ослаблять градобитие на большой территории.
Метеорология сегодня
Характерной чертой современной Метеорологии является применение в ней новейших достижений физики и техники. Так, для наблюдений за состоянием атмосферы используются метеорологические спутники, позволяющие получать информацию о многих метеорологических величинах для всего земного шара. Для наземных наблюдений за облаками и осадками пользуются радиолокационными методами. Всё возрастающее применение находит автоматизация метеорологических наблюдений и обработки их данных. В исследованиях по теоретической Метеорологии широко используются ЭВМ, применение которых имело громадное значение для разработки и усовершенствования численных методов прогнозов погоды. Расширяется использование количественных физических методов исследования в таких областях Метеорологии, как климатология, агрометеорология, биометеорология человека, где ранее они почти не применялись.
Наиболее тесно Метеорология связана с океанологией и гидрологией суши. Эти три науки изучают различные звенья одних и тех же процессов теплообмена и влагообмена, развивающихся в географической оболочке Земли. Связь Метеорологии с геологией и геохимией основана на общих задачах этих наук в исследованиях эволюции атмосферы и изменений климатов Земли в геологическом прошлом. В современной Метеорологии широко используются методы теоретической механики, а также материалы и методы многих др. физических, химических и технических дисциплин.
Одна из главных задач Метеорологии - прогноз погоды на различные сроки. Краткосрочные прогнозы особенно необходимы для обеспечения работы авиации; долгосрочные - имеют большое значение для сельского хозяйства. Т. к. метеорологические факторы оказывают существенное влияние на многие стороны хозяйственной деятельности, для обеспечения запросов народного хозяйства необходимы материалы о климатическом режиме. Быстро возрастает практическое значение активных воздействий на атмосферные процессы, в том числе воздействий на облачность и осадки, защиты растений от заморозков и др.
Научными и практическими работами в области Метеорологии руководит Гидрометеорологическая служба СССР, созданная в 1929.
Деятельность метеорологических служб различных стран объединяет Всемирная метеорологическая организация и др. международные метеорологические организации. Международные научные совещания по различным проблемам Метеорологии проводит также Ассоциация метеорологии и физики атмосферы, входящая в состав Геодезического и геофизического союза. Наиболее крупными совещаниями по Метеорологии в РФ являлись Всесоюзные метеорологические съезды. Метеорологические съезды проводятся в России с 1900 года. Последний по времени проведения съезд проводился в СССР в 1971 году. 6-й Всероссийский метеорологический съезд призван стать самым масштабным в новой российской истории событием в области гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды, и он состоялся 14-16 октября 2009 г. Россия, Санкт-Петербург.
Работы, выполняемые в области Метеорологии, публикуются в метеорологических журналах.
Наиболее важные исторические даты:
- конец XVII в. (при Петре I) - начались постоянные наблюдения за погодой.
- 1715 г. - первый в России водомерный пост, по приказу Петра I на Неве у Петропавловской крепости.
- 10 апреля 1722 по указу Петра Великого в Санкт-Петербурге начались систематические наблюдения за погодой. Записи вёл вице-адмирал Корнелиус Крюйс. Первое время записи были довольно скупы на интересную информацию и выглядели примерно так: «Апрель, 22, воскресенье. Поутру ветер норд-вест; вода також стоит, как выше упомянуто. Пасмурно и студено… в полдни ветр малый норд-вест и дождь после полудня. Тихо и красный день до самого вечера». Позднее наблюдения приняли более научный характер.
- В 1724 году была образована первая в России метеорологическая станция, а с декабря 1725 года при Академии наук стали проводиться наблюдения при помощи барометра и термометра.
- 30-е годы XVIII в. - создана сеть из 20 метеостанций («Великая северная экспедиция»).
- 1 апреля 1849 г. - в Петербурге учреждена «Главная физическая обсерватория» (ГФО). (Ныне «Главная геофизическая обсерватория» им. А. И. Воейкова (ГГО)).
- 70-е годы XIX в. - массовое развитие сети пунктов гидрологических наблюдений на крупных реках и озёрах.
- 1 января 1872 г. - ГФО приступила к созданию ежедневных синоптических карт Европы и Сибири и к выпуску метеорологического бюллетеня (дату принято считать днём рождения службы погоды в России).
- 1892 г. - начал выходить «Метеорологический ежемесячник».
- 21 июня 1921 г. - В. И. Ленин подписал декрет «Об организации метеорологической службы в РСФСР».
- Август 1929 г. - постановление СНК СССР об организации единой Гидрометеорологической службы. Создатель и руководитель - А. Ф. Вангенгейм, председатель Гидрометеорологического комитета при СНК СССР.
- 1 января 1930 г. - начало работу «Центральное бюро погоды».
Где работают метеорологи
- Органы Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (отделы прогноза погоды, климатологии, сельскохозяйственной метеорологии).
- Прогностические подразделениях гражданской и военной авиации.
- Региональные центры сбора, контроля и анализа информации о состоянии воздушной среды.
- Сеть метеорологических, аэрологических и актинометрических станций.
- Научно-исследовательские учреждения, изучающие закономерности климата и разрабатывающие прогнозы климатических изменений.
Чем занимаются метеорологи
Значительная часть метеорологов занимается прогнозом погоды. Они работают в правительственных и военных организациях и частных компаниях, обеспечивающих прогнозами авиацию, мореплавание, сельское хозяйство, строительство, а также передают их по радио и телевидению.
Другие специалисты проводят наблюдения за уровнем загрязнения, оказывают консультации, преподают или занимаются научно-исследовательской работой. При метеорологических наблюдениях, прогнозе погоды и научных изысканиях все бóльшее значение приобретает электронное оборудование.
Профессиональная практическая деятельность заключается в:
- научно-исследовательской: участие в разработке физико-математических моделей общей циркуляции атмосферы и климата, включая взаимодействие атмосферы и океана, в их сопоставлении с наблюдениями, анализе чувствительности к различным природным факторам; изучению физических и химических процессов, протекающих в атмосфере и при ее взаимодействии с земной поверхностью и биосферой; осуществление географического и физического анализа атмосферных процессов и явлений, их классификации, установлению эмпирических зависимостей и закономерностей; исследование переноса, трансформации и выведению промышленных и других загрязнений, выбрасываемых в атмосферу;
- оперативно-производственной: оценка влияния метеорологических факторов на состояние окружающей среды и разработка рекомендаций по их рациональному учету целях охраны природы; метеорологическому обоснованию проектируемых сооружений аэропортов, размещения строительства и др.; участие в экологической экспертизе проектов;
- проектно-производственной: организация и проведение специальных метеорологических наблюдений; проведение оперативных прогнозов погоды различной заблаговременности и сбору необходимой информации; оценка влияния сложившихся и ожидаемых метеорологических условий на сельское хозяйство, рыболовство и производственную деятельность всех видов транспорта;
- педагогической (при условии освоения педагогической программы обучения): преподавание метеорологических дисциплин в вузах и средних специальных учебных заведениях; учебно-вспомогательная работа в вузах.
Метеоролог, освоивший основную образовательную программу высшего профессионального образования может продолжить свое образование в аспирантуре по специальностям «Метеорология, климатология и агрометеорология», «Геоэкология», и другим смежным специальностям, а также в магистратуре по направлению «Гидрометеорология».
Погода непрерывно меняется, ее изменения подчинены сложным законам, не до конца еще познанным людьми. Какой бы спокойной ни была она, в любой момент от нее, можно ждать неожиданностей. Метеорологу, особенно синоптику, никогда не приходится иметь дело с одной и той же ситуацией, с одной и той же погодой: разнообразие метеорологических условий в природе так велико, что двух одинаковых карт погоды еще никому не приходилось видеть. Анализ любой ситуации, отражаемой картой погоды любого дня,- всегда новая, не встречавшаяся ранее задача. Воистину с погодой не соскучишься!
Заслуживает быть отмеченной и еще одна привлекательная особенность работы метеоролога: у него есть коллеги практически в любой точке земного шара. Можно отметить удивительную легкость общения между никогда раньше не видевшими друг друга коллегами-метеорологами, где бы они не встречались - в таежной деревушке в Восточной Сибири или на перевалах Гиссарского хребта в Средней Азии, в заповеднике Западного Кавказа или в селениях Алазанской долины, в Грузии, в румынском порту Констанца, в болгарских городах в долине Дуная, в сербских и венгерских селениях, на американских научных станциях в Антарктике, в тропической Австралии в субтропической Новой Зеландии, в бразильских джунглях, аргентинской саванне, в Швейцарских Альпах и на Французской Юре...
Нельзя сбрасывать со счетов и сознание важности труда метеоролога, результаты которого нужны всем отраслям народного хозяйства. Постоянный интерес всеx слоев населения страны к метеорологической информации делает работу метеорологов интересной вдвойне.
Профессия метеоролога относится к числу относительно редких, не массовых и в какой-то мере романтических профессий: метеорологи - непременные участники самых различных экспедиций, они зимуют на полярных станциях, работают в малонаселенных районах, на высокогорных плато и перевалах, на борту океанических кораблей, на аэродромах, летают на самолетах и аэростатах и т. д., и т. п. Все это так, действительно метеорологи вездесущи, им приходится бывать в таких местах, куда люди других профессий не могут надеяться попасть ни при каких обстоятельствах. Но все же не это является главной отличительной чертой работы метеоролога, которая далеко не всегда так романтична, как это может показаться с первого взгляда, и практически всегда требует пунктуальности, упорства и настойчивости в выполнении будничных, повседневных обязанностей. Основное требование к работе метеоролога любой квалификации - объективность. Объективность при выполнении наблюдений, значительная часть которых производится визуально и результаты которых документируются только одним метеонаблюдателем и не могут быть ни проверены, ни исправлены, если будет допущена неточность или ошибка. Объективность при обработке результатов наблюдений, точность их записи цифрами международного кода, делающая их доступными всему миру. Объективность анализа всей суммы данных наблюдений, сведение к минимуму субъективности в их оценке - в этом залог успешности всех видов обеспечения потребителей метеорологической информацией, в том числе и успешности составляемых на основе этого анализа прогнозов погоды... Вторая особенность работы метеоролога - постоянное внимание к объекту наблюдений, изучения и анализа, невозможность отвлечься, хотя бы на время заняться другим делом. Метеоролог за работой - часовой погоды, он на вахте которую нельзя оставить ни на минуту. Он обязан следить за всеми изменениями погоды, сколь бы незначительными они ни были, фиксировать все эти изменения и Считывать. Метеоролог следит за небом постоянно, даже не находясь на работе. Где бы он ни находился и что бы ни стало он мысленно оценивает все происходящее в атмосфере на его глазах. Вместе с тем не существует профессии, в большей степени интернациональной, чем профессия метеоролога. Сама идея выполнения наблюдений за погодой, сбора, обработки и распространения метеорологической информации предусматривает международное сотрудничество, без которого она неосуществима. В самом деле: явления погоды развиваются над земной поверхностью, не считаясь с государственными границами; обмен метеорологической информацией необходим в масштабах всего земного шара, и он возможен только при наличии общедоступного всем метеоспециалистам международного языка, каким являются цифровые метеорологические коды и стандартные символы; результаты наблюдений за погодой и всех метеорологических измерений должны быть сравнимы и сопоставимы между собой, что требует единой для всего мира системы мер, единой методики производства наблюдений, стандартизации приборов, соблюдения точности и сроков измерений метеорологических величин. Метеорологи - люди со специальным образованием. Среди них есть метеонаблюдатели, операторы метеорологических радиолокаторов, техники, инженеры и научные работники. В метеорологической службе вместе с метеорологами работают люди и других специальностей - радиотехники, связисты, механики, телеметристы, электронщики, программисты и операторы ЭВМ и многие другие. Без их помощи нельзя себе представить работу метеорологов, стоящих сегодня на страже погоды.
Разделы метеорологии
Основной раздел Метеорологии - физика атмосферы, исследующая физические явления и процессы в атмосфере.
Химические процессы в атмосфере изучаются химией атмосферы - новым, быстро развивающимся разделом Метеорологии.
Изучение атмосферных процессов теоретическими методами гидроаэромеханики - задача динамической метеорологии, одной из важных проблем которой является разработка численных методов прогнозов погоды.
Другими разделами Метеорологии являются: наука о погоде и методах её предсказания - синоптическая метеорология и наука о климатах Земли - климатология, обособившаяся в самостоятельную дисциплину. В этих дисциплинах пользуются как физическими, так и географическими методами исследования, однако в последнее время физические направления в них стали ведущими. Влияние атмосферных факторов на биологические процессы изучается биометеорологией, включающей сельско-хозяйственную метеорологию и биометеорологию человека.
В состав физики атмосферы входят: физика приземного слоя воздуха, изучающая процессы в нижних слоях атмосферы; аэрология, посвященная процессам в свободной атмосфере, где влияние земной поверхности менее существенно; физика верхних слоев атмосферы, рассматривающая атмосферу на высотах в сотни км, где плотность атмосферных газов очень мала. Изучением физики и химии верхних слоев атмосферы занимается аэрономия. К физике атмосферы относятся также актинометрия, изучающая солнечную радиацию в атмосфере и её преобразования, атмосферная оптика - наука об оптических явлениях в атмосфере, атмосферное электричество и атмосферная акустика.
Специальность и профиль «Метеорология» в ИГУ
Сегодня уже никого не надо убеждать в том, что качественное высшее образование - залог успешного, обеспеченного будущего. Оно необходимо каждому человеку в современном мире, чтобы добиться успеха и реализовать себя. Иркутский Государственный Университет (ИГУ) дает возможность получить полноценное высшее образование гидрометеорологического профиля, соответствующее мировым нормам и стандартам.
Существует три основные специальности, по которым готовят кадры метеорологов: собственно метеорологическая, климатологическая и агрометеорологическая. Внутри метеорологической специальности есть несколько специализаций: синоптика, аэрология, морская метеорология авиационная метеорология, радиометеорология, метеорологическое приборостроение и предвычисление погоды (решение задач прогнозирования численными методами с помощью ЭВМ). Синоптики занимаются составлением прогнозов погоды, аэрологи - изучением состояния атмосферы на высотах, морские метеорологи - обеспечением метеорологической информацией морского транспорта, а авиационные метеорологи - воздушного транспорта. Радиометеорологи разрабатывают вопросы использования различных радиотехнических средств для исследования атмосферы. В последние годы наметилась тенденция к развитию еще одной специализации - спутниковой метеорологии, что диктуется непрерывно возрастающей потребностью использования информации метеорологических спутников для нужд народного хозяйства.
При подготовке специалистов-метеорологов на кафедре метеорологии и охраны атмосферы изучаются как самые передовые технологии анализа метеорологической информации, так и методики, проверенные временем. К первым можно отнести моделирование климатических процессов, предсказание погоды с использованием нейросетей, ко вторым - обычный статистический анализ, но уже с привлечением современного программного обеспечения и компьютерного оборудования.
На начальных стадиях студенты получают основные сведения из статистики и приобретают навыки работы на персональных компьютерах. Дальнейшее обучение строится на углублении полученных данных и обучению другим навыкам. Так, для статистического анализа численных рядов, каковыми являются ряды измерений метеорологических характеристик, используются пакеты фирмы StatSoft STATISTICA и фирмы Goldern SoftWare Grapher. Первый обладает возможностями для наиболее полного анализа числовых рядов с применением большинства известных статистических подходов, а второй - представляет эти ряды в виде графика так, что становятся ясными тенденции поведения той или иной метеорологической характеристики.
На старших курсах студентов обучают технологиям, внедряемым в современные службы погоды. К таким относятся, в первую очередь, геоинформационные системы (ГИС). На основе данных, получаемых дважды в сутки из Мировых центров данных в Москве и Вашингтоне, студенты строят и обрабатывают метеорологические карты. На этих картах проводятся изотермы, изобары, атмосферные фронты. Строятся прогностические карты различной заблаговременности и многое другое.
Перспективные направления – палеоклиматология (древние климаты Земли), биометеорология (воздействие климатических условий на живые организмы, циклы солнечной активности Чижевского), медицинская климатология (жизнь и хозяйственная деятельность людей в разных климатических поясах Земли), прогноз погоды на основе спутниковой метеорологии, военная метеорология (разработка так называемого климатического оружия), планетарная метеорология (изучение атмосфер Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна и их спутников), проблемы глобального потепления и озоновых дыр на Земле, компьютерное моделирование метеорологических и климатических процессов.
Специалистам нужно хорошо знать физику, математику и информатику, поэтому на кафедре метеорологии и охране атмосферы физике и математике уделяют внимание не меньшее, нежели собственно географии!
Метеорология
(от греч. metéōros - поднятый вверх, небесный, metéōra - атмосферные и небесные явления и...Логия
наука об атмосфере и происходящих в ней процессах. Основной раздел М. - Физика атмосферы ,
исследующая физические явления и процессы в атмосфере. Химические процессы в атмосфере изучаются химией атмосферы - новым, быстро развивающимся разделом М. Изучение атмосферных процессов теоретическими методами гидроаэромеханики (См. Гидроаэромеханика) - задача динамической метеорологии (См. Динамическая метеорология),
одной из важных проблем которой является разработка численных методов прогнозов погоды (См. Прогноз погоды). Др. разделами М. являются: наука о погоде и методах её предсказания - Синоптическая метеорология и наука о климатах Земли - Климатология ,
обособившаяся в самостоятельную дисциплину. В этих дисциплинах пользуются как физическими, так и географическими методами исследования, однако в последнее время физические направления в них стали ведущими. Влияние атмосферных факторов на биологические процессы изучается биометеорологией, включающей с.-х. М. и биометеорологию человека. В состав физики атмосферы входят: физика приземного слоя воздуха, изучающая процессы в нижних слоях атмосферы; Аэрология ,
посвященная процессам в свободной атмосфере, где влияние земной поверхности менее существенно; физика верхних слоев атмосферы, рассматривающая атмосферу на высотах в сотни и тысячи км,
где плотность атмосферных газов очень мала.
Изучением физики и химии верхних слоев атмосферы занимается Аэрономия . К физике атмосферы относятся также Актинометрия ,
изучающая солнечную радиацию в атмосфере и её преобразования, Атмосферная оптика - наука об оптических явлениях в атмосфере, Атмосферное электричество и Атмосферная акустика .
Первые исследования в области М. относятся к античному времени (Аристотель). Развитие М. ускорилось с 1-й половины 17 в., когда итальянские учёные Г. Галилей и Э. Торричелли разработали первые метеорологические приборы - барометр и термометр. В 17-18 вв. были сделаны первые шаги в изучении закономерностей атмосферных процессов. Из работ этого времени следует выделить метеорологические исследования М. В. Ломоносова и Б. Франклина, которые уделяли особое внимание изучению атмосферного электричества. В этот же период были изобретены и усовершенствованы приборы для измерения скорости ветра, количества выпадающих осадков, влажности воздуха и др. метеорологических элементов (См. Метеорологические элементы). Это позволило начать систематические наблюдения за состоянием атмосферы при помощи приборов, сначала в отдельных пунктах, а в дальнейшем (с конца 18 в.) на сети метеорологических станций. Мировая сеть метеорологических станций, проводящих наземные наблюдения на основной части поверхности материков, сложилась в середине 19 в. Наблюдения за состоянием атмосферы на различных высотах были начаты в горах, а вскоре после изобретения аэростата (конец 18 в.) - в свободной атмосфере. С конца 19 в. для наблюдения за метеорологическими элементами на различных высотах широко используются шары-пилоты и шары-зонды с самопишущими приборами. В 1930 советский учёный П. А. Молчанов изобрёл Радиозонд - прибор, передающий сведения о состоянии свободной атмосферы по радио. В дальнейшем наблюдения при помощи радиозондов стали основным методом исследования атмосферы на сети аэрологических станций. В середине 20 в. сложилась мировая актинометрическая сеть, на станциях которой производятся наблюдения за солнечной радиацией и её преобразованиями на земной поверхности; были разработаны методы наблюдений за содержанием озона в атмосфере, за элементами атмосферного электричества, за химическим составом атмосферного воздуха и др. Параллельно с расширением метеорологических наблюдений развивалась климатология, основанная на статистическом обобщении материалов наблюдений. Большой вклад в построение основ климатологии внёс А. И. Воейков, изучавший ряд атмосферных явлений: общую циркуляцию атмосферы (См. Циркуляция атмосферы), Влагооборот ,
снежный покров и др. В 19 в. получили развитие эмпирические исследования атмосферной циркуляции с целью обоснования методов прогнозов погоды. Работы У. Ферреля в США и Г. Гельмгольца в Германии положили начало исследованиям в области динамики атмосферных движений, которые были продолжены в начале 20 в. норвежским учёным В. Бьеркнесом и его учениками. Дальнейший прогресс динамической М. ознаменовался созданием первого метода численного гидродинамического прогноза погоды, разработанного советским учёным И. А. Кибелем, и последующим быстрым развитием этого метода. В середине 20 в. большое развитие получили методы динамической М. в изучении общей циркуляции атмосферы. С их помощью американские метеорологи Дж. Смагоринский и С. Манабе построили мировые карты температуры воздуха, осадков и др. метеорологических элементов. Аналогичные исследования ведутся во многих странах, они тесно связаны с Международной программой исследования глобальных атмосферных процессов (См. Программа исследования глобальных атмосферных процессов) (ПИГАП). Значительное внимание в современной М. уделяется изучению физических процессов в приземном слое воздуха. В 20-30-х гг. эти исследования были начаты Р. Гейгером (Германия) и др. учёными с целью изучения микроклимата; в дальнейшем они привели к созданию нового раздела М. - физики пограничного слоя воздуха. Большое место занимают исследования изменений климата, в особенности изучение всё более заметного влияния деятельности человека на климат. М. в России достигла высокого уровня уже в 19 в. В 1849 в Петербурге была основана Главная физическая (ныне геофизическая) обсерватория - одно из первых в мире научных метеорологических учреждений. Г. И. Вильд ,
руководивший обсерваторией на протяжении многих лет во 2-й половине 19 в., создал в России образцовую систему метеорологических наблюдений и службу погоды. Он был одним из основателей Международной метеорологической организации (1871) и председателем международной комиссии по проведению 1-го Международного полярного года (1882-83). За годы Сов. власти был создан ряд новых научных метеорологических учреждений, к числу которых относятся Гидрометцентр СССР (ранее Центральный институт прогнозов), Центральная аэрологическая обсерватория, институт физики атмосферы АН СССР и др. Основоположником сов. школы динамической М. был А. А. Фридман. В его исследованиях, а также в более поздних работах Н. Е. Кочина, П. Я. Кочиной, Е. Н. Блиновой, Г. И. Марчука, А. М. Обухова, А. С. Монина, М. И. Юдина и др. были исследованы закономерности атмосферных движений различных масштабов, предложены первые модели теории климата, разработана теория атмосферной турбулентности. Закономерностям радиационных процессов в атмосфере были посвящены работы К. Я. Кондратьева. В работах А. А. Каминского, Е. С. Рубинштейн, Б. П. Алисова, О. А. Дроздова и др. советских климатологов был детально изучен климат нашей страны и исследованы атмосферные процессы, определяющие климатические условия. В исследованиях, выполненных в Главной геофизической обсерватории, изучался тепловой баланс земного шара и были подготовлены атласы, содержащие мировые карты составляющих баланса. Работы в области синоптической М. (В. А. Бугаев, С. П. Хромов и др.) способствовали значительному повышению уровня успешности метеорологических прогнозов. В исследованиях сов. агрометеорологов (Г. Т. Селянинов, Ф. Ф. Давитая и др.) дано обоснование оптимального размещения с.-х. культур на территории нашей страны. Существенные результаты получены в Советском Союзе в работах по активным воздействиям на атмосферные процессы. Опыты воздействий на Облака и осадки, начатые В. Н. Оболенским, получили широкое развитие в послевоенные годы. В результате исследований, проведённых под руководством Е. К. Фёдорова, была создана первая система, позволяющая ослаблять градобитие на большой территории. Характерной чертой современной М. является применение в ней новейших достижений физики и техники. Так, для наблюдений за состоянием атмосферы используются метеорологические спутники (См. Метеорологический спутник), позволяющие получать информацию о многих метеорологических элементах для всего земного шара. Для наземных наблюдений за облаками и осадками пользуются радиолокационными методами (см. Радиолокация в метеорологии). Всё возрастающее применение находит автоматизация метеорологических наблюдений и обработки их данных. В исследованиях по теоретической М. широко используются ЭВМ, применение которых имело громадное значение для усовершенствования численных методов прогнозов погоды. Расширяется использование количественных физических методов исследования в таких областях М., как климатология, агрометеорология (см. Метеорология сельскохозяйственная), биометеорология человека (см. Климатология медицинская), где ранее они почти не применялись. Наиболее тесно М. связана с океанологией (См. Океанология) и гидрологией суши (См. Гидрология суши). Эти три науки изучают различные звенья одних и тех же процессов теплообмена и влагообмена, развивающихся в географической оболочке Земли. Связь М. с геологией и геохимией основана на общих задачах этих наук в исследованиях эволюции атмосферы и изменений климатов Земли в геологическом прошлом. В современной М. широко используются методы теоретической механики, а также материалы и методы многих др. физических, химических и технических дисциплин. Одна из главных задач М. - прогноз погоды на различные сроки. Краткосрочные прогнозы особенно необходимы для обеспечения работы авиации; долгосрочные - имеют большое значение для сельского хозяйства. Т. к. метеорологические факторы оказывают существенное влияние на многие стороны хозяйственной деятельности, для обеспечения запросов народного хозяйства необходимы материалы о климатическом режиме. Быстро возрастает практическое значение активных воздействий на атмосферные процессы, в том числе воздействий на облачность и осадки, защиты растений от заморозков и др. Деятельность метеорологических служб различных стран объединяет Всемирная метеорологическая организация и др. международные метеорологические организации. Международные научные совещания по различным проблемам М. проводит также Ассоциация метеорологии и физики атмосферы, входящая в состав Геодезического и геофизического союза. Наиболее крупными совещаниями по М. в СССР являются Всесоюзные метеорологические съезды; последний (5-й) съезд состоялся в июне 1971 в Ленинграде. Работы, выполняемые в области М., публикуются в метеорологических журналах (См. Метеорологические журналы). Лит.:
Хргиан А. Х., Очерки развития метеорологии, 2 изд., т. 1, Л., 1959; Метеорология и гидрология за 50 лет Советской власти, под ред. Е. К. Федорова, Л., 1967; Хромов С. П., Метеорология и климатология для географических факультетов, Л., 1964; Тверской П. Н., Курс метеорологии, Л., 1962; Матвеев Л. Т., Основы общей метеорологии, физика атмосферы, Л., 1965; Федоров Е. К., Часовые погоды, [Л.], 1970. М. И. Будыко.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия
.
1969-1978
.
Смотреть что такое "Метеорология" в других словарях:
Метеорология … Орфографический словарь-справочник
- (греч. meteorologia, от meteoros метеор, и lego говорю). Наука о воздушных явлениях, метеорах; изучает явления, происходящие в атмосфере. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. МЕТЕОРОЛОГИЯ греч.… … Словарь иностранных слов русского языка
Метеорология - Метеорология: наука об атмосфере о ее строении, свойствах и протекающих в ней физических процессах, одна из геофизических наук (также используется термин атмосферные науки). Примечание Основными дисциплинами метеорологии являются динамическая,… … Официальная терминология
метеорология - и, ж. météorologie <, гр. meteorologia. Наука, изучающая физическое состояние земной атмосферы и происходящие в ней процессы. БАС 1. Метеорология <наука> о явлениях в воздухе. Корифей 1 24. Ни одна наука не представляла до сих пор… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
- (от греч. meteora атмосферные явления и...логия) наука о земной атмосфере и происходящих в ней процессах. Основной раздел метеорологии физика атмосферы. Метеорология изучает состав и строение атмосферы; теплооборот и тепловой режим в атмосфере и … Большой Энциклопедический словарь
- (Meteorology) отдел геофизики, занимающийся изучением всех явлений, происходящих в газовой оболочке земного шара, т. е. в атмосфере. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941… … Морской словарь
Самые разрушительные цунами современности
Инопланетянин, родившийся на земле
Основатель франции. Конституция франции. Энергетика и добыча полезных ископаемых