Текст книги "Вопросы о погоде"

Автор книги: Павел Астапенко

сообщить о нарушении

Текущая страница: 14 (всего у книги 32 страниц)

9.6. Что представляет собой глобальная система наблюдений ВСП?

К началу 80-х годов глобальная система наблюдений состояла более чем из 10 000 наземных метеорологических станций и 800 аэрологических пунктов радиозондирования атмосферы. Результаты их наблюдений используются для обмена метеорологической информацией в масштабах земного шара. Помимо этой международной сети станций, в глобальную систему наблюдений входят суда погоды (четыре в Атлантическом океане и одно в Тихом), а также торговые суда (более 2000), на борту которых ведутся метеонаблюдения, и самолеты гражданской авиации (более 1500), сообщающие информацию при выполнении рейсов.

В океанах южного полушария между 20 и 65° широты регулярно сообщают погоду около 300 буйковых станций, кроме того, около 50 буев функционирует в тропических водах и в Северной Атлантике.

Предусмотрен выпуск дрейфующих буев в период проведения отдельных международных экспериментов. Намечается также использование уравновешенных шаров-зондов и сбрасываемых с самолетов радиозондов. Все это входит в комплекс наблюдений по научной программе ВСП.

Не менее четырех полярноорбитальных искусственных спутников Земли и пяти спутников на геостационарных орбитах ведут постоянные наблюдения за погодой, результаты которых также включаются в систему международного обмена метеоинформацией. По данным Секретариата ВМО за 1979 год, данные наземных наблюдений поступали регулярно с 80% станций, а аэрологических наблюдений – с 85% станций международной сети. К сегодняшнему дню поток данных стал еще более полным и охватывает почти 90% станций.

9.7. Как функционирует глобальная система обработки данных ВСП?

Глобальная система обработки данных к 1984 году состояла из трех действующих Мировых метеорологических центров (ММЦ), находящихся в Москве, Вашингтоне и Мельбурне, 31 Регионального метеорологического центра (РМЦ) и более 120 Национальных метеорологических центров (НМЦ). Все эти центры оснащены современными ЭВМ, с помощью которых осуществляется контроль, обработка и анализ всей метеорологической информации два раза в сутки для стандартных уровней атмосферы от земной поверхности до высоты 30 км. Четыре раза в сутки составляются прогностические карты – приземные, опасных явлений погоды и высотные – для разных уровней вплоть до высоты 21 км, а также карты тропопаузы и максимальной скорости ветра. Вся система обработки метеоинформации рассчитана на использование оптимально полной информации, обрабатываемой с максимально возможной быстротой и доступной всем ее потребителям.

9.8. Что представляет собой глобальная система телесвязи?

Проект ВСП предусматривает создание системы быстродействующих линий связи, соединяющих между собой Мировые метеорологические центры, а также Региональные метеорологические центры и Региональные узлы телесвязи. Эта система получила название глобальной системы телесвязи. К ее линиям подключаются и национальные метеорологические центры, и, таким образом, обеспечивается обмен метеорологической информацией на всей поверхности земного шара.

Передача данных наблюдений за погодой и прогнозов погоды глобальной системой телесвязи производится как в цифровой (кодированной) форме, так и в виде факсимильных карт погоды. Линии связи действуют как проводные, так и радио, в том числе работающие с использованием высокоорбитальных спутников связи.

9.9. В каком направлении идет реконструкция национальных служб погоды по проекту ВСП?

Техническая реконструкция метеорологической службы всех стран затрагивает как систему производства наблюдений, так и систему их сбора, обработки и анализа. Предусматривается усовершенствование средств наблюдений за погодой, более широкое внедрение метеорологических радиолокаторов, автоматических метеорологических станций в труднодоступных районах и в океанах, увеличение количества станций радиозондирования атмосферы и повсеместное использование информации метеорологических спутников. Расширение сети метеостанций должно обеспечить равномерное освещение данными о погоде всей земной поверхности, включая поверхность Мирового океана (здесь метеоинформацию будут собирать буйковые автоматические метеорологические станции, а также суда погоды). Кроме того, имеется в виду широко использовать данные метеорологических наблюдений на борту торговых морских судов и самолетов гражданской авиации. Анализ и обработка метеорологической информации также в значительной мере автоматизируются благодаря внедрению ЭВМ.

9.10. Какая роль в проекте ВСП отводится радиозондированию атмосферы?

Радиозонд – одно из

выдающихся изобретений нашего века, совершившее революцию в метеорологии и на протяжении уже 50 лет являющееся основным средством изучения состояния атмосферы в ее нижнем 25-30-километровом слое. Первый радиозонд сконструирован советским ученым профессором П. А. Молчановым. Впервые этот прибор был выпущен 30 января 1930 года в Павловске, под Ленинградом. Современный радиозонд представляет собой очень компактную радиометеорологическую станцию, выпускаемую в свободный полет с помощью шара, наполненного водородом или гелием; оболочка шара – из тонкой эластичной резины или неопрена. Состоит радиозонд из портативных высокочувствительных измерителей атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, оригинального устройства для кодирования результатов измерений, превращающихся в радиосигналы, и миниатюрного радиопередатчика этих сигналов. Весит все сложное оборудование современного радиозонда всего около 300 г.

Сейчас у нас в стране радиозондирование атмосферы производится ежедневно два-три раза в день на сети аэрологических станций, насчитывающей около 200 точек; мировая сеть таких станций превышает 600 точек и по проекту ВСП должна быть увеличена еще почти в два раза.

Данные радиозондирования атмосферы служат основой для составления высотных карт погоды различных уровней, от 1,5 до 20 км и выше (так называемых карт барической топографии), они же используются для предвычисления будущего состояния атмосферы – построения прогностических карт погоды для тропосферы и нижней стратосферы. Такие карты составляются в мировых, региональных и крупных национальных метеорологических центрах.

9.11. С какой точностью можно измерить давление и температуру радиозондом?

Обычные сетевые радиозонды позволяют измерять давление с погрешностью, не превышающей 100 Па, а температуру 1°C. Лучшие образцы радиозондов обеспечивают точность измерений в два раза большую. Трудность составляет не само измерение метеорологических элементов – датчики радиозонда могут обеспечить практически такую же точность, как и при измерениях у земли (то есть 0,1 гПа и 0,1° C), – а передача результатов измерений с помощью радиосигналов и их устойчивый прием на земле, а также (что самое главное) обеспечение надлежащей точности введения различных поправок в показания прибора, и прежде всего так называемой радиационной поправки.

9.12. Какими способами определяется ветер на высотах?

Самый старый способ определения ветра на высотах – наблюдение за движением облаков. Еще в первой половине нашего столетия на метеорологических станциях можно было видеть простейший прибор – нефоскоп, позволявший, помимо направления движения облаков, приближенно оценивать и скорость их перемещения (для этого нужно было одновременно определять также и высоту облаков).

При безоблачной погоде (а при облаках – только в подоблачном слое) ветер на высотах можно определять шаро-пилотным методом – наблюдая в теодолит за подъемом наполненного легким газом резинового или неопренового баллона. Скорость подъема шара-пилота принимается за постоянную, а его местоположение фиксируется через определенные промежутки времени величинами горизонтального и вертикального углов, под какими виден шар в теодолит. Этот метод, отличающийся простотой и дешевизной, не вышел из употребления и в наши дни, хотя в основном сейчас ветер на высотах определяется с применением более совершенной аппаратуры непосредственно при выпуске радиозонда.

Практически ветровое зондирование атмосферы осуществляется параллельно с зондированием температуры, влажности и давления при полете одного и того же прибора. Но измерение скорости ветра и определение его направления на разных высотах производится не самим летящим радиозондом, а радиолокатором, находящимся на земле и следящим за движением радиозонда. Фиксирование положения радиозонда через определенные промежутки времени и вычисление скорости ветра, увлекающего за собой прибор, производится автоматически: при радиолокаторе на станции приема сигналов радиозонда есть счетно-решающее устройство.

49. Буйковая автоматическая радиометеорологическая станция

Для ветрового зондирования атмосферы можно использовать и метеорологические искусственные спутники земли – МИСЗ. Во Франции разрабатывается аппаратура для сбора и передачи данных дрейфующих шаров-зондов и определения скорости и направления ветра. Такую аппаратуру предполагается устанавливать на метеорологических спутниках, летающих на невысоких орбитах – до тысячи километров над земной поверхностью.

9.13. Что представляет собой буйковая автоматическая метеорологическая станция?

Буйковые автоматические метеостанции (фото 49) предназначены для установки в океане, где нет других средств получения метеорологической информации. Они представляют собой плавучие платформы, на которых установлено оборудование для инструментальных измерений атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, ветра, количества выпадающих осадков, наличия облаков или ясного неба. Как и в радиозонде, результаты измерений кодируются, превращаясь в систему радиосигналов, в определенное время передаваемых в эфир для прослушивания центром по сбору метеоинформации. Станция может производить и внеочередные наблюдения по команде, даваемой ей по радио. Работа станции обеспечивается блоком долговременного электропитания. Ее положение в океане стабилизируется системой якорей специальной конструкции. Буйковые станции аналогичны по устройству другим видам метеорологических автоматических станций, устанавливаемых в труднодоступных и малонаселенных местностях (в горах, пустынях, во льдах полярных областей).

Проект ВСП предусматривает широкое развитие сети таких станций в открытом океане.

9.14. Зачем нужны суда погоды для ВСП, если в море много торговых судов да еще будут устанавливаться буйковые метеостанции?

Торговые суда плавают по определенным маршрутам, связывающим между собой морские порты различных континентов. Если посмотреть на карту мировых морских путей, то в каждом океане можно увидеть значительные акватории, практически не посещаемые судами торгового флота или посещаемые очень редко и крайне нерегулярно. Между тем информацию о погоде надо иметь постоянно и наблюдения должны вестись повсеместно, в том числе и в океане, в строго определенные часы, называемые сроками наблюдений.

Автоматические буйковые метеорологические станции дают неполные сведения о погоде – на них нет людей, производящих визуальные наблюдения за очень важными метеорологическими явлениями и величинами, не фиксируемыми приборами буйковых станций (например, такими, как формы облаков, горизонтальная видимость, виды осадков и т. п.). Наконец, буйковые станции дают информацию о погоде только у водной поверхности и ничего не сообщают о состоянии атмосферы на высотах в тропосфере и нижней стратосфере.

Суда погоды и предназначены восполнить пробел в информации, получаемой с помощью остальных средств наблюдений на море; на них есть все необходимое оборудование, включая радиозонды и радиолокаторы. Конечно, это дорогостоящее средство получения метеорологической информации. Поэтому проект ВСП предусматривает ограниченное количество судов погоды – около 25 на весь Мировой океан. Получаемая от них информация вместе с информацией ИСЗ обеспечит освещение акваторий океанов данными с требуемой полнотой.

9.15. Как долго суда погоды могут непрерывно находиться в море?

В каждой точке Мирового океана, выбранной для наблюдений с помощью судов погоды (фото 50), поочередно работает несколько судов, принадлежащих зачастую разным странам и дежурящих в отведенном для них месте в соответствии с расписанием. Обычная продолжительность каждого дежурства – шесть недель, но могут по договоренности определяться и другие сроки, однако не более двух месяцев.

9.16. В чем отличие проекта ВСП от международных программ прошлого?

Для научных программ прошлого, таких, как Международные полярные годы (1882/83 и 1932/33), Международный геофизический год (1957/58), Международный год спокойного Солнца (1964/65), наиболее характерной чертой было скоординированное в масштабах земного шара получение возможно большего количества данных наблюдений за состоянием атмосферы, океана и земной коры. Особое внимание при этом уделялось наблюдениям в районах «белых пятен» Земли, откуда не было регулярного поступления метеорологической и иной информации, что мешало ученым создать полную картину всего происходящего на нашей планете. Однако хотя эти программы и охватывали все сезоны, они тем не менее носили временный характер. ВСП – программа долговременная, создаваемая в соответствии с нею новая сеть наблюдений должна функционировать постоянно, а главное, эта сеть должна быть качественно иной по сравнению с действовавшей ранее. Модернизируется вся служба погоды в масштабах земного шара на базе новейших технических средств наблюдений, сбора и обработки информации о погоде. ВСП отражает научно-техническую революцию в метеорологии, совершившуюся в нашем веке и, в частности, усилившую международное сотрудничество метеорологов, дав ему новую техническую основу.

9.17. Что представляет собой Международный геофизический год и другие подобные ему мероприятия?

Международный геофизический год (МГГ)– это комплекс исследований, выполняемых научными организациями различных стран по согласованной международной программе. Целью его является изучение природных явлений и процессов, происходящих в земной коре, в Мировом океане, в земной атмосфере, околоземном пространстве и вселенной. Впервые он был проведен в 1957/58 году и длился 18 месяцев. Для осуществления программы МГГ учеными разных стран было организовано несколько совместных научных экспедиций и создано несколько временно функционировавших международных научных центров, в том числе на необитаемых островах в океане и на Антарктическом континенте, а также в Арктике. В выполнении программы МГГ участвовали десятки тысяч ученых более чем ста стран мира.

Аналогичные, хотя и меньшие по масштабам, международные программы выполнялись и раньше: в 1882/83 и 1932/33 годах – Международные полярные годы, в 1964/65 году – Международный год спокойного Солнца, в 1979/80 – Международный год солнечного максимума. В 70-х и 80-х годах реализуется многолетняя Программа исследований глобальных атмосферных процессов – ПИГАП, расчлененная на несколько региональных экспериментов – в тропиках, в полярных областях, в районах муссонной циркуляции.

9.18. В чем особенность международной программы ПИГАП?

Цель этой программы исследований – сбор материалов в тех географических районах, где энергия Солнца поступает на земную поверхность в избытке, а также в тех районах, где поступление солнечной энергии за год или в отдельные сезоны, наоборот, относительно мало. Таким образом, главное внимание уделяется районам Земли, являющимся «нагревателями» вод океанов и воздуха атмосферы и «холодильниками» Земли, а также процессам теплообмена между этими районами. Материалы этих наблюдений должны послужить основой для создания математической модели атмосферной циркуляции, расчета слагаемых теплообмена в масштабах всей планеты и разработки методов предвычисления погоды долгосрочного характера. Данные, собранные за годы осуществления ПИГАП, позволят проверить и уточнить разработанные учеными различные схемы взаимодействия океана и атмосферы, формирования облачности и осадков, прихода и расхода тепла, необходимые для создания численных методов долгосрочных прогнозов погоды.

9.19. Какая роль в осуществлении программы ПИГАП отводится искусственным спутникам Земли?

Планы ПИГАП предусматривают дистанционное зондирование атмосферы с использованием так называемых геостационарных спутников. Такие спутники вращаются с той же угловой скоростью, что и Земля, и, таким образом, всегда находятся над одним и тем же местом земной поверхности (см. также 10.8 и 10.9). С их помощью должно быть обеспечено надежное метеорологическое освещение широкого пояса между 55-ми параллелями обоих полушарий Земли. Предполагается запустить на экваториальные орбиты пять таких спутников, из них один советский, один японский, один западноевропейский и два американских.

Первый геостационарный метеорологический спутник запущен 17 мая 1974 года. Высота орбиты его 35 800 км, угол наклона – около 2°. Находится спутник над точкой 45°17' з. д.

9.20. Чем объясняется усиленное внимание к тропикам в ПИГАП?

Проведение серий исследований в тропиках предусмотрено программой так называемого Тропического эксперимента (ТРОПЭКС), входящей составной частью в ПИГАП. Оно связано с необходимостью уточнения роли тропической зоны в формировании атмосферных процессов в масштабах всей земной поверхности. Тропическая зона получает от Солнца огромное количество тепла, лишь небольшая часть которого излучается в мировое пространство. Таким образом, в тропиках накапливаются огромные количества энергии, переносимой затем воздушными и океанскими течениями в средние и высокие широты. Изучение механизма переноса энергии и ее преобразования должно помочь выяснению закономерностей формирования крупномасштабных особенностей погоды. В результате осуществления программ ТРОПЭКС удалось получить много новых данных о механизме общей циркуляции атмосферы и ряд количественных характеристик образования облаков и развития грозовой активности, выпадения в тропиках ливневых осадков, очень важных для синоптиков, занимающихся прогнозированием погоды в низких широтах. Таким образом, исследования ТРОПЭКС имеют не только теоретическое, но и прямое практическое значение.

9.21. Какова связь международных программ ПИГАП и ВСП?

Проект ВСП наряду с решением ряда чисто практических задач обеспечения метеорологической информацией всех ее потребителей в масштабе земного шара предусматривает и выполнение научных исследований, результаты которых должны способствовать совершенствованию всей мировой системы обмена метеоинформацией и развитию атмосферных наук. Программа ПИГАП – более узкая, она направлена на решение ряда конкретных проблем энергообмена в атмосфере и взаимодействия атмосферы и океана. Результаты исследований по программе ПИГАП широко используются учеными, работающими в рамках программы ВСП.

9.22. С какими международными организациями сотрудничает ВМО при осуществлении своих программ?

Научные программы ВСП осуществляются совместно с Международным советом научных союзов (МСНС). Исследования в рамках ПИГАП ведутся в соответствии со специальным соглашением между ВМО и МСНС. По этому соглашению осуществляется Первый глобальный эксперимент (ПГЭП) и несколько региональных экспериментов. ПГЭП осуществлялся на протяжении двух периодов: с 5 января по 5 марта и с 1 мая по 30 июня 1969 года. В рамках глобальной системы наблюдений в четырех зональных центрах – в Японии, СССР, Великобритании и США – был организован сбор данных, включающих данные наблюдений метеорологических спутников. Кроме того, были организованы и успешно проведены дополнительные специальные наблюдения с 45 судов ветрового зондирования в тропиках, с самолетов – разведчиков погоды, сбрасывающих радиозонды в экваториальных зонах Атлантики, Тихого и Индийского океанов; в экваториальной области были выпущены уравновешенные шары-зонды, а на обширной акватории Мирового океана в разных широтах выпущено около 400 дрейфующих буев.

9.23. Что представляет собой Всемирная климатическая программа?

Исполнительный комитет ВМО (бывший до июня 1983 года руководящим органом Организации) в июне 1980 года определил содержание всего комплекса работ по изучению климата земного шара, которые должны выполняться ВМО в сотрудничестве с другими международными организациями в рамках Всемирной климатической программы (ВКП).

ВКП объединяет четыре взаимосвязанные программы: Всемирную программу исследования климата, Всемирную программу применения знаний о климате, Всемирную программу исследования влияния климата на деятельность человека и Всемирную программу климатических данных. Координация всех работ по этим программам возложена на специально созданное при Секретариате ВМО Бюро ВКП. Научные аспекты ВКП обсуждаются Объединенным научным комитетом ВМО/МСНС, который возглавляет проф. Дж. Смагоринский (США). В состав комитета входят советские ученые академик А. М. Обухов и профессор М. А. Петросянц. Определены основные направления намечаемых исследований. В частности, предполагается изучение механизма обратной связи между облачностью и радиацией, процессов взаимодействия океана и атмосферы, разработка модели климата и осуществление ряда экспериментов. Предусматривается привлечение к выполнению программы исследований Научного комитета по исследованию океана (СКОР), Комитета по космическим исследованиям (КОСПАР), Международной ассоциации метеорологии и физики атмосферы (МАМФА).

Большое внимание уделяется в ВКП совершенствованию методики исследований, расширению работ по прикладной климатологии и удовлетворению потребностей народного хозяйства в климатических данных, подготовке архивных материалов по климату земного шара.