Текст книги "Вопросы о погоде"
Автор книги: Павел Астапенко
сообщить о нарушении
Текущая страница: 16 (всего у книги 32 страниц)
10.16. Каковы особенности погоды в свободной атмосфере?
Как показали исследования, выполненные с помощью ракет, спутников и других средств зондирования атмосферы, на высотах, в свободной атмосфере, метеорологические условия несколько иные, чем у земной поверхности. Во-первых, там менее значительны колебания температуры воздуха, поскольку с высотой уменьшается влияние подстилающей поверхности и всех ее неоднородностей. Сама температура воздуха в свободной атмосфере ниже, чем у земли. Во всем нижнем слое атмосферы, называемом тропосферой, она понижается в среднем примерно на 6 – 7° C на каждый километр высоты. Толщина этого слоя может колебаться в зависимости от географической широты места и характера происходящих атмосферных процессов от 7 до 18 км. Выше тропосферы примерно до высоты 51 км находится второй атмосферный слой – стратосфера. Между тропосферой и стратосферой несколько сот метров переходного, или промежуточного слоя, называемого тропопаузой. На тропопаузе температура может быть от -45 до -80°C, причем с высотой она перестает понижаться и даже наоборот – немного возрастает или остается неизменной; в стратосфере она также с высотой сперва меняется очень незначительно, а затем начинает повышаться, приближаясь на ее верхней границе к 0°C. Во-вторых, в свободной атмосфере воздушные течения меньше искажаются рельефом местности и могут достигать больших скоростей, образуя так называемые струйные течения. В-третьих, там нет некоторых специфических приземных метеорологических явлений, а сама погода резко делится на два типа – внеоблачную, так сказать в ясном небе, и в облаках. Есть в свободной атмосфере и свои специфические явления погоды, такие, как турбулентность при ясном небе (ТЯН), стратосферные потепления, стратосферные облака вулканической пыли и другие.
10.17. Почему в стратосфере температура с высотой не понижается, а растет?
Температура воздуха в стратосфере определяется процессом лучистого теплообмена. Находящийся в нижней стратосфере слой озона поглощает некоторую часть солнечного тепла и нагревается, одновременно нагревая воздух. Приток тепла и его отток благодаря лучеиспусканию сбалансированы, иначе говоря, сохраняется состояние лучистого равновесия. С ним связан и процесс терморегулирования количества озона в стратосфере. Если произойдет чрезмерное нагревание воздуха, то немедленно начнется распад молекул озона и уменьшение содержания последнего, а следовательно, уменьшится и поглощение солнечного тепла; это автоматически приведет к снижению температуры до прежнего уровня.
10.18. Почему нижняя граница стратосферы не всегда расположена на одной и той же высоте?
Высота тропопаузы – переходного слоя между тропосферой и стратосферой – изменяется в зависимости от состояния воздуха под ней, то есть в тропосфере. Приближенно можно считать тропосферу слоем интенсивного перемешивания воздуха, а стратосферу – слоем с устойчивым его состоянием. В зависимости от развивающихся над земной поверхностью процессов и степени прогрева нижних слоев воздуха высота границы неустойчивости и интенсивного перемешивания может подниматься и опускаться. В теплом воздухе и над областями высокого атмосферного давления она выше, а в холодном и над циклонами – ниже. По этой причине тропопауза расположена ниже над полярными районами и выше над тропическими областями. Граница между тропосферой и стратосферой в реальных условиях над средними широтами в зависимости от ситуации может располагаться на уровнях от 8 до 13 км, а температура ее может на 7-8°C отличаться от стандартных значений (-56,5°C), при этом она будет тем ниже, чем выше окажется тропопауза.
10.19. Как высоко над земной поверхностью возникают струйные течения?
Ветер скоростью более 100 км/ч – нижний предел для струйных течений – бывает обычно в верхней тропосфере, то есть выше 6 км. Максимальные значения скорости ветра на высотах чаще всего наблюдаются на 1-1,5 км ниже тропопаузы. Поэтому принято считать, что в тропосфере ось струйного течения находится в среднем на этом уровне, под тропопаузой. Однако, как всегда и бывает со средними цифрами, это не всегда соответствует реально встречающимся условиям – могут быть ситуации, когда ось струйного течения расположена еще ниже, то есть на 2-3 км ниже тропопаузы, или же, наоборот, лежит значительно выше, даже над тропопаузой. Это бывает, когда струйное течение очень сильное (300-400 км/ч и более) и очень мощное (5-6 км и более по вертикали). Струйные течения встречаются и в стратосфере. Здесь их оси обычно располагаются на высотах 16 – 20 км и выше, где наблюдается второй максимум скорости ветра. Направление ветра в тропосфере и направление стратосферных струйных течений могут совпадать, что чаще случается в холодное время года, но могут быть и противоположными, что обычно бывает летом.
10.20. Что такое велопауза?
Зондирование атмосферы различными средствами позволило обнаружить некоторые особенности в распределении метеорологических величин, в том числе направления и скорости ветра на высотах. В частности, была замечена устойчивая закономерность убывания скорости ветра с высотой и изменения направления ветра на противоположное в стратосфере в теплое время года. Такое обращение ветра происходит на высоте около 20 км. Фактически переход ветра с западного направления на восточное, то есть противоположное, происходит в слое толщиной в несколько сот метров. Слой этот получил название велопаузы. Изменение направления ветра связано с формированием летом в стратосфере высотного антициклона, приходящего в период полярного дня на смену зимнему холодному околополюсному циклону. Как только на высотах направление, в котором убывает давление, меняется по горизонту на противоположное, – таким же образом изменяется и направление ветра.
10.21. Какие облака характерны для больших высот?
В нижней стратосфере присутствует специфическая облачность, время от времени появляющаяся под инверсионным задерживающим слоем, в котором начинается увеличение температуры с высотой. Это перламутровые облака и облака вулканической пыли, или пылевые, получившие в литературе не совсем удачное и мало оправданное с точки зрения логики название «литосферные облака». На верхней границе мезосферы, где температура воздуха достигает предельно низких значений, около -90° C, а в отдельных случаях и того ниже, и с высотой уже перестает понижаться, иногда можно видеть красивые, слабо светящиеся, синеватого цвета серебристые облака. Стратосферные облака наблюдаются преимущественно на высоте 20-30 км, мезосферные – на высоте 80-90 км.
10.22. Когда и где можно наблюдать перламутровые и серебристые облака?
Перламутровые облака – явление редкое, его можно видеть в высоких широтах Земли очень короткое время сразу после захода солнца. Они радужно светятся на темном фоне вечернего неба, рассеивая и отражая достигающие их солнечные лучи. Их свечение объясняется явлением иризации, вызываемым, возможно, преломлением солнечных лучей в переохлажденных мельчайших капельках воды, из которых, как предполагают, состоят такие облака. Серебристые облака можно наблюдать ночью в северной части горизонта в поясе между 50 и 75° с. ш. в периоды, когда солнце неглубоко заходит за горизонт (не глубже 13°). Свечение этих облаков, по мнению некоторых ученых, вызывается фотолюминесценцией ледяных кристаллов под влиянием ультрафиолетовой радиации Солнца. По мнению других – свечение объясняется рассеянием солнечного света на мельчайших частицах вулканической или космической пыли и ледяных кристалликах.
10.23. Почему облака вулканической пыли долгое время сохраняются в стратосфере?
При извержениях вулканов облака пыли выбрасываются в толщу нижних слоев атмосферы до высоты нескольких десятков километров. Но в самом нижнем слое – тропосфере – вулканическая пыль долго не задерживается, оседая в течение нескольких суток на земную поверхность. Этому способствуют интенсивное перемешивание воздуха в тропосфере, процессы образования облаков и выпадения осадков, очищающих тропосферный воздух от загрязняющей его пыли. В стратосфере картина иная. Здесь нет интенсивного перемешивания, стратосфера устойчива, и попавшие в нее примеси могут годами оставаться там, переносимые воздушными течениями с места на место в виде облаков вулканической пыли. После каждого очень сильного извержения вулкана количество таких облаков в стратосфере увеличивается; на протяжении нескольких лет после этого приборы на земле отмечают уменьшение поступления солнечного тепла из-за уменьшения прозрачности воздуха в его верхних слоях. Влияние облаков вулканической пыли на погоду замечено давно, с ними связывают похолодания на Земле, особенно ощутимые в летние сезоны. Помимо этого, такие облака представляют серьезную помеху для стратосферных сверхзвуковых самолетов: твердые частицы вулканической пыли могут повредить обшивку.
10.24. С какими еще явлениями могут встретиться люди в верхних слоях атмосферы?
Теоретически в верхних слоях атмосферы возникает некоторая опасность встречи с метеорными частицами – пришельцами из космоса, обычно сгорающими в нижних, более плотных, слоях атмосферы. Однако вероятность такой встречи для космического корабля ничтожно мала. На высоте полета современных сверхзвуковых самолетов – около 20 км – время от времени могут наблюдаться случаи повышения уровня радиации, связанные со вспышками солнечной активности. Возникающие при таких вспышках «протонные ливни» – потоки целого комплекса губительных космических частиц – гамма-лучей, альфа-частиц, электронов и нейтронов – способны создать угрозу здоровью экипажей и пассажиров стратосферных самолетов. Сильные вспышки, вызывающие разовое облучение выше допустимого международными стандартами, бывают редко – в среднем один раз в год, а умеренные, вызывающие неопасное, допустимое разовое облучение, случаются в два раза чаще.
10.25. Влияют ли на погоду на Земле полеты спутников, ракет, сверхзвуковых самолетов и других летательных аппаратов?
Полеты любых типов летательных аппаратов никакого влияния на погоду не оказывают, за исключением тех случаев, когда они производятся преднамеренно, с целью искусственного воздействия на облака, туманы, ледники или снежный покров, то есть когда с их помощью производится засев химических реагентов, рассеивающих облачность и туманы или вызывающих выпадение дождя, предотвращающих выпадение града или способствующих быстрому таянию снега и льда.
ПРЕДСКАЗАНИЕ ПОГОДЫ
Предсказание погоды, с научной точки зрения, – одна из сложнейших физических задач. Для ее решения существует несколько методов, но в полном объеме, для всех метеорологических величин и явлений, характеризующих состояние погоды, практически ни один метод не обеспечивает пока точного решения.
Погоду можно предсказывать по местным признакам, синоптическим методом – на основе анализа синоптических карт погоды – и численными методами – путем предвычисления с использованием ЭВМ. Существуют еще и физико-статистические методы, отличительной особенностью которых является составление прогнозов погоды в так называемой вероятной форме. У каждого из перечисленных методов есть свои достоинства и недостатки, своя специфика использования и свои возможности применения на практике для удовлетворения нужд потребителей прогностической информации.
В настоящее время составляются прогнозы как общего пользования, рассчитанные на всех и распространяемые средствами массовой информации, так и специальные – предназначенные для удовлетворения запросов отдельных отраслей народного хозяйства, учитывающие специфику деятельности людей тех или иных профессий (строителей, моряков, авиаторов, земледельцев, животноводов и т. д.); они помещаются в специальных метеорологических бюллетенях или передаются по ведомственным каналам связи.
Прогнозы общего пользования содержат минимум количественной информации об ожидаемом состоянии всего комплекса метеорологических величин, характеризующих погоду. Специальные прогнозы отличаются большей детализацией и конкретностью характеристики состояния отдельных метеорологических величин, представляющих наибольший интерес для потребителя.
Прочитав эту главу, читатель убедится, насколько это непростая задача – составление прогнозов погоды.
11.1. Как предсказывают погоду по местным признакам?
Чтобы составить представление об ожидаемой в ближайшие часы погоде по местным признакам, необходимо прежде всего верно оценить характер погоды в данную минуту. Для этого достаточно хорошенько рассмотреть небо по возможности из точки с хорошим обзором горизонта, не закрытой ни строениями, ни деревьями. Состояние неба, то есть наличие или отсутствие облаков, подскажет, связана ли наблюдаемая погода с режимом какой-либо одной воздушной массы или она определяется влиянием атмосферного фронта. Направление и скорость перемещения облаков, так же как и ветер у земли, помогут уточнить, в какой части барической системы (циклона, антициклона или их периферийных участков – ложбины или гребня) находится в данное время наблюдатель. Если есть под руками барограф или барометр-анероид, весьма кстати окажутся данные об изменении давления за последние часы (так называемая барическая тенденция). Определив таким образом метеорологическую обстановку, можно мысленно представить себе ее дальнейшее развитие и вытекающие отсюда возможные изменения погоды: для внутримассовой погоды определяющим будет ее суточный ход, характерный для каждого сезона; для погоды фронтальной – надо знать, с каким фронтом имеем дело и что несет с собой этот фронт. Подтверждение своим выводам надо искать в других известных признаках – состоянии светил на небе, окраске горизонта, типичных облаках – предвестниках ненастья, грозы, холодного или теплого фронта и т. д. Надо использовать максимально полно весь арсенал доступных анализу признаков, включая распространение запахов, поведение животных, состояние водоемов и т. д. Судить о будущей погоде следует по всему комплексу признаков, и чем больше таковых указывают на один и тот же характер погоды, тем увереннее можно быть в том, что вы на верном пути.
11.2. Как предсказывают погоду синоптическим методом?
Сущность синоптического метода прогноза погоды состоит в одновременном обзоре ее состояния на достаточно большой территории, позволяющем определить характер развития атмосферных процессов и дальнейшее наиболее вероятное изменение метеорологических условий в интересующем нас районе. Осуществляется такой обзор с помощью карт погоды, на которые наносятся данные метеорологических наблюдений у поверхности земли и на всех доступных метеорологическим приборам высотах, производимых единовременно по определенной программе метеорологическими станциями. В основе предсказания погоды синоптическим методом лежит анализ карт погоды, называемых синоптическими. Анализ состоит в определении того, чем обусловливается погода в интересующем нас районе: откуда и какой приходит воздух, в какой барической системе он циркулирует; как взаимодействует с земной поверхностью; существуют ли атмосферные фронты, способные оказывать влияние на погоду; куда и с какой скоростью перемещаются барические системы и атмосферные фронты; как они изменяются; каков суточный ход погоды, обусловливаемой ими, и т. п.
На основе такого подробного анализа, который предусматривает как чисто качественную оценку развития атмосферных процессов, так и получение их количественных показателей, синоптику предстоит определить, как будут развиваться эти процессы в интересующий нас период времени и каковы будут обусловленные этими процессами конкретные условия погоды – облачность, температура воздуха, ветер, осадки и т. д. Значения некоторых метеорологических величин он может рассчитать, используя известные ему расчетные методы и приемы, а значения некоторых других (например, облачности) он оценивает приближенно, без точных расчетов, но опять-таки исходя из известных в синоптической метеорологии положений и методов. Во всех случаях синоптик опирается на свое понимание развивающихся атмосферных процессов, на свой опыт и знания, а также на известные современной науке положения, собранные в официальном документе «Руководство по краткосрочным прогнозам погоды».
11.3. Как предвычисляют погоду?
Предвычисление будущего состояния погоды осуществляется с помощью ЭВМ, в память которых поступает непрерывный поток метеорологической информации о фактическом состоянии погоды, зафиксированном на сотнях метеорологических станций континента и окружающих его морей. Эта информация опознается, сортируется, подвергается контролю машиной и специальной обработке, позволяющей осуществить дальнейший ее объективный анализ. Данные отдельных станций, расположенных на различных расстояниях одна от другой, пересчитываются в значения основных метеорологических величин для так называемой регулярной сетки точек, равномерно расположенных на географической карте анализируемой территории. Обработанная таким образом информация становится исходной для выполнения расчетов на ЭВМ. Она вводится в уравнения гидротермодинамики, описывающие состояние погоды в исходный момент времени. Решение этих уравнений согласно подготовленной ранее и многократно опробованной программе, выполняемое на ЭВМ, и является будущим состоянием атмосферного давления, ветра, температуры и осадков на сроки 12,24 и 36 ч вперед. Результаты предвычисления выдаются на графопостроители – приборы, автоматически расчерчивающие карты будущего состояния погоды – давления, ветра, температуры и осадков. Таким образом получаются прогностические карты основных метеорологических величин, по которым метеоспециалисты уже составляют все остальные, более детальные прогнозы погоды, включающие данные об ожидаемых стихийных явлениях (таких, как грозы, метели, гололед и т. п.) для отдельных населенных пунктов, районов и территорий.
11.4. Какие ЭВМ используются у нас в стране для предвычисления погоды?
В Гидрометцентре СССР используются ЭВМ БЭСМ-6, М-222 и «Минск-32», которые выполняют необходимые круглосуточные расчеты на двух технологических линиях – подготовки карт фактической погоды и подготовки прогностических карт. Оба вида карт используются синоптиками для составления прогнозов погоды.
11.5. На чем основаны современные методы долгосрочного предсказания погоды?
Погоду на длительные, превышающие трое суток, сроки в настоящее время можно прогнозировать несколькими методами, имеющими в своей основе различные научные предпосылки. Основным методом в нашей стране является синоптический метод, основанный на использовании ряда выявленных закономерностей в развитии атмосферных процессов большого масштаба. Для прогноза конкретных характеристик погоды используются и другие методы, дополняющие основной. Такими методами являются гидродинамический и статистический. Это методы количественных долгосрочных расчетов, возможных еще не для всех метеорологических величин и имеющих ограниченную точность, и по этой причине пока являющиеся вспомогательными средствами долгосрочного прогноза. Общий и наиболее существенный недостаток всех названных методов – невозможность их уверенного применения во всех ситуациях, что затрудняет их использование для принятия ответственных решений. Отсюда и случаи неудачных прогнозов погоды на месяц или сезон, снижающие эффективность других прогнозов, правильно отражающих действительные изменения погоды. Ошибочные прогнозы остаются в людской памяти дольше правильных – таково уж свойство человеческой психики…
11.6. Когда была организована служба погоды у нас в стране?
Наша отечественная служба погоды существует с 1 января 1872 года, когда вышел первый Ежедневный метеорологический бюллетень с сообщениями о погоде 26 русских и 2 зарубежных станций, полученными по телеграфу. Готовился бюллетень в Главной физической обсерватории в Петербурге. Там же в последующие годы начали составляться и прогнозы погоды.
21 июня 1921 года В. И. Ленин подписал декрет Совета Народных Комиссаров «Об организации единой метеорологической службы в РСФСР», который положил начало развитию современной советской службы погоды. В 1929 году в Москве было организовано Центральное бюро погоды под руководством известного советского ученого А. Ф. Вангенгейма. В феврале 1936 года оно было преобразовано в Центральный институт погоды, который в 1943 году переименовали в Центральный институт прогнозов СССР (ЦИП СССР). В 1965 году был создан Гидрометеорологический научно-исследовательский центр СССР (Гидрометцентр СССР XE "Гидрометцентр СССР"), выполняющий функции Центрального института прогнозов и Мирового метеорологического центра одновременно. Это центральный научный и оперативный орган советской службы погоды; в союзных республиках и в ряде крупных городов Российской федерации существуют местные гидрометцентры.
