Метеорология о чем наука

Метеорология

Полезное

Смотреть что такое «Метеорология» в других словарях:

метеорология — метеорология … Орфографический словарь-справочник

МЕТЕОРОЛОГИЯ — (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

МЕТЕОРОЛОГИЯ — (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

МЕТЕОРОЛОГИЯ — (от греч. meteorologia учение о небесных явлениях), отдел геофизики, основной задачей к рого является раскрытие связи и взаимоотношений между явлениями, происходящими в атмосфере (физика атмосфер ы). М. отличается от физики только методом: физика … Большая медицинская энциклопедия

метеорология — синоптика Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова. 2011. метеорология сущ., кол во синонимов: 18 • … Словарь синонимов

метеорология — наука, изучающая состав и строение атмосферы, а также явления, происходящие в ней (тепловые режимы, движения воздуха, влагооборот и фазовые превращения воды в атмосфере, электрические, оптические и акустические явления). Военная метеорология… … Морской биографический словарь

МЕТЕОРОЛОГИЯ — (от греческого meteora небесные явления и. логия), наука о земной атмосфере и происходящих в ней процессах. Изучает состав и строение, влагооборот и фазовые превращения воды, движения воздушных масс, электрические, оптические явления атмосферы,… … Современная энциклопедия

МЕТЕОРОЛОГИЯ — МЕТЕОРОЛОГИЯ, раздел КЛИМАТОЛОГИИ, изучающий погодные условия. Метеорологи исследуют и анализируют сведения, поступающие с сети метеорологических судов, самолетов и спутников, и на основании полученных результатов составляют карты, показывающих… … Научно-технический энциклопедический словарь

Источник

Метеорология о чем наука

Для современного человека очевидно, что представления Аристотеля о ряде природных явлений, о которых он размышлял в своем трактате «Метеорологика», были ошибочными, однако рождение науки об атмосфере и погоде, бесспорно, связано именно с этим трактатом.

Любая естественная наука состоит из трех органически связанных частей: наблюдение, эксперимент и теория. История показывает, что если пренебрегают одной из них, наука неизбежно обедняется, а иногда ведет к неверным выводам, то есть по существу самоликвидируется как средство познания. И до Аристотеля люди внимательно наблюдали за погодой, о проявляемом к ней интересе могут свидетельствовать многочисленные отрывки из поэм Гомера, древнекитайских трактатов, индийской героической поэмы «Рамаяна». Однако прежде никто не пытался понять, почему происходят изменения погоды. Аристотель же стремился создать систему объяснений наблюдаемых фактов, то есть теорию. Следует отметить, что он не чуждался и эксперимента. Например, для выяснения вопроса, имеет ли воздух вес, ученый поочередно взвесил надутый и пустой бычий пузырь и обнаружил, что надутый пузырь весит больше пустого. Значит, рассуждал он, воздух действительно имеет вес. Однако надутый пузырь плавает на воде, а ненадутый тонет. Результаты последнего опыта вроде бы противоречили первому, и Аристотель делает странный для нас вывод об абсолютной легкости воздуха, об отсутствии у него веса.

С высоты современных знаний нетрудно заметить погрешности в рассуждениях ученого (ведь он еще не знал о переменной плотности воздуха и о принципе Архимеда!), но разве в этом дело? Науку и теперь можно представить себе в виде цепи бесконечных и нередко бесплодных попыток постичь истину. Главное же, несомненно, заключается в том, что Аристотель стремился понять причины природных явлений, и это приводило его к настоящим открытиям. Вот что, например, он писал о воде:

«Мы всегда ясно видим, как вода, поднявшаяся в воздух, опускается снова. Даже если то же самое количество не возвратится в течение года и именно в этой стране, то через определенный срок все, что было унесено вверх, будет возвращено».

Совершенно очевидно, что речь идет о круговороте воды в природе!

Подмеченные Аристотелем особенности хорошо укладываются в современную схему атмосферных процессов в Средиземноморье. Связь направления ветра с характером погоды, конечно в более сложном виде, и сейчас является основой методов прогноза погоды.

На примере Аристотеля, с именем которого связана первая постановка вопроса о научном исследовании природы, очень хорошо видны особенности науки как диалектического организма со всеми свойственными ей противоречиями, временными спадами и качественными взлетами, составляющими сущность весьма непростого движения от частных наблюдений к общим закономерностям.

Нет ли в этом отрывке из «Одиссеи» чего-то уже нам знакомого? Описывается буря, при которой восточный ветер Эвр сменяется западным, Зефиром. Если циклон двигался над путешественниками с запада на восток, как чаще всего они и смещаются, то, действительно, восточные ветры после прохождения центра циклона должны были смениться западными. Значит, и в древности бурю и непогоду в умеренных широтах приносили циклоны. Русский метеоролог Б.П. Мультановский в 1992 г. внимательно изучил все описания природы из «Одиссеи» и построил карты погоды, которая наблюдалась 3000 лет назад. На них четко выделяются циклоны и антициклоны, управляющие воздушной стихией ныне, как и в древности.

ПОГОДА ПО ПРИМЕТАМ

В 1725 г. в Санкт-Петербурге была открыта Академия наук, которая стала издавать свои календари, свободные от астрологических «предзнаний». Но читатели требовали вернуть астрологам утраченные позиции (ведь так заманчиво знать все заранее), и академикам пришлось согласиться. Правда, они не упускали случая с улыбкой предупредить: «Мы вовсе не надеемся, что все, что мы предсказываем, сбудется. В случае частых неудач просим помнить читателя, что за немногие копейки нельзя много истины купить».

Почему истинные исследователи природы так безоговорочно отвергают астрологию и астрометеорологию? Понятно (правда, не всем, особенно в наше неспокойное время), что звезды и планеты не могут оказывать никакого влияния на исторические события и судьбы, но, может быть, гравитационное взаимодействие небесных тел и атмосферы в состоянии определять погоду? В результате тщательных измерений было установлено, например, что притяжение Луны действительно вызывает в атмосфере приливы. Эти, подобные океанским, приливы выражаются в колебаниях давления воздуха с амплитудой 0,02 мм. рт. ст. Однако тот, кто следит за погодой, знает, что при ее перемене колебания атмосферного давления могут быть гораздо большими: их амплитуда превышает 20, 30 и даже 50 мм рт. ст. Следовательно, лунные приливы, самые мощные из всех известных, не могут быть причиной изменения погоды: слишком мало их воздействие на атмосферу.

Но помним ли мы 1983 г.? Скорее, нам памятны лето 1972 г. из-за небывалой засухи и зима 1978-79 г. из-за страшных и продолжительных морозов на Европейской части России, хотя никаких особых событий в космическом окружении Земли тогда не наблюдалось. То, что в 1983 г. мы все-таки остались живы, указывает на крайне малый приливный потенциал планет по отношению не только к массивному Солнцу, но и к сравнительно небольшой Земле. «Парады планет» повторяются каждые 179 лет, но в погоде такой периодичности не существует.

1) характеризующие погоду определенного дня (календарные); 2) позволяющие предсказывать ее на несколько часов или на сутки вперед (краткосрочные); 3) предназначенные для предсказания характера погоды на целый сезон или даже на год (долгосрочные).

Часть примет основана на наблюдениях за растениями и поведением животных. Сразу оговоримся, что справедливость таких примет нельзя оценивать без углубления в биологию и экологию. Пусть это делают специалисты в соответствующих областях науки, мы же рассмотрим чисто метеорологические приметы, каких, кстати, значительно больше.

Самые популярные, пожалуй, приметы календарные, например такие:

Ловко скроенные, приметы эти хорошо запоминаются и представляют собой как бы готовый на все времена прогноз погоды. Они обязательно привязаны к церковному календарю, поскольку для подавляющего большинства населения дореволюционной России он был основным. Помните, как у И. А. Гончарова в «Обломове»:

Календарных примет много, и если бы они абсолютно точно оправдывались, то из года в год наблюдалась бы совершенно одинаковая погода и разные природные явления происходили бы в одни и те же сроки. Вот, например, приметы первого месяца весны:

Если верить этим приметам, то в марте всегда должно быть тепло. Но известно, что год на год не приходится. Так, дата прилета грачей в средней полосе России, по данным фенологических наблюдений, колеблется между 7 и 31 марта. Другие народные приметы допускают, что на Евдокию (14 марта), Федота (15 марта) и Алексея (30 марта) в разные годы может быть разная погода. Таким образом, календарные приметы нельзя рассматривать как прогноз погоды на конкретный день конкретного года, они могут лишь свидетельствовать об увеличенной повторяемости определенного типа погоды в какой-либо день в среднем за очень много лет, то есть характеризовать то, что мы называем климатом.

Объективны ли в этом смысле календарные приметы погоды? Существуют периоды продолжительностью в несколько дней, когда средние многолетние значения температуры либо ниже, либо выше некоторой теоретической температуры, которая могла бы наблюдаться в том случае, если бы температура воздуха зависела только от высоты солнца над горизонтом.

Отличие реальной кривой от теоретической говорит в пользу календарных примет. Действительно, в Подмосковье есть «провалы», соответствующие рождественским (7 января), крещенским (19 января) и сретенским (15 февраля) морозам. Объективность народных примет подтверждается также и климатическими понижениями температуры, которые отмечаются в дни Афанасия (31 января) и Власа (24 февраля).

Но беспристрастный глаз заметит и другое. Например, сильные похолодания 10, 14 и 26 января, 10 февраля и 15 марта, а также потепления 18 января, 3 февраля и 1 марта как-то выпадают из оставленной нам предками системы примет. Вполне допустимо, что связанные с этими днями приметы существовали, но их почему-то не помнят, хотя отмечавшиеся в последнее столетие климатические морозы 14 января и сильные оттепели 3 февраля просто нельзя было не заметить! В чем же здесь дело? Неужели наши предки были столь ненаблюдательны?

Причина здесь, по-видимому, иная, и связана она с изменениями климата от столетия к столетию. Сейчас проводятся очень большие работы по восстановлению климата всего исторического времени и даже минувших геологических эпох продолжительностью в сотни миллионов лет. Это необходимо, в частности, для прогноза возможных колебаний климата в будущем. Используется все, что может помочь делу: материалы инструментальных наблюдений прошлого, указания летописей и литературных источников, сведения о характере геологических отложений, данные по нарастанию древних ледниковых покровов Антарктиды и Гренландии, древесные кольца и многое другое. Достоверно установлено, что климат в течение последней тысячи лет, когда и могли сформироваться календарные приметы погоды, менялся очень существенно.

Календарные приметы сформировались окончательно, разумеется, не в эпоху последнего потепления климата, а раньше, и происходило это, по крайней мере, в течение малого ледникового периода. Поскольку характер климата тогда был другим, то и кривая годового хода температуры воздуха могла выглядеть иначе. Возможно, рождественские и крещенские морозы были выражены тогда более отчетливо, чем сейчас.

Приведенные данные говорят сами за себя: прогнозы погоды, основанные исключительно на календарных приметах, будут оправдываться в лучшем случае на 50%, а это равносильно игре в «орла и решку».

Старайся наблюдать различные приметы.
Пастух и земледел в младенческие леты,
Взглянув на небеса, на западную тень,
Умеют уж предречь и ветр, и ясный день,
И майские дожди, младых полей отраду,
И мразов ранний хлад, опасный винограду.

Приметы («Старайся наблюдать различные приметы. »)

Краткосрочные приметы интересно сопоставить с закономерностями, выявленными благодаря достижениям современной науки, поэтому мы вернемся к ним в той главе, где разбираются типы климата и погоды на Земле. Здесь же отметим, что опытные синоптики, которые долго работают в одной местности, умеют использовать наряду с новейшими научными методами и краткосрочные приметы, или, как они их называют, местные признаки погоды.

Большинство традиционных методов долгосрочного прогноза основано на изучении закономерностей постепенного развития атмосферных процессов. Предполагается, что сигналы о возможных длительных отклонениях погоды от нормы появляются в атмосфере (или вообще в природе) задолго до того, как эти отклонения происходят. Следует, значит, лишь подробно проанализировать ход погоды, скажем, за полгода до того месяца, на который составляется долгосрочный прогноз. Как показал опыт, этот метод оказывается верным примерно в 60 случаях из 100, о чем свидетельствует успешность долгосрочных прогнозов погоды не только у нас в стране, но и за рубежом, которая составляет около 60%. В остальных 40% случаев крупные месячные и сезонные аномалии погоды возникают почти внезапно, без какой-либо видимой подготовки. И здесь традиционные методы оказываются бессильными.

Все это имеет прямое отношение к распространенным среди неспециалистов взглядам на смену сезонов года. Наверное, вы не раз слышали: «Ну, раз зима была холодной, то лето ожидай жарким». В основе подобных рассуждений лежит, на первый взгляд, верная логика: должен же соблюдаться баланс в природе! Однако логика самой природы не укладывается в такую простую схему. В этом легко убедиться, ознакомившись с табл. 1, в которой на основании наблюдений за последние 25 лет показано, насколько часто лето (или зима) по температурным условиям бывает аналогично или противоположно предыдущей зиме (или лету). Из таблицы следует, что для лета распространенная примета вообще неверна: в среднем для всех городов только в 41% случаев летняя погода была противоположна зимней, скорее уж наоборот: лето было похоже на зиму (59%) случаев. Правильно предсказать зимнюю погоду по летней еще сложнее: вероятность аналогичной и противоположной лету зимы одинакова (опять игра в «орла и решку»).

У автора нет ни малейшего желания уличать народные приметы в неточности, просто их, как и любое правило, нужно количественно проверять. В науке истина утверждается не авторитетом, пусть даже народа, а опытом и практикой.

Можно перечислить великое множество примет такого типа, их обзор можно найти, например, в публикациях фенолога А. Стрижева в журнале «Наука и жизнь» за 1968 г. Однако следует отметить, что очень немногие долгосрочные приметы проверены количественно. Сам этот факт свидетельствует о том, что в научных прогнозах погоды они не используются, и вот почему. Долгосрочные приметы, как и календарные, представляют собой климатическое обобщение многолетних наблюдений за погодой. Поскольку год на год не приходится, достоверность долгосрочных примет имеет вполне определенный предел, который не может быть превзойден даже при сколь угодно тщательной обработке данных наблюдений. Соответственно и успешность прогнозов погоды, основывающихся на этих приметах, будет ограниченной. Чтобы ее повысить, следует ответить не только на вопрос, как происходят изменения погоды, но и на вопрос, почему они происходят. Перспективы научного подхода к прогнозу погоды открыл XVII в., когда атмосфера впервые стала рассматриваться как физическая среда.

НАУКА ИЗМЕРЯТЬ

Предтеча современной физики, универсал и энциклопедист Леонардо да Винчи однажды высказал следующую мысль: «. Мне кажется, что те науки пусты и полны ошибок, которые не порождены опытом, отцом всякой достоверности. если их начало или середина, или конец не проходят через одно из пяти чувств». Это высказывание свидетельствовало о том, что пришло время количественного анализа природы, и „наука измерять» стала равносильной «науке побеждать» в деле постижения ее законов. Однако понадобилось еще более 100 лет, чтобы мысль Леонардо да Винчи, столь понятная нам сейчас, утвердилась и считалась неоспоримым правилом. Фактически же эта идея великого ученого раньше всего была признана в Италии, где в семнадцатом столетии герцогом Тосканским, который вел свой род от покровителя искусств и науки Лоренцо Медичи, была основана Флорентийская академия опыта.

В 1652 г. Отто фон Герике, хорошо знакомый нам еще со школьных лет по опыту с «магдебургскими полушариями», сделал следующий решительный шаг: он приспособил водяной столб, заключенный в вертикальную трубу, для измерения колебаний веса воздуха. Так родился прибор, названный потом барометром, но сам Герике любовно называл его погодным человечком. Дело в том, что на поверхности водяного столба плавала деревянная фигурка человека, она поднималась или опускалась вместе с водой в зависимости от того, росло или падало давление воздуха (то есть его вес, приходящийся на единицу площади). Рука человечка указывала на примитивную шкалу с делениями, по которой в любой день можно было узнать, какое сегодня давление, и сравнить его, например, со вчерашним. И вот тут-то открылись интересные вещи!

Связь между колебаниями «высоты» барометра и резкими изменениями погоды была настолько очевидной и впечатляющей, что ученые увидели в барометре универсальный инструмент для отгадывания ее тайн. Наш знаменитый соотечественник Ломоносов надеялся, что барометр произведет в метеорологии такую же революцию, как и телескоп в астрономии. В своем «Письме о пользе Стекла» он с восторгом писал:

. Уже в Стекле нам Барометры
Хотят предвозвещать, коль скоро будут ветры,
Коль скоро дождь густой на нивах зашумит,
Иль, облаки прогнав, их солнце осушит.
Надежда наша в том обманами не льстится:
Стекло поможет нам и дело совершится.
Открылись точно им движения светил;
Чрез то ж откроется в погодах разность сил.

Характер погоды стали считать целиком зависящим от давления. На барометрах появились уверенные надписи «сушь великая», «шторм» и другие. Между тем изменения погоды связаны не только с колебаниями давления, и когда барометр «ошибается», это означает, что ошибаемся прежде всего мы сами, приписывая зависимости погоды от давления абсолютный характер. При прогнозе погоды по местным признакам надо учитывать, как минимум, изменения давления, температуры воздуха, направления ветра и форму облаков.

Атмосферное давление принято измерять в сотнях Паскалей, или гектопаскалях (гПа). Перевод миллиметров ртутного столба в гектопаскали и наоборот осуществляется очень просто:

Р (гПа) = 1,33317 Р (мм рт.ст.),
Р (мм рт.ст.) = 0,75008 Р (гПа),
или примерно
Р (гПа) = 4/3 Р (мм рт.ст.),
Р (мм рт.ст.) = 3/4 Р (гПа).

Нормальным давлением на уровне моря считается 760 мм рт.ст., или 1013,2 гПа.

В показания ртутного барометра обязательно вводятся поправки, иначе нельзя сравнивать между собой значения давления, полученные на разных станциях, а это совершенно необходимо при анализе и прогнозе погоды. Таких поправок три: на температуру, на силу тяжести и инструментальная.

Температурная поправка связана с тепловым расширением ртути (при одном и том же атмосферном давлении ртутный столбик будет тем выше, чем выше температура воздуха, а значит, и самого барометра). Показания всех барометров приводят к одной температуре, то есть исправляют их на величину, при которой столбик ртути достигает такой же высоты, какой она была бы при температуре воздуха 0°С.

Инструментальная поправка зависит от технических характеристик конкретного прибора, например от незаметных на глаз искажений формы стеклянной трубки.

Исправленные показания барометра уже кое на что годятся. По ним можно судить о благоприятных и неблагоприятных днях для больных сердечно-сосудистыми заболеваниями, сильнее притягнастраивать бортовые высотомеры самолетов, пытаться предсказывать погоду в пункте наблюдения, но для составления карт погоды по большим территориям даже исправленных данных барометра оказывается недостаточно. Показания барометров нужно привести к давлению на уровне моря. Зачем это делается?

Приведение к давлению на уровне моря основано на закономерности, открытой Паскалем. Известно, что в нижних слоях атмосферы увеличению высоты на 8 м (эти 8 м называются барической ступенью) соответствует понижение давления на 1 гПа, поэтому формула для приведения давления выглядит так:

Барометр сыграл колоссальную роль в деле становления прогнозов погоды. Со времени его изобретения и до второй половины XIX столетия, то есть в течение двух веков, показания барометра были практически единственным количественным признаком изменений погоды. Сложилась целая система «предсказаний одного наблюдателя», как назвал ее историк метеорологии А. X. Хргиан. Однако следует признать, что и с позиций современной науки давление воздуха является важнейшей характеристикой состояния атмосферы, поскольку от его географического распределения полностью зависят направление и скорость перемещения воздушных масс.

В настоящее время существует несколько видов ртутных и спиртовых термометров, с их помощью измеряют срочную температуру воздуха и почвы (то есть температуру, наблюдаемую в установленные сроки), а также минимальную и максимальную температуру за какой-либо период. Кстати, максимальный термометр всем хорошо знаком, это обычный медицинский термометр, продающийся в аптеках. У океанологов есть оригинальный опрокидывающийся термометр, фиксирующий температуру воды на заданной глубине.

Гораздо труднее далось изобретение надежной шкалы для термометров. Первым требованием, предъявляемым к приборам любого типа, является сравнимость показаний всех имеющихся экземпляров. Для этого приборы тарируют, то есть сравнивают их показания с показаниями эталона. У первых изобретателей термометров эталона, естественно, не было, и они придумали обходной маневр. Суть этого маневра заключалась в следующем: нужно было найти хотя бы один физический процесс, температура которого всегда и везде постоянна, затем отметить на еще пустой шкале высоту столбика ртути при данном процессе, а от этой точки уже и вести градуировку вниз и вверх. Лучше, если на шкале будут две опорные точки: они ограничат постоянный интервал, который можно поделить на любое удобное число градусов.

Унификация наблюдений за температурой воздуха и переход всех метеорологических служб к наблюдениям по термометру Цельсия продвигались с трудом и не закончены по сей день. Поэтому прежде чем использовать, скажем в научной работе по изучению колебаний климата, богатые данные, накопившиеся за последние 250 лет, надо привести их к «общему знаменателю».

Формулы перевода значений температуры Т по шкалам Реомюра (° R) и Фаренгейта (° F) к шкале Цельсия (° С) следующие:

Таким образом, два с половиной века были потрачены учеными на изобретение надежных метеорологических инструментов и разработку единых правил метеорологических наблюдений. Но без этих усилий, без создания точных термометров и барометров, дальнейшее движение науки о прогнозах погоды было бы совершенно невозможным.

НА ПУТИ К СИНОПТИЧЕСКОЙ КАРТЕ

Еще герцог Тосканский поручил Флорентийской академии опыта заняться этим вопросом, и его секретарь иезуит Антинори с 1654 г. сумел организовать наблюдения на девяти станциях Европы (в основном это были итальянские станции), самая далекая из них находилась в Варшаве. Организованная Антинори сеть станций работала до 1667 г., когда была закрыта и Академия. Неизвестно, были ли сделаны в результате наблюдений какие-нибудь выводы, но важен сам факт создания первой сети метеорологических станций.

Вот что пишет один русский путешественник в газете «Одесский вестник» за 1854 г.:

А вот письмо французского флотского офицера с фрегата «Санэ», помещенное в газете «Северная пчела»:

«Сначала дело шло не очень дурно. Правда, что фрегат прыгал как щепка, но мы продвигались вперед. Но в десяти часах от Херсонеса встретила нас буря, какую я только видел у мыса Горна. Вы можете себе составить о ней понятие, когда я скажу, что одна из наших 30- фунтовых пушек. была подхвачена волною и с лафетом и со всеми принадлежностями переброшена за борт. »

Знаменитая Балаклавская буря 2 (14) ноября 1854 г. нанесла такой ущерб англо-французской армии, что на метеорологию впервые обратили внимание не только ученые, но и государственные деятели. Собственно, это обстоятельство и стало решающим: метеорологическая служба получила твердое финансирование, кроме того, перед ней были поставлены ясные цели, главной из которых был, конечно, прогноз, предсказание стихийных бедствий.

Хотя французы пострадали меньше англичан, именно они первыми сделали правильные выводы. Военный министр Франции Вальян узнал, что эта буря за день до того, как она разразилась над Балаклавой, прошла над Средиземным морем, а значит, была не такой уж внезапной и при наличии средств оповещения ее можно было предсказать. С просьбой изучить все обстоятельства возникновения Балаклавской бури он обратился к известному астроному Урбену Леверье.

Судьба Леверье, талантливого и энергичного человека, была счастливой. Закончив в 1833 г. Политехническую школу в Париже, он целиком отдался проблемам небесной механики и в 1846 г. завершил большое исследование гравитационных возмущений движения самой далекой по представлениям того времени планеты Уран. Оказалось, что эти возмущения можно объяснить, предположив, что за орбитой Урана лежит орбита другой, еще неизвестной планеты. Так, чисто теоретически, «на кончике пера» был открыт Нептун. Параллельно идея о существовании Нептуна была высказана англичанином Джоном Адамсом, но Леверье оказался предприимчивее: он вычислил положение Нептуна на конкретные дни (эфемериды) и сообщил его координаты немецкому астроному Иоганну Галле, который в первую же ночь нашел планету на небе. Медлительный и основательный Адаме сначала рассчитал фундаментальные характеристики орбиты Нептуна, а эфемерид планеты передать астрономам-наблюдателям не успел, и только поэтому, несмотря на свой колоссальный труд и недюжинную научную интуицию, оказался лишь вторым в беспримерном научном марафоне XIX в.

Уже 16 февраля 1858 г. он представил проект такой сети станций императору Наполеону III и получил одобрение. А чтобы не быть голословным, энергичный астроном с помощью главного директора почт и телеграфа 19 февраля собрал метеорологические сведения по Франции и вечером того же дня представил Французской академии карту погоды на 10 ч утра! Это была первая в истории оперативная карта погоды. Телеграф наконец оживил метеорологические данные, достойно завершив труды, начатые еще во Флорентийской академии опыта. До сих пор синоптики всех стран называют свою работу живой, подчеркивая ее главное отличие от застывших на века климатологических обобщений, правда, и климат на Земле непостоянный, но об этом пусть расскажут другие.

Для предсказания будущего положения циклона достаточно иметь карты погоды за два последовательных срока. По таким картам определяется направление и скорость движения циклонов, а затем в зависимости от его типа прикидывается примерная траектория, на которой отмечается будущее положение центра вихря.

Карты погоды окончательно подтвердили одно очень важное правило, открытое чуть раньше голландским метеорологом Христофором Бёйс-Балло. Оно называется барическим законом ветра и связывает его направление с распределением атмосферного давления: если встать спиной к ветру, то центр циклона будет находиться слева и несколько впереди от наблюдателя (Помимо этого направление ветра, особенно в тех случаях, когда он слабый, зависит не только от распределения давления, но и от рельефа местности. Другое дело на высоте. Но во времена Бёйс-Балло о процессах в верхних слоях атмосферы практически ничего не знали).

Со времени составления первой карты погоды и до середины 30-х годов XX в. метеорологи пользовались только приземной информацией, что, как мы теперь знаем, чрезвычайно осложняло прогноз погоды. Однако и в этих условиях метеорологам удалось открыть множество общих и частных правил, которые легли в основу первого научного метода краткосрочного прогноза погоды, названного изобарической синоптикой. Изобарической, потому что исследовались атмосферные процессы примерно на одном уровне давления, то есть у поверхности земли. Синоптикой, или синоптической метеорологией, со второй половины XIX в. стала называться наука о закономерностях крупномасштабных процессов в атмосфере и прогнозах погоды. Этот термин появился одновременно с началом регулярного составления прогнозов, а следовательно, и синоптических карт, построенных по данным одновременных наблюдений («синопсис» по-гречески означает «одновременно обозреваемый»), и ввел его в научный лексикон человек с яркой и трагической судьбой, английский моряк и метеоролог Роберт Фицрой.

КАПИТАН ФИЦРОЙ

Фицрой был крепче, а может, просто моложе. Почти два года провел одинокий «Бигль» у южных берегов Америки, лишь изредка заходя в небольшие порты. Ревматизм, простуды, легочные заболевания считались на «Бигле» обычным явлением. Подступала цинга. Но молодой капитан был неизменно тверд, упорен и изобретателен на всякие предприятия, хотя бы и временно отвлекавшие измученных людей от повседневного кошмара.

Наконец 6 августа 1830 г. «Бигль» вышел из Рио-де-Жанейро, направляясь домой, в Англию. Репутация Фицроя как капитана была уже прочной, и адмиралтейство решило вторично послать его на «Бигле» к Огненной Земле. Но как бы в награду за перенесенные трудности Фицрою было предписано после гидрографических съемок этого неприветливого архипелага выйти в Тихий и Индийский океаны для точного определения географической долготы ряда точек на земном шаре, в чем очень нуждалась навигация. Вернуться в Англию исследователи должны были через Атлантический океан, и, таким образом, им предстояло кругосветное путешествие.

Почему же Фицрой сделал именно такой выбор? Богослов был явно неординарен. Раньше он учился на медицинском отделении Эдинбургского университета и, как пишет в том же письме Фицрой, «очень увлекался геологией, как, впрочем, и всеми прочими отраслями естествознания». Итак, сам Фицрой выбрал Дарвина в попутчики, и уже этого было бы достаточно, чтобы прославить имя капитана на века.

Но вместе им было нелегко. Дело в том, что знаток Священного писания Дарвин родился на свет, чтобы опровергнуть его догмы, а для моряка Фицроя слово Библии было желанной истиной. Правда, в то время и такие, казавшиеся незыблемыми, истины подвергались проверке (в Англии многие священники занимались естественнонаучными исследованиями именно в этих целях). Как считал Г. Е. Меллерш, Фицрой неслучайно остановил свой выбор на Дарвине: он тайно надеялся, что верующий человек, являвшийся одновременно подающим надежды натуралистом, поможет найти геологические доказательства справедливости библейской легенды о сотворении мира. Какая поразительная ирония судьбы! Ведь результаты наблюдений, которые Дарвин проводил именно во время этого плавания, и привели его к созданию революционной теории происхождения видов, биологической эволюции на Земле, опровергавшей библейские догмы.

Уже на первой стоянке в Южной Америке Фицрой неоднократно пытался привлечь внимание Дарвина к некоторым геологическим объектам, возникшим, как предполагалось, вследствие всемирного потопа. Однако очень быстро выяснилось, что Дарвин не помощник капитану в его религиозных начинаниях, и только большая внутренняя культура обоих исследователей, несмотря на вспыльчивость Фицроя и юношеский задор Дарвина, позволила им остаться соратниками в этой экспедиции. Серьезные разногласия между ними возникли позднее, после плавания.

На свой страх и риск, используя средства частных благотворителей, Фицрой налаживает производство барометров для рыбаков и составляет руководство, в котором общедоступным языком описывает способ наблюдений за давлением с помощью этих приборов и объясняет правила прогноза погоды по изменениям давления.

Осенью 1859 г. произошел случай, который окончательно увел Фицроя от метеорологической статистики: в Ирландском море, около острова Англси, жестокий шторм разбил на прибрежной мели корабль «Ройял чартер», погиб весь экипаж. Эта трагедия, случившаяся у берега, вблизи крупных портов, глубоко потрясла Фицроя, утвердив его в мысли о том, что необходимо срочно организовать государственную службу штормовых предупреждений. Ему пришлось проявить необычайную настойчивость и употребить все свое влияние (к тому времени Фицрой был уже контр-адмиралом), чтобы добиться разрешения на организацию сети из 24 метеорологических станций, связанных телеграфом с Лондоном.

Если отвлечься от эмоций, на этот вопрос можно дать точный, количественно взвешенный ответ: да, мы имеем это право, если использование наших прогнозов в хозяйственной деятельности дает в среднем положительный экономический эффект. Ну а если такого эффекта нет, зато спасено несколько человеческих жизней. В свое время мы еще вернемся к проблеме экономической эффективности прогнозов погоды, здесь же подчеркнем, что для Фицроя не существовало такого понятия. Он измерял ценность прогнозов не фунтами стерлингов, а спасенными жизнями. Фицрой хорошо понимал ограниченность своей научной методики, но не чистый разум, а совесть и сердце руководили поступками уже стареющего капитана. И если этого не понять, столь же необоснованными могут показаться усилия всех последующих поколений синоптиков. В том-то и заключается историческая драма метеорологии, что практические запросы всегда опережали ее научные возможности. Лишь в самое последнее время они вышли примерно на один уровень, да и то в ограниченной области прогнозов погоды на небольшие сроки.

Первые грозовые облака критики над головой Фиц-роя появились спустя два года после начала публикации прогнозов. «Тайме» писала: «…каждое утро мы делаем попытку предсказать погоду на ближайшие два дня. Не вменяя себе в заслугу отдельные успехи, мы вместе с тем не желаем нести ответственности за частые неудачи этих прогнозов. В последнюю неделю природа, видимо, получила особенное удовольствие, опровергая догадки науки». Отдавая себе отчет в несовершенстве методов Фицроя, нельзя не признать упрек газеты справедливым. Разве что тон заметки. Его трудно назвать доброжелательным. Именно это и раздражало Фицроя: неужели, думал он, нельзя понять, что «законы природы всегда истинны. Это неоспоримо. Просто мы еще не научились их правильно объяснять». Фицрой жаждал получить возможность спокойно продолжать начатое дело, потому что только активная работа приближает к истине.

Но была и другая Англия. Вот отрывок из письма, пришедшего Фицрою из портового городка Силлот: «За текущий год метеорологическая станция в наших краях получила тридцать три телеграммы, предупреждающие о приближении шторма, и в двадцати шести случаях шторм пришел именно оттуда, откуда его ждали». В Торговый совет поступали положительные отзывы от страховой компании в Ливерпуле, из Манчестера, Гринвича, Глазго, Эдинбурга, Лита, Данди. Значит, экономически прогнозы Фицроя все-таки были полезны!

Но, видимо, было уже поздно. Психика Фицроя, надломившаяся под тяжестью многолетнего труда, газетных издевок и иронического недоверия, не выдержала. Вечером 29 апреля 1865 г. он вернулся домой как никогда возбужденный после разговора с американским гидрографом и метеорологом Мэтью Мори, долго стоял перед столом, на котором лежала развернутая газета, лег спать около 12 ночи, но наутро признался, что сон не освежил его. Еще не было 8 утра, когда Фицрой поцеловал спящую дочь, закрыл за собой дверь туалетной комнаты, взял бритву и перерезал себе горло.

Вскоре после трагической смерти Фицроя метеорологический департамент был закрыт и выпуск прогнозов погоды прекратился, поскольку, как выразились члены специальной комиссии, «еще нет научных оснований для ежедневных предсказаний».

СТУПЕНИ РОСТА

После блестящих успехов Леверье в организации оперативной службы погоды и пионерских усилий Фицроя в деле практического предсказания штормов во многих странах Европы и в США тоже появились государственные метеорологические службы и институты. Однако синоптическая карта с неумолимой ясностью показывала, что погода не признает государственных границ. И вот уже в 1873 г. в Вене проходит первый международный метеорологический конгресс, решения которого имели далеко идущие последствия. В метеорологии появилась единая система мер (не придерживались ее только Англия и США), были установлены единые сроки наблюдений, выработан единый телеграфный код для передачи метеосведений. Роль телеграфа в создании служб погоды оценивалась тогда настолько высоко, что синоптическую метеорологию называли метеорологической телеграфией. Наконец, на конгрессе были заложены основы Всемирной метеорологической организации, которая и сейчас координирует метеорологические исследования на Земле.

Но жизнь есть жизнь, и через 2 года 8 месяцев после смерти Фицроя вновь стали выпускаться прогнозы погоды, причем печатались они в той же «Тайме». Не отставала от своей бывшей метрополии и Америка, там дело было поставлено на коммерческую основу: бюллетени с прогнозами погоды распространялись по подписке, причем составлялись они с учетом самых разнообразных требований потребителей (иногда в ущерб точности прогнозов), чем и заслужили большую популярность. Число подписчиков бюллетеней к концу XIX в. достигло 9300. Во Франции дело подвигалось несколько медленнее. Разрешение на выпуск прогнозов погоды Леверье смог получить только через 9 лет после триумфа первой синоптической карты, после личного свидания с Наполеоном III. Но уже в 1877 г. 1230 сельских общин во Франции получали оперативные предупреждения о заморозках и других нежелательных явлениях природы.

Метеорологи других европейских стран старались уклоняться от составления прогнозов погоды либо давали их, придерживаясь крайне осторожных формулировок. Так, в Дании для прогноза существовало всего три формулировки: «хорошая погода», «неустойчивая погода» и «плохая погода». Берлинское Центральное бюро штормовых предупреждений, само название которого говорило о назначении этой организации, несмотря на давление сверху за 10 лет выпустило 9 (!) штормовых предупреждений. Только в 1876 г. реорганизованная метеорологическая телеграфная служба Германии опубликовала первый бюллетень с картой погоды и прогнозом для Северного и Балтийского морей.

Надо сказать, что приведенные цифры были характерны в то время для всех стран, в которых метеорология занимала передовые позиции. И по сей день уровень оправдываемости прогнозов погоды в развитых странах остается примерно одинаковым, хотя и растет с течением времени. Иначе и не может быть, так как эффективность метеорологических прогнозов, где бы они ни составлялись, зависит от степени изученности атмосферы над всем земным шаром, и если, скажем, плохо известны законы, управляющие погодой в тропиках, это отрицательно скажется на качестве прогнозов и в США и в России.

Следующий решительный шаг на пути к научным прогнозам погоды был сделан только через полвека после венского метеорологического конгресса. Длительный этап наблюдений за погодой и накопления фактов завершился их теоретическим обобщением. И произошло это в маленькой Норвегии, в самом конце первой мировой войны.

Но истинный ученый остается таковым всегда. Вместе со своим сыном, ассистентом Сульбергом и метеорологом Туром Бержероном Бьеркнес активно изучает циклоны по синоптическим картам и выделяет на этих картах две примечательные линии, на которых имеют тенденцию особенно сильно сходиться, или конвергировать, воздушные потоки. Но главное, что удается обнаружить Бьеркнесу, состоит в следующем: линии конвергенции разделяют в циклоне области теплого и холодного воздуха, более того, зоны дождей, шквалов и гроз тоже «привязаны» к этим линиям. Понятно, что открытие определенной локализации разных типов погоды внутри циклона позволило давать ее прогноз более точно. Как же удалось норвежскому исследователю и его сподвижникам увидеть на карте то, что скрывалось от других синоптиков более полувека? Все объясняется очень просто: здравым научным подходом к проблеме и, главное, тем, что в распоряжении Бьеркнеса имелись самые подробные в мире синоптические карты. Изолированной от источников метеорологической информации Норвегии не оставалось ничего другого, как организовать на своей маленькой территории очень частую сеть метеорологических станций. Это блестящий пример влияния количества информации на развитие метеорологии и качество прогнозов. Проблема информации тогда себя лишь обнаружила, а проявилась во всей полноте уже в наше время.

Итак, если на картах Леверье циклон выглядит однородным атмосферным образованием, то на картах, построенных норвежскими учеными, появился сложный рисунок распределения температуры воздуха, облачности и осадков (см. рис. после этого абзаца). Оказалось, что теплый воздух затягивается в циклон не по всей его восточной (правой) половине, а в достаточно ограниченном секторе, расположенном в южной и юго-восточной частях циклона между двумя линиями конвергенции. Облачность и осадки распределены в циклоне неравномерно. Обложные дожди выпадают преимущественно перед первой (восточной) линией сходимости воздушных потоков, а также в центре циклона.

Открытие атмосферных фронтов, прежде всего, позволило улучшить качество прогнозов погоды: зная направление и скорость смещения циклона, можно заранее вычислить время прохождения фронтов и сопутствующих им погодных явлений через пункт, для которого составляется прогноз. В научном плане работы норвежцев открыли эпоху фронтологического анализа погоды и стали основой фронтальной теории зарождения и развития циклонов. Принципы фронтологического анализа явились высшим достижением изобарической синоптики и были главной научной базой прогнозов погоды вплоть до конца 40-х годов нашего столетия.

Научно-технические достижения не рождаются на пустом месте, и в данном случае такой резкий скачок успешности прогнозов был предопределен исследованиями, начавшимися еще в XVIII в. В 1754 г. М.В. Ломоносов предлагает проект «аэродромической машинки», по существу представлявшей собой летательный аппарат тяжелее воздуха, «которая поднимала бы вверх термометры и другие малые инструменты метеорологические». Подняться в воздух этой «машинке» было не суждено, но идея не пропала, и уже в 1783 г. французский физик Шарль на воздушном шаре братьев Монгольфье проводит первые наблюдения за температурой и давлением воздуха до высоты 3467 м. Результаты наблюдений Шарля и других отважных ученых поражали: с высотой температура понижалась, а ветер усиливался и менял направление; внизу шел дождь, а вверху сияло солнце. Не следует сравнивать данные цифры, характеризующие оправдываемость прогнозов погоды, с приведенными ранее, так как они считались по разным методикам.

Во второй половине XIX в. разносторонний русский гений Д.И. Менделеев предпринял попытку установить общие законы изменения погоды с высотой, но до объективных оснований для открытия этих законов и тем более до их применения в прогнозах погоды тогда было еще далеко: требовались массовые и регулярные наблюдения в высоких слоях атмосферы.

Итак, в конце 40-х годов в синоптике были пересмотрены физические представления о формировании погоды, и то, что эти представления приблизились к истине, немедленно сказалось на качестве прогнозов.

Без ЭВМ использование метеорологической теории в целях прогноза погоды невозможно, потому что для решения уравнений гидро- и термодинамики в современных условиях, при которых прогноз дается хотя бы даже на сутки вперед, требуется выполнить несколько миллиардов операций (арифметических действий). Причем такой трудоемкий счет нужно произвести всего за 2-3 часа, иначе прогноз погоды на следующий день будет составлен очень поздно и никому уже не понадобится.

Ровный ход оправдываемости прогнозов в течение 70-х годов означает, что несмотря на повышение уровня вычислительной технологии и даже появление метеорологических ИСЗ был достигнут некоторый предел возможностей метеорологической науки. В чем же здесь дело?

Вполне логично связать дальнейший прогресс оправдываемоести прогнозов с использованием данных метеорологических ИСЗ, ведь с их помощью можно собирать информацию со всей поверхности планеты, и даже океан им не помеха. Первые метеорологические ИСЗ были запущены еще в 60-х годах, и автор этой книги вместе с другими метеорологами искренне радовался первым изображениям облачности циклонов и фронтов, полученным из космоса. Наконец-то предмет твоих исследований непосредственно виден на фотографии! Но очень долгое время таким „взглядом со стороны» и приходилось ограничиваться. Дело в том, что телевизионная аппаратура ИСЗ способна наблюдать только за такими параметрами состояния атмосферы, как облачность и туманы. Конечно, и этого уже много. Спутниковые фотографии позволили, например, заблаговременно обнаруживать над морем тропические циклоны (тайфуны) — источник самых разрушительных бурь на Земле, по форме облаков можно уточнять положение атмосферных фронтов над океаном, прогнозировать перемещение циклонов, рассчитывать скорость ветра. Но все-таки тех данных, которые очень нужны для расчетов на ЭВМ,— о температуре, давлении и влажности воздуха на разных уровнях в атмосфере — с ИСЗ долгое время получать не могли. Только в самые последние годы появилась аппаратура (многоканальные радиометры), которая позволяет по излучению атмосферы в разных участках инфракрасной части спектра восстанавливать вертикальные профили давления, температуры и влажности воздуха. Таким образом, ИСЗ теперь в состоянии заменить радиозонды и собирать данные о вертикальной структуре атмосферы над любым участком поверхности земли. В этом заключается наиболее ценный вклад ИСЗ в решение проблемы прогноза погоды. Рост успешности прогнозов в 80-х годах в значительной степени был связан именно с передовой технологией сбора метеорологической информации. Справедливости ради следует отметить и заслуги ученых, создающих новые схемы прогноза погоды и продолжающих изучение атмосферы. Как бы совершенны ни были ЭВМ и ИСЗ, без понимания механизма формирования погоды ее прогноз будет малоуспешен. К анализу атмосферы как физической среды мы приступим в следующей главе.

Источник