МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ это:

МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ

Метеорология - наука об атмосфере Земли. Климатология - раздел метеорологии, изучающий динамику изменения средних характеристик атмосферы за какой-либо период - сезон, несколько лет, несколько десятков лет или за более длительный срок. Другими разделами метеорологии являются динамическая метеорология (изучение физических механизмов атмосферных процессов), физическая метеорология (разработка радиолокационных и космических методов исследования атмосферных явлений) и синоптическая метеорология (наука о закономерностях изменения погоды). Эти разделы взаимно перекрываются и дополняют друг друга.
См. также
АТМОСФЕРА;
КЛИМАТ. 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 большее 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/м2. 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. Согласно второму закону Ньютона (закону движения), изменения скорости и направления ветра обусловлены действующими в атмосфере силами. Это сила тяжести, которая удерживает слой воздуха у земной поверхности, градиент давления (сила, направленная из области высокого давления в область низкого) и сила Кориолиса (см. также АТМОСФЕРА). Сила Кориолиса оказывает влияние на ураганы и другие крупномасштабные погодные явления. Чем меньше их масштабы, тем менее существенна для них эта сила. Например, от нее не зависит направление вращения смерча (торнадо).
ВОДЯНОЙ ПАР И ОБЛАКА
Водяной пар - это вода в газообразном состоянии. Если воздух не способен удерживать большее количество водяного пара, он переходит в состояние насыщения, и тогда вода с открытой поверхности перестает испаряться. Содержание водяного пара в насыщенном воздухе находится в тесной зависимости от температуры и при ее повышении на 10° С может увеличиться не более, чем вдвое. Относительная влажность - это отношение фактически содержащегося в воздухе водяного пара к количеству водяного пара, соответствующему состоянию насыщения. Относительная влажность воздуха вблизи земной поверхности часто велика утром, когда прохладно. С повышением температуры относительная влажность обычно уменьшается, даже если количество водяного пара в воздухе мало изменяется. Предположим, что утром при температуре 10° С относительная влажность была близка к 100%. Если в течение дня температура понизится, начнется конденсация воды и выпадет роса. Если же температура повысится, например до 20° С, роса испарится, но относительная влажность составит лишь ок. 50%. Облака возникают при конденсации водяного пара в атмосфере, когда образуются либо капельки воды, либо кристаллы льда. Формирование облаков происходит, когда при подъеме и охлаждении водяной пар переходит через точку насыщения. При подъеме воздух попадает в слои все более низкого давления. Ненасыщенный воздух с подъемом на каждый километр охлаждается примерно на 10° С. Если воздух с относительной влажностью ок. 50% поднимется более чем на 1 км, начнется образование облака. Конденсация сначала происходит у основания облака, которое растет вверх до тех пор, пока воздух не перестанет подниматься и, следовательно, охлаждаться. Летом этот процесс легко увидеть на примере пышных кучевых облаков с плоским основанием и воздымающейся и опускающейся вместе с перемещением воздуха вершиной. Облака формируются также в фронтальных зонах, когда теплый воздух скользит вверх, надвигаясь на холодный, и при этом охлаждается до состояния насыщения. Облачность возникает и в областях низкого давления с восходящими потоками воздуха. Туман представляет собой облако, расположенное у самой земной поверхности. Он часто опускается на землю в тихие, ясные ночи, когда воздух влажный, а земная поверхность охлаждается, излучая в пространство тепло. Туман также может образоваться при прохождении теплого влажного воздуха над холодной поверхностью суши или воды. Если холодный воздух оказывается над поверхностью теплой воды, прямо на глазах возникает туман испарения. Он часто образуется по утрам поздней осенью над озерами, и тогда кажется, что вода кипит. Конденсация является сложным процессом, при котором микроскопические частицы содержащихся в воздухе примесей (сажи, пыли, морской соли) служат ядрами конденсации, вокруг которых формируются капельки воды. Такие же ядра необходимы для замерзания воды в атмосфере, так как в очень чистом воздухе при их отсутствии капельки воды не замерзают до температур ок. -40° С. Ядро льдообразования представляет собой маленькую частицу, похожую по структуре на кристалл льда, вокруг которой и формируется кусочек льда. Вполне естественно, что находящиеся в воздухе ледяные частицы являются лучшими ядрами льдообразования. В роли таких ядер выступают также мельчайшие глинистые частички, они приобретают особенное значение при температурах ниже -10°-15° С. Таким образом, создается странная ситуация: капельки воды в атмосфере почти никогда не замерзают при переходе температуры через 0° С. Для их замерзания требуются существенно более низкие температуры, особенно если в воздухе содержится мало ядер льдообразования. Одним из способов стимулирования выпадения осадков является распыление в облаках частичек йодистого серебра - искусственных ядер конденсации. Они способствуют смерзанию крошечных капелек воды в ледяные кристаллы, достаточно тяжелые, чтобы выпадать в форме снега. Формирование дождя или снега - довольно сложный процесс. Если ледяные кристаллы внутри облака слишком тяжелы, чтобы оставаться взвешенными в восходящем потоке воздуха, они выпадают в виде снега. Если нижние слои атмосферы достаточно теплые, снежинки тают и выпадают на землю дождевыми каплями. Даже летом в умеренных широтах дожди обычно зарождаются в форме льдинок. И даже в тропиках дожди, выпадающие из кучево-дождевых облаков, начинаются с ледяных частичек. Убедительным доказательством того, что лед в облаках существует даже летом, служит град. Дождь обычно идет из "теплых" облаков, т.е. из облаков с температурой выше точки замерзания. Здесь мелкие капельки, несущие заряды противоположного знака, притягиваются и сливаются в более крупные капли. Они могут увеличиться настолько, что станут слишком тяжелыми, перестанут удерживаться в облаке восходящими потоками воздуха и прольются дождем.
См. также ДОЖДЬ. 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
Древнегреческий астроном Гиппарх (2 в. до н.э.) условно разделил поверхность Земли параллелями на широтные зоны, отличающиеся по высоте полуденного стояния Солнца в самый длинный день года. Эти зоны были названы климатами (от греч. klima - наклон, первоначально означавшего "наклон солнечных лучей"). Таким образом было выделено пять климатических зон: одна жаркая, две умеренных и две холодных, - которые и составили основу географической зональности земного шара. Более 2000 лет термин "климат" употреблялся именно в таком смысле. Но после 1450, когда португальские мореплаватели пересекли экватор и вернулись на родину, появились новые факты, потребовавшие пересмотра классических воззрений. В числе сведений о мире, приобретенных во время путешествий первооткрывателей, были и климатические характеристики выделенных зон, что позволило расширить сам термин "климат". Климатические зоны уже не были лишь математически рассчитанными по астрономическим данным районами земной поверхности (т.е. жарко и сухо там, где Солнце поднимается высоко, а холодно и сыро там, где оно стоит низко, а потому слабо греет). Было обнаружено, что климатические зоны не просто соответствуют широтным поясам, как это представлялось ранее, а имеют весьма неправильные очертания. Солнечная радиация, общая циркуляция атмосферы, географическое распределение материков и океанов и крупнейшие формы рельефа - главные факторы, влияющие на климат суши. Солнечная радиация является важнейшим фактором климатообразования и поэтому будет рассмотрена более подробно.
РАДИАЦИЯ
В метеорологии термин "радиация" означает электромагнитное излучение, к которому относят видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, но не включают радиоактивное излучение. Каждый объект в зависимости от своей температуры испускает разные лучи: менее нагретые тела - главным образом инфракрасные, горячие тела - красные, более горячие - белые (т.е. эти цвета будут преобладать при восприятии нашим зрением). Еще более горячие объекты испускают голубые лучи. Чем сильнее нагрет объект, тем больше он излучает световой энергии. В 1900 немецкий физик Макс Планк разработал теорию, объясняющую механизм излучения нагретых тел. Эта теория, за которую в 1918 он был удостоен Нобелевской премии, стала одним из краеугольных камней физики и положила начало квантовой механике
(см. также КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА).
Но не всякое световое излучение испускается нагретыми телами. Существуют и другие процессы, вызывающие свечение, например флюоресценция. Хотя температура внутри Солнца составляет миллионы градусов, цвет солнечного света определяется температурой его поверхности (ок. 6000° С). Электрическая лампа накаливания испускает световые лучи, спектр которых существенно отличается от спектра солнечного света, так как температура нити накала в лампочке составляет от 2500° С до 3300° С. Преобладающим типом электромагнитного излучения облаков, деревьев или людей является инфракрасное излучение, невидимое для человеческого глаза. Оно является основным способом вертикального обмена энергией между земной поверхностью, облаками и атмосферой.
Метеорологические спутники оснащены специальными приборами,
которые выполняют съемку в инфракрасных лучах, испускаемых в космическое пространство облаками и земной поверхностью. Более холодные, чем земная поверхность, облака излучают меньше и, следовательно, выглядят в инфракрасных лучах темнее, чем Земля. Большое преимущество инфракрасной фотосъемки заключается в том, что ее можно проводить круглосуточно (ведь облака и Земля излучают инфракрасные лучи постоянно).
Угол инсоляции. Величина инсоляции (приходящей солнечной радиации) меняется во времени и от места к месту в соответствии с изменением угла, под которым солнечные лучи падают на поверхность Земли: чем выше Солнце над головой, тем она больше. Изменения этого угла определяются в основном обращением Земли вокруг Солнца и ее вращением вокруг своей оси. Обращение Земли вокруг Солнца не имело бы большого значения, если бы земная ось была перпендикулярна плоскости орбиты Земли. В этом случае в любой точке земного шара в одно и то же время суток Солнце поднималось бы на одинаковую высоту над горизонтом и проявлялись бы только небольшие сезонные колебания инсоляции, обусловленные изменением расстояния от Земли до Солнца. Но на самом деле земная ось отклоняется от перпендикуляра к плоскости орбиты на 23°30ў, и из-за этого меняется угол падения солнечных лучей в зависимости от положения Земли на орбите.
РАВНЫЕ ПОТОКИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ представлены полосами А, Б и В. Из-за кривизны земной поверхности энергия потоков А и В распределяется на большие площади, в то время как энергия потока Б концентрируется на меньшей. Таким образом, на территории, на которую приходится поток Б, будет теплее, чем там, куда поступают потоки А и В. На рисунке изображено положение Земли 21 июня, когда лучи Солнца на Северном тропике падают отвесно.
РАВНЫЕ ПОТОКИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ представлены полосами А, Б и В. Из-за кривизны земной поверхности энергия потоков А и В распределяется на большие площади, в то время как энергия потока Б концентрируется на меньшей. Таким образом, на территории, на которую приходится поток Б, будет теплее, чем там, куда поступают потоки А и В. На рисунке изображено положение Земли 21 июня, когда лучи Солнца на Северном тропике падают отвесно.

Для практических целей удобно считать, что Солнце во время годичного цикла смещается к северу в период с 21 декабря по 21 июня и к югу - с 21 июня по 21 декабря. В местный полдень 21 декабря вдоль всего Южного тропика (23°30' ю.ш.) Солнце "стоит" прямо над головой. В это время в Южном полушарии солнечные лучи падают под наибольшим углом. Такой момент в Северном полушарии носит название "зимнего солнцестояния". В ходе кажущегося смещения к северу Солнце пересекает небесный экватор 21 марта (весеннее равноденствие). В этот день оба полушария получают одинаковое количество солнечной радиации. Наиболее северного положения, 23°30' с.ш. (Северного тропика), Солнце достигает 21 июня. Этот момент, когда в Северном полушарии солнечные лучи падают под наибольшим углом, называется летним солнцестоянием. 23 сентября, в осеннее равноденствие, Солнце вновь пересекает небесный экватор.
ОРБИТА ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ вокруг Солнца представляет собой эллипс, в одном из фокусов которого расположено Солнце. Земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33'. В основном этим наклоном, а не изменением расстояния от Земли до Солнца обусловлены смены времен года.
ОРБИТА ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ вокруг Солнца представляет собой эллипс, в одном из фокусов которого расположено Солнце. Земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33'. В основном этим наклоном, а не изменением расстояния от Земли до Солнца обусловлены смены времен года.

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).
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.
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.
СХЕМА ЦИРКУЛЯЦИИ АТМОСФЕРЫ была бы относительно простой, если бы не вращение Земли. Теплый воздух поднимался бы над экватором и охлаждался по мере движения к полюсам. Вблизи полюсов остывший воздух опускался бы и непосредственно над земной поверхностью перемещался к экватору.
СХЕМА ЦИРКУЛЯЦИИ АТМОСФЕРЫ была бы относительно простой, если бы не вращение Земли. Теплый воздух поднимался бы над экватором и охлаждался по мере движения к полюсам. Вблизи полюсов остывший воздух опускался бы и непосредственно над земной поверхностью перемещался 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.).
ОСНОВНЫЕ ПОЯСА ВЕТРОВ в атмосфере образуются благодаря вращению Земли вокруг своей оси. Стрелками показаны направления ветров в приземном слое атмосферы. В Северном полушарии вращение Земли отклоняет устремляющиеся на юг ветры к западу, а направляющиеся на север - к востоку.
ОСНОВНЫЕ ПОЯСА ВЕТРОВ в атмосфере образуются благодаря вращению Земли вокруг своей оси. Стрелками показаны направления ветров в приземном слое атмосферы. В Северном полушарии вращение Земли отклоняет устремляющиеся на юг ветры к западу, а направляющиеся на север - к востоку.

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". См. также КЛИМАТ.

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.
ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ западной части Северного полушария, которые формируют погоду в материковой части США. Положение этих воздушных масс более или менее постоянно. На юге тропические континентальные воздушные массы являются источником горячих, сухих ветров, а остальные три - теплого влажного воздуха. Полярные канадские воздушные массы являются источником холодного сухого воздуха, а две другие - прохладного влажного воздуха.
ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ западной части Северного полушария, которые формируют погоду в материковой части США. Положение этих воздушных масс более или менее постоянно. На юге тропические континентальные воздушные массы являются источником горячих, сухих ветров, а остальные три - теплого влажного воздуха. Полярные канадские воздушные массы являются источником холодного сухого воздуха, а две другие - прохладного влажного воздуха.

Когда обладающие разными свойствами воздушные массы из удаленных очагов формирования вступают в контакт, они сохраняют свои особенности. Большую 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.
ТИПЫ АТМОСФЕРНЫХ ФРОНТОВ. Если граница соприкосновения воздушных масс стабильна, фронт называется стационарным. Если теплый воздух наступает на холодный и вытесняет его, фронт называется теплым. Если холодный воздух теснит теплый и в результате поток теплого воздуха поднимается, фронт называется холодным. Когда встречаются два фронта и холодный способствует отрыву теплого от земной поверхности, образуется фронт окклюзии.
ТИПЫ АТМОСФЕРНЫХ ФРОНТОВ. Если граница соприкосновения воздушных масс стабильна, фронт называется стационарным. Если теплый воздух наступает на холодный и вытесняет его, фронт называется теплым. Если холодный воздух теснит теплый и в результате поток теплого воздуха поднимается, фронт называется холодным. Когда встречаются два фронта и холодный способствует отрыву теплого от земной поверхности, образуется фронт окклюзии.

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 большая 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 большей частью к циклонам, тогда как в антициклонах преобладает ясная или малооблачная погода. 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.
ОБЛАСТИ ФОРМИРОВАНИЯ УРАГАНОВ (ТАЙФУНОВ) показаны темными пятнами. Стрелки указывают обычные пути перемещения этих опасных стихийных явлений, которые зарождаются как циклоны во внутритропическом поясе над Мировым океаном, а затем движутся в северном или южном направлении.
ОБЛАСТИ ФОРМИРОВАНИЯ УРАГАНОВ (ТАЙФУНОВ) показаны темными пятнами. Стрелки указывают обычные пути перемещения этих опасных стихийных явлений, которые зарождаются как циклоны во внутритропическом поясе над Мировым океаном, а затем движутся в северном или южном направлении.

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).
СНИМОК ИЗ КОСМОСА ТРОПИЧЕСКОГО ЦИКЛОНА.
СНИМОК ИЗ КОСМОСА ТРОПИЧЕСКОГО ЦИКЛОНА.

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.
ТРОПИЧЕСКИЕ ЦИКЛОНЫ (УРАГАНЫ, ТАЙФУНЫ) зарождаются вблизи экватора, где дуют пассатные ветры. В результате вращения Земли воздушные массы в циклоне движутся по кругу. По мере продвижения к полюсу циклон увеличивается в диаметре и вращается все быстрее. В среднем на территорию США обрушиваются два урагана в год. Сильные ураганы отмечаются раз в три года.
ТРОПИЧЕСКИЕ ЦИКЛОНЫ (УРАГАНЫ, ТАЙФУНЫ) зарождаются вблизи экватора, где дуют пассатные ветры. В результате вращения Земли воздушные массы в циклоне движутся по кругу. По мере продвижения к полюсу циклон увеличивается в диаметре и вращается все быстрее. В среднем на территорию США обрушиваются два урагана в год. Сильные ураганы отмечаются раз в три года.

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. Большая 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) - 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, 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. Большая 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.
РАЗВИТИЕ ГРОЗОВОГО ОБЛАКА. На первой стадии (слева) кучевое облако под воздействием внутренних воздушных течений растет в высоту и превращается в грозовое облако. На стадии зрелости (в центре) верхняя часть облака достигает более холодной стратосферы. Здесь влага, содержащаяся в облаке, конденсируется, образуя капли воды или ледяные кристаллы, которые падают, охлаждая воздушное пространство под облаком. В результате на заключительной стадии (справа) все грозовое облако остывает и выпадает дождь. Стратосферные воздушные течения смещают вершину грозового облака, придавая ему типичную форму наковальни.
РАЗВИТИЕ ГРОЗОВОГО ОБЛАКА. На первой стадии (слева) кучевое облако под воздействием внутренних воздушных течений растет в высоту и превращается в грозовое облако. На стадии зрелости (в центре) верхняя часть облака достигает более холодной стратосферы. Здесь влага, содержащаяся в облаке, конденсируется, образуя капли воды или ледяные кристаллы, которые падают, охлаждая воздушное пространство под облаком. В результате на заключительной стадии (справа) все грозовое облако остывает и выпадает дождь. Стратосферные воздушные течения смещают вершину грозового облака, придавая ему типичную форму наковальни.

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.
СИНОПТИЧЕСКАЯ КАРТА показывает состояние погоды и тенденции ее изменения над территорией США в 14 ч 10 сентября 1987. Холодный фронт смещается в южном и восточном направлениях, в то время как теплый фронт перемещается на север и восток. Области высокого и низкого давления определяют движение воздушных масс. Высокое давление указывает на грядущее установление хорошей погоды, а низкое давление приводит к увеличению облачности, ливневым осадкам и в целом к неустойчивой погоде. На карте показано также распределение температур и осадков.
СИНОПТИЧЕСКАЯ КАРТА показывает состояние погоды и тенденции ее изменения над территорией США в 14 ч 10 сентября 1987. Холодный фронт смещается в южном и восточном направлениях, в то время как теплый фронт перемещается на север и восток. Области высокого и низкого давления определяют движение воздушных масс. Высокое давление указывает на грядущее установление хорошей погоды, а низкое давление приводит к увеличению облачности, ливневым осадкам и в целом к неустойчивой погоде. На карте показано также распределение температур и осадков.

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-временнм 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 СОСТОЯНИЯ ПОГОДЫ И КЛИМАТА
Загрязнение воздуха. Хотя законодательства наиболее развитых стран регламентируют объем выбросов загрязняющих веществ автомобилями и промышленностью, загрязнение воздуха все же представляет серьезную проблему. Особенно это касается "кислотных дождей". Продукты сгорания в форме разных оксидов серы и азота выбрасываются в атмосферу, где вступают в химические реакции, в результате которых образуются серная и азотная кислоты. Кислотным дождем называется выпадение этих кислот на земную поверхность не только с атмосферными осадками, но и в результате осаждения их частичек под воздействием собственной силы тяжести
(см. также
КИСЛОТНЫЕ ОСАДКИ;
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.
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.
РАДИОЗОНД состоит из воздушного шара, парашюта и комплекта приборов. По мере подъема данные о температуре воздуха, влажности и атмосферном давлении передаются по радио на принимающую станцию на суше или на море. В высоких слоях атмосферы воздушный шар лопается, и комплект приборов на парашюте спускается на землю.
РАДИОЗОНД состоит из воздушного шара, парашюта и комплекта приборов. По мере подъема данные о температуре воздуха, влажности и атмосферном давлении передаются по радио на принимающую станцию на суше или на море. В высоких слоях атмосферы воздушный шар лопается, и комплект приборов на парашюте спускается на землю.

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.
ЛИТЕРАТУРА
Зверев А.С. Синоптическая метеорология. Л., 1977 Монин А.С. Введение в теорию климата. Л., 1982 Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л., 1984 Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. М., 1994

Энциклопедия Кольера. — Открытое общество. 2000.

Смотреть что такое "МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ" в других словарях:

  • метеорология и климатология — Метеорология – наука об атмосфере Земли. Климатология – раздел метеорологии, изучающий динамику изменения средних характеристик атмосферы за какой либо период – сезон, несколько лет, несколько десятков лет или за более длительный срок. Другими… …   Географическая энциклопедия

  • 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 — (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… …   Википедия

  • 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.… …   Большая советская энциклопедия

  • 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

  • Климатология — (от Климат и ...Логия)         наука о климате, его типах, обусловленности, распределении по земной поверхности и изменениях во времени. К. входит в систему географических наук, поскольку климат является одной из географических характеристик… …   Большая советская энциклопедия

  • Климатология — (от климат и логия)  наука, изучающая вопросы климатообразования, описания и классификации климатов земного шара, антропогенные влияния на климат. Ранее, будучи подразделом метеорологии, относилась к географическим наукам, т.к. изучение… …   Википедия

  • КЛИМАТОЛОГИЯ — (греч., от klima. atos климат, и lego говорю). Наука о климатах и об их влиянии на организмы. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КЛИМАТОЛОГИЯ греч., от klima, atos, климат, и lego, говорю. Наука о… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • 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

  • Климатология медицинская —         отрасль медицинской науки, изучающая влияние на организм человека климатических и погодных факторов, методы их использования в лечебно профилактических целях. К. м. изучает физическую и химическую природу различных природных раздражителей …   Большая советская энциклопедия

Книги

Другие книги по запросу «МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»