Метеорологические наблюдения

Объект этих наблюдений — погода — явление настолько сложное, что для изучения его приходится расчленять на те элементы, из которых погода слагается, и наблюдать каждый из этих так называемых М. элементов отдельно, оценивая его величину в некоторых условных единицах. Главнейшими М. элементами, определяющими погоду в каждый данный момент, нужно считать: температуру воздуха, его давление и влажность — абсолютную и относительную, направление и скорость перемещения воздушных масс (ветер), состояние неба (облачность) и ту влагу, которая падает на поверхность почвы из атмосферы в виде дождя, снега, града и др. так называемых гидрометеоров (осадки). Чтобы изучить погоду за больший или меньший промежуток времени, необходимо было бы или делать в течение его достаточно частые наблюдения над всеми М. элементами, или же записывать непрерывно все их изменения при помощи самопишущих инструментов. Первое для отдельных наблюдателей — невозможно, второе — доступно только для немногих сравнительно учреждений, располагающих достаточными средствами для приобретения дорогих самопишущих приборов; сверх того, не все М. элементы поддаются записи посредством приборов. Поэтому, как только начались правильные М. наблюдения, появилась мысль ограничиться небольшим числом наблюдений в сутки, но так подобрать моменты для этого, чтобы по произведенным отсчетам можно было судить об изменениях М. элементов за целые сутки. Для характеристики состояния какого-нибудь из М. элементов за некоторое время нужно знать среднюю его величину за этот промежуток времени, т. е. ту норму, около которой совершились все его колебания; для некоторых М. элементов важно также знать и пределы их изменений, т. е. наибольшее и наименьшее значение элемента за изученное время. Наиболее важный из М. элементов — температура воздуха; поэтому при выборе моментов для наблюдения на нее обращается наибольшее внимание. 24 наблюдения в сутки дают среднюю суточную температуру с точностью, далеко превосходящую ту, которая нужна для практических целей. Но и из трех и даже из двух наблюдений в сутки, выбирая для этого соответственные моменты, можно уже достаточно точно получить эту среднюю. На некоторых обсерваториях Западной Европы и России велись в течение довольно продолжительного промежутка времени (более 20 лет) ежечасные наблюдения над температурой воздуха; по этим наблюдениям появилась возможность сравнить результаты, получаемые из отдельных наблюдений в определенные часы, с результатами ежечасных наблюдений. Такие сравнения сделаны Дове для Западной Европы, Вильдом — для России. На основании подобных сравнений были признаны наиболее выгодными для наблюдений следующие комбинации часов:

6 часов утра 2 часа дня 10 часов вечера

7 часов утра 1 час дня 9 часов вечера

7 часов утра 2 часа дня 9 часов вечера

8 часов утра 2 часа дня 8 часов вечера

8 часов утра 8 часов вечера

9 часов утра 9 часов вечера и т. д.

Из перечисленных комбинаций первая дает результат, наиболее близкий к истинной средней температуре суток, определенной из 24 ежечасных наблюдений, каждая последующая комбинация хуже предшествующей, но лучше следующей за ней. Впрочем, качество получаемого при наблюдениях по какой-либо из упомянутых комбинаций часов результата зависит от способа вычисления средней; обыкновенно она вычисляется по формуле ¹/₃(I+II+III), где I, II, III — отсчеты в указанные для каждой комбинации сроки по порядку; но если, например, для третьей комбинации вычислять среднюю по формуле ¹/₄(I+II+2∙III), то получится результат такой же хороший, как и из комбинации первой. В настоящее время не только обыкновенные М. станции, но даже и первоклассные М. обсерватории совершенно отказались от ежечасных наблюдений и довольствуются тремя отсчетами своих инструментов в сутки, прибегая там где это нужно, взамен ежечасных наблюдений, к записям самопишущих инструментов. К сожалению, в различных государствах для трех суточных наблюдений избраны не одни и те же комбинации часов: в России и Швейцарии отсчеты делаются в 7 часов утра, 1 час дня, 9 часов вечера [Эта комбинация часов дает вообще, по Вильду, среднюю температуру суток несколько выше истинной — зимой, например, для СПб. всего на 0,05—0,07° выше, летом же разница больше и достигает для СПб. до 0,42°]; в большей части Германии и Австралии в 7 часов утра, 2 часа дня, 9 часов вечера; в Норвегии в 8 часов утра, 2 часа дня, 8 часов вечера; в Швеции в 8 часов утра, 2 часа дня, 9 часов вечера и т. д. Это обстоятельство создает некоторые неудобства, когда приходится, например, пользоваться наблюдениями двух смежных государств, ведущих наблюдения в разные часы; однако все старания метеорологических конгрессов установить общие часы для наблюдений во всех государствах остались тщетными. Изучение главнейших М. элементов и тех изменений, которые в них обнаруживаются при наблюдениях, уже при первых попытках подвести некоторые итоги наблюдениям показало, что характер изменений, претерпеваемых различными элементами, далеко не одинаков. Так, например, изучая распределение давления воздуха в пространстве, нашли, что для отдельных пунктов оно весьма мало зависит от местных причин и что только некоторые общие, охватывающие более или менее значительный район причины влияют на его изменения, обнаруживающиеся в силу этого на большом сравнительно пространстве. Поэтому, изучая давление воздуха, его распределение и изменение, можно довольствоваться наблюдениями на пунктах, даже отстоящих на большие расстояния один от другого. Далеко не то наблюдается для других элементов, например для осадков; этот элемент оказывается настолько зависящим от местных причин и условий, что для сколько-нибудь верной их оценки дождемерные наблюдения необходимо вести при посредстве весьма густой наблюдательной сети, причем станции должны быть расположены возможно близко одна к другой. Подобные соображения привели к тому, что при сравнительно небольшом числе [Так, например, Ганн находит, что для изучения общих законов М. явлений достаточно одной станции на каждые 150 км.] вполне благоустроенных, а потому и дорогостоящих станций, приспособленных для наблюдений над всеми главнейшими М. элементами, стали возникать более густые сети менее полно обставленных станций, изучающих только некоторые элементы или какой-нибудь из них в особенности; таковы станции дождемерные, снегомерные, грозовые и т. п. В последнее время для более полного изучения погоды и взаимодействия между ней и явлениями, с ней соприкасающимися, круг М. наблюдений пришлось значительно расширить; вместе с тем и практическая жизнь стала требовать введения в сферу деятельности М. станций таких наблюдений, которые отвечали бы нуждам сельского хозяйства, фабричной промышленности, техники и т. п. Благодаря этому к наблюдениям над главнейшими М. элементами постепенно стали присоединяться наблюдения над испарением воды и почвы при различных условиях, температурой почвы на различных глубинах, числом часов солнечного сияния, солнечной радиацией, высотой и плотностью снежного покрова, влажностью почвы, состоянием почвенных или грунтовых вод, скоростью движения облаков, температурой и состоянием воды в реках, озерах и т. п.

Совершенно правильные и точные М. наблюдения начались вообще сравнительно недавно, хотя первые попытки в этом направлении сделаны были уже вскоре после изобретения термометра и барометра. Наиболее ранние и продолжительные наблюдения над температурой воздуха, относимые ко второму десятилетию XVII в., были произведены пат. Райнери во Флоренции. Около 1654 г. подобные же наблюдения были введены в других городах Италии и в некоторых государствах Западной Европы, но велись без всякого определенного плана и по приборам, между собой совершенно несравнимым. Немногим лучше были наблюдения над температурой воздуха, начатые с 1669 г. в парижской обсерватории. Барометр, примененный к наблюдениям Отто фон Герике, на первых же порах дал указания на непостоянство давления воздуха, а в конце XVII в. из наблюдений над ним было уже известно, что давление воздуха колеблется в течение суток, обнаруживая правильный суточный ход, хотя колебания очень незначительны. Почти одновременно с двумя предыдущими приборами начались и наблюдения над осадками; впрочем, прибор для этого — дождемер — был устроен Леонардо да Винчи значительно ранее, в конце XV в. В конце XVII в. в Англии и Франции дождемером уже пользовались для наблюдений, но установка прибора была очень неудовлетворительна. Моментом начала совершенно однообразных и сравнимых между собой наблюдений было возникновение в 1780 г. Мангеймского метеорологического общества (Societas Meteorologica Palatina). Это знаменитое в истории метеорологии общество поставило своей задачей организацию правильных М. наблюдений; с этой целью оно привлекало сотрудников, рассылало проверенные инструменты, обязало своих корреспондентов производить отсчеты трижды в сутки в одни и те же сроки: 8 часов утра, 2 часа дня, 9 часов вечера (мангеймские часы), организовало наблюдения даже в отдаленных странах, например Лабрадоре, Сибири, Индии. Труды этого общества, известные под названием "Мангеймских или пфальцских эфемерид", несмотря на непродолжительное его существование (1780—92), легли в основание первых капитальных работ в области метеорологии. В России первые М. наблюдения начаты были академией наук в СПб.: здесь производились наблюдения над температурой воздуха с 1726 г. (до 1743 г. утрачены), над осадками с 1741 г.; М. наблюдения над вскрытием и замерзанием Невы начались по приказу Петра Великого с 1706 г. и продолжались непрерывно 190 лет; это самый длинный ряд, где-либо существующий. Нельзя не упомянуть здесь, что в то время, когда в Западной Европе еще и речи не было о систематических однообразных наблюдениях, в России знаменитый М. В. Ломоносов, ясно сознавая всю важность правильной организации этого дела, публично говорил об этом, например в своем чтении 8 мая 1759 г. в академии наук. Во второй половине прошлого столетия кроме СПб. функционировало еще несколько пунктов, где велись удовлетворительно наблюдения: Або, Астрахань, Варшава, Москва, Пышминск, Рига, Соликамск, Охотск. В 1810 г. знаменитый основатель харьковского университета В. Н. Каразин (см.) представил императору Александру I проект полной организации сети М. наблюдений, указывая и на пользу их для науки и практической жизни. В 20-х годах министерством народного просвещения сделано распоряжение о производстве при всех учебных заведениях России М. наблюдений по примеру виленского университета, где подобные наблюдения были организованы ранее. Однако распоряжение министерства осталось без действия, и только в 1832 г., после его повторения, началось устройство станций и производство наблюдений. В это время по инициативе академика Купфера, при материальном содействии горного департамента основаны магнитно-метеорологические обсерватории в СПб., Екатеринбурге, Барнауле, Нерчинске, Богословске, Златоусте, Лугани; тогда же устроены подобные же обсерватории в Москве, Казани, Тифлисе, Пекине и на острове Ситхе. В 1849 г. горным департаментом учреждена Главная физическая обсерватория в СПб., ставшая центральным М. учреждением в России. Начиная с 1837 г. стали выходить и своды русских наблюдений, издаваемые Купфером под заглавием "Annuaire magnétique et météorologique" — для обсерваторий горного департамента, и с 1851 г. под именем "Свода наблюдений etc." — для прочих станций. Вскоре после своего учреждения Главная физическая обсерватория фактически сосредоточила в своих руках руководство всеми наблюдениями и обработку доставляемых станциями материалов; но при ограниченности своего личного состава и отпускаемых на нее средств она не могла за первое время своего существования значительно расширить число станций.

Только с 1871 г., после преобразования Главной физической обсерватории, при директоре ее академике Вильде, число М. станций в России начало быстро расти. Следующие цифры могут дать наглядное представление о последовательном росте числа М. станций, ведущих наблюдения над всеми главнейшими М. элементами (II разряда) в России: в 1820—1835 гг. число станций было около 30; в 1870 г. — 47; В 1880 г. — 114; в 1890 г. — 421; в 1894 г. — 624. Центральным русским М. учреждением, руководящим М. наблюдениями в России, служит Главная физическая обсерватория в СПб., состоящая при академии наук и находящаяся в ведении министерства народного просвещения (подробнее см. Физическая обсерватория). Она вырабатывает методы, планы и инструкции для наблюдений; сюда стекаются отправляемые немедленно по окончании каждого месяца со всей России и подвергаются контролю и обработке журналы наблюдений М. станций; особые лица, командируемые Главной физической обсерваторией, ревизуют и проверяют деятельность станций и состояние их инструментов. По окончании обработки наблюдения печатаются целиком или в своих средних месячных и годовых выводах в "Летописях Главной Физической Обсерватории"; эти же наблюдения служат материалом для составления ежедневного (см. Погода) и ежемесячного бюллетеней. С целью получения возможно однородного и вполне сравнимого между собой цифрового материала при наблюдениях, все инструменты, служащие для этого, сравниваются с некоторыми эталонами, принимаемыми за нормальные инструменты; обязанность сравнивать инструменты лежит также на Главной физической обсерватории в России. Наконец, для получения большого однообразия и в способах наблюдения Главная физическая обсерватория издает, время от времени перерабатывая, изменяя и дополняя, "Инструкцию, данную Императорской академией наук в руководство М. станциям" вместе с "Таблицами для вычисления М. наблюдений". В ведении Главной физической обсерватории состоят 4 первоклассных магнитно-метеорологических обсерватории в Павловске, Екатеринбурге, Тифлисе и Иркутске. Подчиненные непосредственно директору Главной физической обсерватории, снабженные достаточными средствами и хорошо обставленные инструментами, эти обсерватории не только ведут подробнейшие магнитные и М. наблюдения, доставляя ценный материал для детального изучения хода М. элементов, но и являются деятельными местными центрами, помогающими Главной физической обсерватории в ревизии и контроле станций и в обработке их наблюдений. Независимо от Главной физической обсерватории ведет М. наблюдения целый ряд М. обсерваторий при высших учебных заведениях. Между ними на первом плане должна быть поставлена М. обсерватория новороссийского университета в Одессе; затем обсерватории Константиновского межевого института в Москве, университета св. Владимира в Киеве, сельскохозяйственного института в Москве, университетов в Юрьеве, Казани, Варшаве, Москве, лесного института в СПб., института сельского хозяйства и лесоводства в Новой Александрии и т. д. Некоторые из перечисленных обсерваторий, достаточно хорошо обставленные самопишущими инструментами, ведя обширные наблюдения, являются в то же время и местными центрами, около которых группируются сети М. станций. Наконец, станции II разряда, наблюдающие все основные М. элементы, и станции III разряда, ведущие наблюдения над некоторыми только М. элементами или некоторыми явлениями, образуют ту М. сеть, которая добывает своими наблюдениями весь материал для изучения погоды и климата России.

Состояние сети Главной физической обсерватории выражается, по последним данным (отчет Главной физической обсерватории за 1894 г.), следующими цифрами; в 1894 г. было станций:

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

|                                                                                      | II разряда    | III разряда    |

|                                                                                      |                    | (осадки)       |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| в Европейской России                                                   | 438              | 773              |

| в Азиатской России                                                       | 140              | 40                |

| на Кавказе                                                                     | 52               | 104              |

| в соседних государствах (Китай, Персия, Турция,         | 12               | —                |

| Корея)                                                                           |                    |                    |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Всего                                                                            | 642              | 917              |

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Сверх того, из этого числа станций 1226 пунктов доставили в 1894 г. наблюдения над грозами, 1483 — над снежным покровом, метелями, вскрытием и замерзанием рек. Однако эти числа не исчерпывают всех наблюдений, произведенных в 1894 г. в пределах России, так как сюда следует включить еще не вошедшие в сферу деятельности Главной физической обсерватории: а) финляндскую сеть М. станций, группирующуюся около местного центра, М. обсерватории гельсингфорского университета (в 1888 г. эта сеть состояла из 20 станций II разряда); б) наблюдательную сеть Привислянских губерний, руководимую физиографическим обществом в Варшаве (по последним сведениям в 1891 г. — 35 станций II разряда); в) сеть юго-западной России, с центром — М. обсерваторией новороссийского университета в Одессе, только отчасти со станций II разряда доставлявшую наблюдения в Главную физическую обсерваторию; в 1894 г. состав этой сети был следующий: станций II разряда 31, наблюдающих осадки 334, наблюдающих температуру, облачность, ветер 191, наблюдающих грозы 310, наблюдающих снежные покровы, вскрытия рек 297; доставляющих подробный сельскохозяйственный дневник 191, доставляющих краткий дневник 819; г) сеть Лифляндской и Эстляндской губерний, с центром — М. обсерваторией университета в Юрьеве; имеет около 100 дождемерных станций и несколько меньшее число наблюдающих температуру воздуха; д) сеть Приднепровскую, с центром — М. обсерваторией университета св. Владимира в Киеве; е) дождемерные сети Таврической, Нижегородской и Пермской губерний и т. д. Большая часть станций русской М. сети устроена и содержится на средства отдельных правительственных или частных учреждений, как-то: учебных заведений, земств, железнодорожных и фабричных администраций и т. п.; только сравнительно небольшое число станций снабжено инструментами, полученными бесплатно от Главной физической обсерватории. Контингент наблюдателей состоит из преподавателей учебных заведений, духовных лиц, мелких служащих при учреждениях и т. п., отдающих бесплатно свое время наблюдениям. Из общего числа 642 станций II разряда, если отбросить 79 станций, ведших в 1894 г. наблюдения по непроверенным инструментам, остальные 563 станции были снабжены инструментами и устроены за счет: Главной физической обсерватории и подведомственных ей учреждений — 188 станций, министерства народного просвещения — 68 станций, морского министерства — 61 станция, военного министерства — 26 станций, министерства земледелия и государственных имуществ — 40 станций, министерства путей сообщения — 60 станций, других министерств и правительственных учреждений — 16 станций, земских и городских управ — 19 станций, различных обществ — 11 станций, частных лиц и учреждений — 74 станции.

Для ознакомления с историей М. наблюдений см. Peschel, "Geschichte d. Erdkunde" (1878); Schmidt, "Lehrbuch d. Meteorologie"; Hellmaun, "Die Anfänge der meteor. Beob. Instrumente"; Веселовский, "О климате России"; Вильд, "О температуре воздуха Российской Империи" (II, 1882); Клоссовский, "Новейшие успехи метеорологии" (I, 1882). Подробности наблюдений см. "Инструкция, данная Императорской академией наук в руководство М. станциям"; Angot, "Instructions météorologiques"; Jelineck, "Anleitung zur Ausführung d. meteorol. Beobachtungen". О состоянии русской М. сети см. "Летописи Главной Физической Обсерватории" и "Отчеты по Главной Физической Обсерватории".

Г. Л.