1. Вопросы, задаваемые всеми

Среди множества вопросов о погоде встречаются такие, которые может задать любой человек, независимо от пола и возраста, образования и профессии. Обычно эти вопросы о погоде как таковой, то есть о ее сущности и природе, а также о причинах ее изменений, кажущихся необычными, и о возможной связи этих изменений с такими порождениями века научно-технической революции, как проникновение человека в космос, термоядерные взрывы, полеты сверхзвуковых самолетов и т. д.

При всей кажущейся наивности некоторых вопросов ответить на них не всегда просто. Удивительно, что иной раз сложнее всего бывает ответить на вопрос ребенка дошкольного возраста. Крохотный человечек, только начинающий познавать окружающий его мир, не воспринимает погоду как нечто само собой разумеющееся. Он стремится понять суть вещей, о которых взрослые уже не задумываются, как не задумываются они, скажем, над сутью понятий "пространство" и "время", а ведь размышления о них в свое время привели Эйнштейна к созданию теории относительности... Итак:

1.1. Почему погода бывает такая разная?

В самом деле, почему? Источник тепла, поступающего на Землю, всегда один и тот же, количество солнечной энергии, достигающей Земли, практически неизменно, как неизменны форма Земли, ее поверхность и газовый состав воздушной оболочки нашей планеты. А погода бывает разная не только в разных местах планеты, но и в каждой отдельной точке ее, и не только в разные сезоны, но даже на протяжении одного дня, а то и часа!

Причин разнообразия и непостоянства погоды так много, что один только перечень их может составить целую книгу. Здесь мы укажем лишь две основные причины: во-первых, чрезвычайная подвижность атмосферы, во-вторых, огромное количество так называемых метеорологических величин и явлений, определяющих состояние погоды в какой-то любой момент или за какой-то любой промежуток времени. И все эти величины (температура, влажность, ветер, давление, облака и пр.) и явления (грозы, смерчи, метели, бури и пр.) взаимосвязаны - изменение одного из них влечет за собой изменение других. Например, если развитие процессов в атмосфере приведет к изменению облачности, то последнее может повлечь за собой изменение температуры, влажности, осадков, ветра, метель или грозу, туман, гололед, град и т. д. Отсюда нестабильность погоды, ее разнообразие...

1.2. Что такое метеорология?

Название свое наука метеорология получила от греческого слова "метеора", означающего "нечто в небе"; буквально это наука о метеорах (не метеоритах!). Изучает метеорология гидрометеоры (дождь, снег, град), воздушные метеоры (ветер, пыльные бури), литометеоры (пыль, пыльца), светящиеся метеоры (радуга, миражи), огненные метеоры (молнии) и т. д.

Метеорологию называют также наукой о погоде. Такое более простое толкование этой науки достаточно точно отражает ее содержание и в настоящее время наиболее употребительно.

1.3. В чем различие между понятиями "метеорологические величины", "метеорологические явления" и "погода"?

Метеорологические величины - это температура и влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, дальность видимости, количество и высота облаков и другие характеристики состояния атмосферы, которые могут быть выражены в тех или иных единицах измерения.

Метеорологические явления - туман, гололед, метель, пыльные и песчаные бури, гроза, шквал, смерч и другие качественные характеристики происходящих в атмосфере процессов - не имеют точного количественного выражения. Их интенсивность определяют или с помощью терминов "слабый", "умеренный", "сильный", или через метеорологические величины, например: туман с дальностью видимости 500 м и т. д.

Погода - это состояние атмосферы в какой-то физический момент или отрезок времени, характеризующееся совокупностью метеорологических величин и явлений. Можно говорить о погоде, наблюдаемой в данную минуту или наблюдавшейся в какой-то момент в прошлом, о погоде одного дня, месяца или сезона и т. д.

Характеризуют погоду или с помощью приблизительных, упрощенных, обобщающих терминов (облачная, дождливая, теплая, сухая, жаркая, холодная, ветреная, сырая), или всей совокупностью значений метеорологических величин (например: полная облачность, дождь, ветер северный, температура воздуха 10°С и т. д.).

1.4. Что такое атмосфера?

Под земной атмосферой мы подразумеваем воздушную оболочку нашей планеты. Существуют атмосферы и у других планет, но они по своему составу отличны от нашей. Земная атмосфера представляет собой смесь около двадцати газов. Основные из них - азот и кислород, а также такие важные примеси, как водяной пар, углекислый газ и озон. Газы, входящие в состав воздуха, обладая определенной плотностью, оказывают на каждый квадратный сантиметр земной поверхности давление, равное весу столба воздуха от поверхности моря и до верхней границы атмосферы и составляющее на уровне моря в среднем 1,033 кг/см². В технике эта величина принята за единицу давления, ее так и называют - атмосфера.

1.5. Как высоко простирается атмосфера Земли и какова ее масса?

Основная масса воздуха сосредоточена в нижних нескольких десятках километров над земной поверхностью: в первых 5 км - примерно половина, в 10-километровом слое - около трех четвертей, а в 20-километровом - ¹⁹/₂₀. Разряжаясь с высотой, атмосфера незаметно переходит в межпланетное пространство. Четкой верхней границы атмосферы не существует: следы некоторых легких газов, входящих в состав воздуха, еще присутствуют на очень значительных высотах - до многих тысяч километров.

Масса земной атмосферы колоссальна: на 510,2 млн. км² поверхности Земли оказывает давление 5,15 квадриллионов тонн воздуха (5,15 · 10¹⁵).

1.6. Одинаков ли состав воздуха на разных высотах в атмосфере?

Атмосфера по составу основных газов считается однородной только в нижнем 94-километровом слое, называющемся гомосферой; выше находится гетеросфера, в которой содержание легких газов возрастает, а тяжелых - уменьшается; газы там в значительной степени ионизированы или находятся в атомарном состоянии, то есть их молекулы диссоциированы.

1.7. На какие слои делится атмосфера и по каким признакам?

По основным физическим свойствам и составу воздуха атмосфера, как отмечалось выше, делится на гомосферу и гетеросферу. По характеру изменения температуры с высотой метеорологи выделяют пять основных слоев и четыре промежуточных. До высоты (в среднем) 11 км - тропосфера, от 11 до 51 км - стратосфера, от 51 до 86 км - мезосфера, от 86 до 800 км - термосфера и выше 800 км - экзосфера. Промежуточные слои - тропопауза, стратопауза, мезопауза и термопауза. Характер изменения температуры с высотой в каждом основном слое и приблизительные характерные значения температуры показаны на рис. 1.

Радиофизики по уровню ионизации, электропроводности и способности отражать и поглощать радиоволны выделяют в атмосфере еще несколько слоев. Слой атмосферы, заключенный между высотами 100 и 1000 км, называют ионосферой. В ионосфере на высотах 60 - 100 км лежит слой D, от 10 до 150 км - слой Е, выше 220 км - слои F₁ и F₂. Положение и интенсивность слоев ионосферы меняется ото дня к ночи и в зависимости от изменений солнечной активности.

В атмосфере выделяют еще один особый слой, называемый озоносферой. Он находится на высотах 10 - 60 км, то есть в стратосфере и нижней мезосфере. Здесь происходят фотохимические процессы образования озона, максимальное содержание которого отмечается между 20 и 25 км. Так как озон способен поглощать значительную часть ультрафиолетовой радиации, идущей от Солнца, то температура воздуха выше озоносферы, то есть в верхней стратосфере, достигает даже положительных значений.

1. Строение атмосферы. Распределение температуры с высотой в СА-81

1.8. Как и в каких единицах измеряют атмосферное давление?

Стандартным прибором для измерения атмосферного давления является ртутный барометр. Он представляет собой стеклянную трубку, запаянную с одной стороны и наполненную ртутью. Открытым концом трубка опущена в сосуд, частично заполненный ртутью. Когда давление воздуха повышается, столбик ртути в трубке растет, и наоборот. Высота столбика ртути в барометре на уровне моря при среднем, или "нормальном", давлении равна 760 мм. Колебания этой высоты также можно измерять в миллиметрах. Официальной единицей атмосферного давления является паскаль (Па). 100 Па составляют 1 гекто-паскаль (гПа), или 1 миллибар (мбар). 1 гПа соответствует ³/₄ мм ртутного столба. На практике используются все названные единицы для определения атмосферного давления: Па, гПа, мбар, мм рт. ст. В метеорологии долгое время наиболее употребительной была единица миллибар, в настоящее время - гектопаскаль; бортовые авиационные приборы у нас в стране тарированы в миллиметрах ртутного столба.

2. Барограф - самописец атмосферного давления

Там, где относительно громоздкие ртутные барометры неудобны, применяют барометры-анероиды (рис. 3). Основной частью анероида является упругая мембранная металлическая коробка, из которой выкачан воздух. Деформация стенок коробки, вызываемая изменением давления, системой рычагов передается на шкалу, градуированную по эталону - ртутному барометру - в соответствующих единицах атмосферного давления. Точность измерения давления барометрами-анероидами несколько меньшая, чем ртутными барометрами, но для ряда практических целей она достаточна.

3. Барометр-анероид

1.9. Существует ли прямая связь между изменениями давления и изменениями погоды?

Поскольку в областях высокого атмосферного давления - антициклонах - погода чаще всего бывает лучше, чем в областях низкого давления - циклонах, то в принципе рост атмосферного давления (о котором свидетельствует увеличение высоты столбика ртути в барометре) с некоторой вероятностью может служить признаком улучшения погоды, а понижение давления (уменьшение высоты столбика ртути)- предвестником ее ухудшения. Таким образом, более существенна тенденция изменения давления, а не абсолютное его значение. Однако условия погоды определяются далеко не одним атмосферным давлением, поэтому полагаться только на этот признак нельзя, можно ошибиться, что и случается нередко при пользовании старинными приборами-анероидами, снабженными помимо шкалы давления надписями типа: "сухо", "переменно", "к осадкам" и т. п.

1.10. Что такое относительная влажность воздуха?

Воздух может быть сухим или влажным. При одной и той же температуре воздуха содержание водяного пара в нем может колебаться в широких пределах: от максимально возможного (полное насыщение) до нуля (абсолютно сухой воздух). Относительная влажность и характеризует степень насыщения воздуха водяным паром. Она представляет собой отношение фактически имеющегося в воздухе количества водяного пара к максимально возможному его количеству при данной температуре. Выражается относительная влажность в процентах, например: 100% - полное насыщение, 50% - насыщение наполовину и т. д. Относительная влажность, таким образом, не характеризует абсолютное содержание в воздухе водяного пара, которое в зависимости от температуры воздуха может быть значительным и при небольшой относительной влажности (например, в жару) и очень малым - при высокой относительной влажности (например, в сильные морозы).

1.11. Что такое стандартная атмосфера?

Фактические характеристики состояния атмосферы все время меняются в зависимости от развития атмосферных процессов, времени года, суток и т. д. В практической деятельности оказалось необходимым и удобным средние значения этих характеристик принимать за постоянные. Условные постоянные значения основных характеристик состояния атмосферы на разных высотах - атмосферного давления, температуры, плотности воздуха, вязкости, теплопроводности и других,- неизменные независимо от времени года или суток, сведены в таблицы стандартной атмосферы (СА).

Существуют национальные и международные таблицы, есть таблицы СА для отдельных географических районов (например, тропическая СА) и сезонов (летняя арктическая СА, зимняя арктическая СА). На территории Советского Союза действует обязательный для всех ГОСТ СА. Последнее издание таблиц СА носит сокращенное название ГОСТ СА 4401-81. Таблицы содержат официальные данные для высот от 2000 до 1 200 000 м.

1.12. Для чего нужна стандартная атмосфера?

Стандартная атмосфера предназначена для использования при расчетах и проектировании самолетов, вертолетов, двигателей и оборудования, а также при решении других научно-технических задач.

Исходя из СА можно сопоставлять результаты инструментальных измерений, произведенных в атмосферном воздухе в разное время, можно объективно оценить качества различных летательных аппаратов, например их способность развивать максимальную скорость или подниматься на предельно достижимую высоту. Для этого надо данные, полученные любым летательным аппаратом в любое время, привести к стандартным условиям СА.

1.13. Каковы характеристики стандартной атмосферы?

Во всех таблицах СА, за исключением таблиц для тропической и арктической зон, на уровне моря приняты следующие значения основных параметров атмосферы:

атмосферное давление Р = 760 мм рт. ст.= 1013,25 гПа;

температура воздуха Т = 288,15 К, 15,0° С;

относительная влажность воздуха f = 0%;

плотность воздуха р = 1,225 кг/м³;

ускорение свободного падения g = 9,8066 м/с².

1.14. Что такое календари погоды?

Возникновение календарей погоды связано с первыми попытками людей систематизировать результаты своих наблюдений за погодой и ее изменениями. Еще в V веке до н. э. греческий астроном Метон ввел обычай выставлять на городских площадях мраморные таблицы, на которых отмечались наиболее важные явления погоды и даты их наблюдения (правда, без указания года). Эти таблицы назывались парапегмами, и ими пользовались как прогнозами будущей погоды.

Позже в разных странах наряду с календарями самого различного назначения (астрономическими, религиозными, астрологическими) стали составляться и календари погоды. В них давались сведения о погоде в разные дни года, сезона, месяца и недели.

По аналогии с календарями, указывающими будущее состояние звезд, планет, различных явлений природы и даже человеческих судеб, календари погоды содержали сведения о предстоящей погоде. Например, Метон утверждал, что в явлениях погоды существует девятнадцатилетний цикл, а его соотечественник Эвдокс, живший позже, обнаруживал четырехлетнюю периодичность.

Календари погоды существовали и в Древнем Риме (например, календарь Колумеллы). Были они и в Индии (в них делалась попытка предсказать время начала и интенсивность муссонных дождей). Расцвет увлечения календарями погоды приходится на средние века. В сочинениях этого типа было мало примет, имеющих практическую ценность, таких, как в "Книге природы" (1340 год), где Конрад фон Мегенберг указывает, что гало предвещает дождь. В "Правилах пастуха из Бэнбери", опубликованных членом Лондонского королевского общества Клэриджем в 1744 году, наряду с рядом ошибочных утверждений тоже содержались и некоторые вполне обоснованные приметы.

Самым известным стал Брюсов календарь XVIII века. Извлечения из него систематически публиковались в дореволюционной России, а в ряде стран они продолжали печататься в настенных календарях и некоторых газетах вплоть до середины нынешнего века. По своей сути сведения, которые можно почерпнуть из этого календаря, лженаучны, как лженаучны творения и других авторов календарей погоды; большинство их - плод добросовестных заблуждений, а иногда и спекуляция на человеческом невежестве и острой потребности людей знать будущую погоду.

1.15. Существует ли на Земле "кухня погоды"?

"Кухней погоды" на Земле является вся земная атмосфера, взаимодействующая с поверхностью океанов и континентов, которую принято называть подстилающей поверхностью. Указать какое-либо особое место, где зарождаются наиболее существенные изменения погоды, нельзя, хотя еще не так давно некоторые метеорологи считали, что существуют места на земном шаре, которые образно можно назвать "кухней погоды". "Кухню погоды" помещали то в Арктику, то в Антарктику, то в верхние слои атмосферы, чувствительные к изменениям солнечной активности, и даже в космическое пространство. В последнее время есть тенденция называть "кухней погоды" Мировой океан. Поскольку он покрывает около ³/₄ поверхности нашей планеты, то у него, по-видимому, больше, чем у остальных претендентов, права носить это звание. Однако эта "кухня" слишком велика, чтобы можно было легко распознать, какая в ней готовится погода для того или иного района.

Погода на земном шаре формируется через механизм общей циркуляции атмосферы, двигателем которого является поступающая к Земле солнечная энергия. Механизм этот чрезвычайно сложный, и порождаемые им условия погоды удивительно разнообразны, а закономерности их изменений пока известны недостаточно полно. Искать на Земле какое-то особенное место, откуда приходит к нам "и зной, и хлад, и с громом град", так же бесперспективно, как конструировать вечный двигатель или искать философский камень.

1.16. Почему продукты портятся быстрее в теплую погоду?

Порча продуктов связана с активизацией жизнедеятельности бактерий, сопровождающейся химической реакцией окисления. В конечном счете указанные процессы достигают некоторого уровня, который мы характеризуем как гниение. Известно, что скорость большинства химических реакций и биологических процессов приблизительно удваивается при повышении температуры на 10°С. Именно поэтому при высокой температуре, то есть в теплую погоду, продукты портятся быстрее.

1.17. Что такое бури равноденствия?

Это штормы в океанах и морях у западных побережий континентов в умеренных широтах, часто приходящиеся на периоды весеннего и осеннего равноденствия или на сроки, близкие к ним. В эти периоды теплый сезон сменяется холодным (или наоборот) и погода особенно неустойчива. Обычно штормы переходных сезонов вызываются глубокими, перемещающимися с большой скоростью циклонами, несущими с собою ненастье, сильные ветры, волнение на море. Прямой же связи штормов с пересечением солнцем экватора при его движении с юга на север или с севера на юг, то есть с моментом весеннего и осеннего равноденствия, не существует. Можно говорить лишь о приблизительном совпадении во времени этих двух явлений природы.

1.18. Существует ли связь между полярными сияниями и погодой?

Полярные сияния возникают при свечении разреженных газов в верхних слоях атмосферы - ионосфере. Свечение газов вызывается электрически заряженными частицами, испускаемыми время от времени Солнцем в периоды повышенной солнечной активности. Поток этих частиц (корпускулярное излучение Солнца), отклоняясь под действием магнитного поля Земли, проникает в атмосферу над полярными областями. Сияния наблюдаются в нижнем и верхнем слоях ионосферы, преимущественно на высотах 80 - 320 и 560 - 1040 км. Явление это обычно сопровождается магнитными бурями, нарушением радиосвязи, но никак не влияет на погоду в нижних слоях атмосферы; о связи полярных сияний с погодой можно говорить лишь в том смысле, что наблюдение их становится возможным при ясном, не закрытом облаками небе. Однако на высоте сотен или даже тысяч километров над земной поверхностью, где наблюдаются полярные сияния, возможны колебания температуры, связанные с корпускулярным излучением.

1.19. Могут ли изменения погоды вызвать землетрясение?

Развитие атмосферных процессов никак не связано с состоянием земной коры и, таким образом, непосредственной причиной колебаний отдельных участков земной поверхности быть не может. Однако в зонах сейсмической активности возможны ситуации, когда быстрая смена барических систем и вызванное ею резкое изменение атмосферного давления над какой-то местностью дают толчок вертикальному смещению находящихся в состоянии неустойчивого равновесия пластов земной коры, то есть фактически провоцируют землетрясение, назревающее в природе независимо от атмосферных процессов. Другими словами, перемещение крупных атмосферных вихрей, сопровождающееся резкими колебаниями атмосферного давления над значительными площадями земной поверхности, способно ускорить возникновение землетрясения, но непосредственной причиной последнего быть не может.

1.20. Связаны ли с погодой случаи взрывов газов в угольных шахтах?

Расследование обстоятельств некоторых взрывов в шахтах в США показало, что нередко взрывы происходят примерно через сутки после прохождения над этой местностью глубоких циклонов, то есть вслед за резким падением атмосферного давления. Специалисты считают, что при быстром понижении давления из угля начинают усиленно выделяться газы, в таком количестве, что их не успевают откачивать вентиляторы. Газы накапливаются в шахте и, смешиваясь с воздухом, становятся взрывоопасны. Предотвратить взрывы могла бы более совершенная система вентиляции, работающая "с запасом", то есть в расчете на аномально большое выделение газов при интенсивном изменении атмосферного давления на поверхности.

1.21. Что подразумевается под "сезоном" в метеорологии и других науках?

Астрономические сезоны имеют по три месяца и разграничиваются сроками равноденствий и солнцестояний: в северном полушарии зима наступает после зимнего солнцестояния, 21 декабря, весна - после весеннего равноденствия, 21 марта, лето - после летнего солнцестояния, 21 июня, и осень - после осеннего равноденствия, 22 сентября.

Метеорологические и климатологические сезоны выделяются по другим признакам, не одинаковым для разных географических районов. Это или даты установления и схода устойчивого снежного покрова, даты перехода дневных и суточных температур воздуха через 0°С, или же время наступления типичных для каждого сезона процессов в атмосфере, переломов в погоде. Помимо общеизвестных четырех основных сезонов иногда выделяют и дополнительные переходные сезоны, например, предзимье или предвесенье.

Фенологи устанавливают границы между сезонами по характерным явлениям в природе - прилету и отлету птиц, пробуждению растений, развертыванию листвы на деревьях, появлению цветов, ягод, созреванию плодов или злаков, началу листопада, прекращению вегетации растений и т. д.

В отличие от астрономических, все остальные сезоны имеют различную продолжительность, и даты их наступления в разные годы колеблются в значительных пределах. Но существуют и средние многолетние даты сезонов, устанавливаемые специалистами для отдельных районов. Так, например, в Ленинграде зима - период года с устойчивыми морозами - в среднем начинается 7 декабря и заканчивается 10 марта, то есть длится 93 дня, а в Москве соответственно - с 24 ноября по 12 марта, то есть 108 дней.

Если рассматривать зиму как период с устойчивым снежным покровом, то в Ленинграде она заканчивается 31 марта, а в Москве только 7 апреля и длится, следовательно, в Ленинграде 116 дней, а в Москве - 132 дня. Зато лето - период без заморозков в воздухе - в Ленинграде примерно на столько же дней короче, насколько длиннее зима в Москве.

1.22. Можно ли заранее узнать, каким будет лето или зима?

Среди других ошибочных представлений о признаках погоды существует и такое: "после морозной зимы будет жаркое лето, а после холодного лета - теплая зима". Это заблуждение основано на мнении, что существует некий закон компенсации, то есть неизбежность выдерживания среднегодового режима погоды: если в одном сезоне было отклонение в одну сторону, то в последующих сезонах должно быть отклонение в сторону противоположную. Конечно же, прямой связи между погодой в различные сезоны года не существует, это доказано трудами многих исследователей. Аномалии погоды бывают не только сезонными, но и годовыми, и следовательно, аномально теплыми или аномально холодными могут оказаться оба сезона - и зима, и лето; возможно также, что после одного аномально теплого сезона несколько более холодными окажутся один или несколько других сезонов, и год в целом будет обычным, близким к норме...

Прогнозы погоды на сезон иногда бывают удачными, но научно обоснованный ответ на вопрос о том, каким будет лето или зима, ученые пока дать не могут.

1.23. Есть ли основания считать долгосрочные прогнозы проблемой века?

Нашему XX веку присваивалось множество эпитетов, и множество различных событий - знаменательных, сенсационных, значительных и лишь кажущихся такими...- пытались украсить именем века. Вспомним многочисленные открытия века, болезни века, матчи века, убийства и даже кражи века и, наконец, проблемы века. Среди последних иногда называют и проблему долгосрочного прогноза погоды. Есть ли для этого основания? Едва ли. Родилась эта проблема отнюдь не в нашем веке, а тысячелетиями раньше, да и полного своего решения она в нашем столетии еще не получила и вряд ли получит.

Будущая погода - на следующий день, месяц, сезон или год - интересовала людей всегда. В глубокой древности человек зависел от погоды не меньше, а, пожалуй, больше, чем сейчас. Первобытный собиратель корней растений, охотник, кочевник-скотовод, земледелец - все они нуждались в предвидении погоды. А верных примет погоды, доступных человеку, в природе не так уж много, особенно примет, предупреждающих с большой заблаговременностью о предстоящих переменах погоды.

Литературные источники древности полны упоминаний о погоде и ее изменениях, управляемых единым богом, богами или слугами богов. Античные ученые, например Аристотель, отмечали связь между отдельными явлениями погоды, в том числе между направлением ветра и состоянием неба, но дальше этого они не пошли.

Ученые, начиная с Аристотеля, занимались этой проблемой более двух тысячелетий, и лишь в прошлом веке наука стала делать первые и весьма скромные успехи. Только самые смелые оптимисты среди метеорологов высказывают надежду на возможность полного успеха в решении проблемы долгосрочных прогнозов в следующем столетии. Вопрос о том, проблемой какого века можно будет назвать проблему долгосрочного предсказания погоды, остается, таким образом, пока открытым.

1.24. Почему краткосрочные прогнозы погоды общего пользования не всегда оправдываются?

Оправдываемость прогнозов погоды общего пользования в среднем составляет около 90%. Наука не в состоянии пока обеспечить абсолютную оправдываемость прогнозов. Это объясняется, в частности, неполнотой исходной информации о фактической погоде: ведь для прогнозов нужны сведения о погоде на большой территории, а разветвленная сеть метеорологических станций имеется далеко не везде (в океанах, например, или в горных областях она очень редка). Кроме того, прогнозируемые условия очень трудно детализировать, так как погода бывает разной даже в пределах одного города (в одном его районе выпал дождь, а в другом его не было, например). Отметим и то, что прогноз погоды общего пользования зависит не только от точности математических расчетов, но и от субъективных факторов - опыта и квалификации синоптиков, их умения интерпретировать данные расчетов, выполненных на ЭВМ (пока ЭВМ рассчитывает будущее значение только трех элементов - давления, температуры и ветра, и не для приземного слоя воздуха, а для вышележащих уровней). Люди же, как известно, могут иногда ошибаться.

1.25. Влияет ли на атмосферные условия вращение Земли вокруг своей оси?

Да, вращение Земли отражается на погодных условиях нашей планеты. Будь Земля неподвижной, не вращающейся, они были бы совсем иными. Существенна, однако, угловая скорость этого вращения, одинаковая для всех точек земной поверхности, составляющая в среднем 0,729 · 10^-4с^-1; линейная же скорость вращения, которая на полюсах равна нулю, а на экваторе достигает 464 м/с, то есть около 1700 км/ч, практического значения для условий погоды не имеет. Дело в том, что вся воздушная оболочка Земли - атмосфера - вращается вместе с Землею и с той же скоростью. Вращение Земли создает инерционные силы, в том числе отклоняющую силу вращения Земли, пропорциональную угловой скорости вращения планеты. Эта сила сказывается на любом горизонтальном движении, в том числе и на движении воздуха, то есть ветре. Она отклоняет поток воздуха от первоначального его направления в северном полушарии вправо, а в южном - влево. Поэтому ветер в северном полушарии дует не из области высокого давления в область низкого, а под некоторым углом (прямым или несколько меньшим его) к прямой, соединяющей их центры, так что низкое давление остается слева, а высокое - справа от направления движения воздуха. В связи с этим выравнивание неравномерностей в давлении происходит замедленно, возникшие ветры дуют длительно, создавая те или иные условия погоды. Кроме того, поскольку отклоняющая сила вращения Земли имеет неодинаковое значение в разных широтах (на полюсах она максимальная, на экваторе - равна нулю), движение воздуха в разных географических районах имеет свои особенности. Все это благоприятствует формированию вихрей большого масштаба (циклонов и антициклонов) в высоких и умеренных широтах и препятствует их возникновению вблизи экватора.

1.26. Действительно ли зима наступает при очередном удалении Земли от Солнца, а лето - при очередном приближении ее к Солнцу?

Для южного полушария это действительно так, но причина смены времен года на нашей планете не в изменении расстояния между Солнцем и Землей при движении последней по орбите, имеющей форму эллипса (рис. 4). Истинной причиной существования на Земле различных сезонов является наклон земной оси к плоскости земной орбиты. Благодаря этому наклону, неизменному (равному 23,5°) как во время суточного вращения Земли вокруг своей оси, так и во время ее годового вращения вокруг Солнца, создаются различные условия облучения земной поверхности в течение года. Шесть месяцев северное полушарие наклонено к Солнцу и солнечные лучи падают на его поверхность продолжительнее и круче, чем в южном полушарии. Это летнее полугодие северного полушария. Вторые шесть месяцев года в таких условиях оказывается южное полушарие, а поверхность северного, наоборот, обращена в сторону, противоположную Солнцу, она получает меньше солнечных лучей и падают они на нее более полого, чем в южном полушарии. Для северного полушария это зимнее полугодие.

4. Положение Земли относительно Солнца

1.27. Зависит ли погода от состояния небесных светил и их положения на небосводе?

На состояние земной атмосферы, а следовательно и на погоду на Земле, могут оказывать влияние лишь светила, являющиеся источником энергии, поступающей на нашу планету. Солнце - практически единственный такой источник, и, значит, это единственное светило, от положения на небосводе и состояния которого зависит погода на Земле. Остальные звезды, другие планеты солнечной системы так же, как Луна, никакого прямого влияния на погоду Земли не оказывают, хотя условия их наблюдения с Земли сильно зависят от условий погоды. Это-то и дало повод людям в далеком прошлом связывать с положением небесных светил происходящие на Земле изменения погоды.

1.28. Влияет ли Луна на погоду на Земле?

Луна, совершая движение вокруг Земли, создает приливные волны в океанах. В значительно меньших масштабах приливо-отливные волны возникают в атмосфере. Их можно заметить по показаниям приборов, измеряющих атмосферное давление,- барометров. Эти колебания давления настолько незначительны, что практически не оказывают влияния на погоду. Однако поскольку Луна видна в основном в ясную малооблачную погоду, люди привыкли связывать ее появление с хорошей летней погодой или с ясной морозной зимней. Это породило ложное представление о влиянии Луны на погоду, нашедшее отражение в народных приметах. Некоторые люди разделяют это заблуждение и в наши дни, хотя абсурдность подобных представлений доказана наукой несколько веков тому назад. Еще в XVIII веке иезуит Беро представил Французской академии наук убедительные доказательства отсутствия связи между фазами Луны и погодой, позже к таким же выводам пришли и многие другие исследователи, в том числе известный французский ученый физик и астроном Араго в 1833 году.

В научной литературе встречаются указания на существование незначительного эффекта астрономических воздействий, в том числе и связанных с Луной, на атмосферную циркуляцию, однако масштабы этих воздействий по сравнению с другими факторами настолько малы, что практически в условиях погоды не проявляются: изменения фаз Луны имеют строгую периодичность, которой нет в изменениях погоды.

1.29. Влияют ли на погоду пятна на Солнце?

Время от времени на поверхности Солнца, по обе стороны солнечного экватора, возникают темные, то есть более холодные, участки. Они представляют собой вырвавшиеся наружу газовые вихри, зародившиеся в солнечном ядре. С Земли они выглядят как небольшие, подвижные и изменяющиеся по величине пятна, продолжительность существования которых - от нескольких дней до недели, а изредка и более. Действительные размеры этих пятен примерно от 1000 до 80 000 км в поперечнике. Возникновение и исчезновение солнечных пятен - свидетельство бурных процессов, происходящих на Солнце, проявление его активности, которая имеет значение и для жизни на Земле, в том числе, возможно, и для процессов в земной атмосфере. Однако колебания солнечной активности вообще в очень незначительной степени отражаются на поступлении на Землю тех видов лучистой энергии, которая связана с формированием погоды. Кроме того, механизм погодообразования, то есть возникновения облачности, осадков, ветра и разных метеорологических явлений в тех или иных районах земного шара, так сложен, что проследить непосредственное воздействие солнечных пятен на погоду в какой-либо точке земной поверхности не представляется возможным ни теоретически, ни практически.

В периоды максимального увеличения количества солнечных пятен, которые повторяются в среднем через 11 лет (а фактически через разные промежутки времени, от 7 до 17 лет), погода на Земле ничем не отличается от погоды в другие годы: в одних районах она может быть необычайно жаркой, а в другой в это же самое время - необычайно холодной и т. п. Это многократно доказано материалами наблюдений. Так, при повышенной солнечной активности в сентябре 1980 года на Черноморском побережье Кавказа выпала годовая норма осадков, а на южном берегу Крыма - меньше месячной нормы. В другие годы с повышенной солнечной активностью осенью на Кавказе осадков выпадало меньше обычного, а в Крыму-больше нормы (например, в 1972 году). Средняя годовая температура воздуха, среднее годовое количество выпадающих осадков и т. д. в целом на планете остаются неизменными.

1.30. Влияют ли на погоду солнечные протуберанцы?

Протуберанцы - облака светящихся газов, наблюдающиеся чаще всего вблизи темных пятен на поверхности Солнца. Хотя эти огненные облака в виде узких лент могут удаляться от поверхности Солнца на сотни тысяч километров, они, как и солнечные пятна, практически не влияют на погоду на Земле.

При оценке возможного влияния на погоду любых явлений на Солнце надо иметь в виду одно важное обстоятельство: все происходящее на Солнце в состоянии изменить солнечное излучение, направленное к Земле, только одним определенным образом, то есть усилить его или ослабить. А это, как показано выше (см. 1.29), не отражается явно на земной погоде. Поэтому прогностической ценности для погоды на Земле явления на Солнце практически не имеют.

1.31. Какова температура на Солнце?

Расстояние от Солнца до Земли, составляющее в июле примерно 152 млн. км, а в январе - 147 млн. км, солнечные лучи преодолевают в среднем за 8 мин 20 с. Температура в центре солнечного ядра, по расчетам, превышает 10 млн. К, а на поверхности Солнца она составляет около 6000 К. На поверхности темных участков Солнца, солнечных пятен, температура ниже - примерно 4400 К.

1.32. Угрожает ли Земле постепенное похолодание из-за неизбежного угасания Солнца?

Да, такая угроза существует, но лишь в принципе. Угроза эта не слишком актуальна, и прежде чем человечеству придется всерьез с нею считаться, у него появятся тысячи других причин для более острого беспокойства.

Хотя Солнце и самая "рядовая" звезда, размеры и масса которой меньше, чем у многих других звезд, все же по нашим земным масштабам это гигантское светило - его масса в 330 000 раз больше массы Земли. В процессе непрерывных ядерных превращений водорода в гелий в солнечном ядре рождается колоссальное количество лучистой энергии (кстати, только одна двухмиллиардная доля этой энергии достигает нашей планеты). Ежесекундно при этом разрушается около 4 млн. т массы Солнца, около 90% которой составляет водород.

Если учесть, что ослабление энергии, излучаемой Солнцем, по мнению ученых, станет заметным не ранее чем через 30 или даже 100 миллиардов лет, то есть полное основание считать, что ни нам, ни достаточно большому ряду поколений людей, которые будут жить после нас на Земле, серьезных причин беспокоиться о жизнеспособности Солнца пока нет...

1.33. Что такое аэрозоли?

Это мельчайшие физико-химические частицы в атмосфере, являющиеся ее примесями. Эти примеси могут иметь как естественное происхождение, так и антропогенное, то есть вызванное деятельностью человека.

Естественные аэрозоли образуются различными путями. Это могут быть продукты взаимодействия океана и атмосферы - хлористые соединения натрия и магния, входящие в состав морской соли, частички которой в большом количестве попадают в воздух при разбрызгивании ветром морской воды, а также сернокислые соединения. Аэрозоли могут попадать в атмосферу в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Есть и пылевые аэрозоли, попадающие в атмосферу в результате взаимодействия поверхности суши и атмосферы. Аэрозоли антропогенного происхождения в основном связаны с индустриальными выбросами в атмосферу различных химических веществ.

Под воздействием тепла, солнечного света, водяного пара, капелек облаков и тумана аэрозоли претерпевают в атмосфере химические превращения. Изучением механизма образования аэрозолей, процессов их распространения и трансформации занимаются ученые различных специальностей - метеорологи, химики, физики, медики, геофизики.

1.34. Существует ли связь между содержанием в воздухе аэрозолей и погодой?

Большинство аэрозолей может становиться ядрами конденсации в атмосфере, то есть на этих мельчайших частичках происходит конденсация водяного пара, приводящая к формированию капелек облаков и тумана. При высокой влажности воздуха обилие аэрозольных частиц ускоряет процесс конденсации, а следовательно, и образования тумана или выпадения осадков. Именно поэтому над большими городами чаще, чем над сельской местностью, выпадают слабые осадки.

Многие ученые склонны рассматривать туманы как собственно аэрозоли с жидкими частичками, а морозные дымки и обыкновенный дым - как аэрозоли с твердыми частичками. В этом случае связь аэрозолей с погодой выглядит еще более непосредственной.