Михаил Беляков - Погода и ее предвидение

В последнее время учеными было открыто, что многие атмосферные процессы можно описать на основе точных законов физики, математики и термодинамики. Найдены соответствующие математические уравнения, решая которые можно определить вероятное будущее распределение давления, температуры и влажности воздуха, осадков и ветра и соответственно вероятное размещение циклонов и антициклонов, атмосферных фронтов и воздушных масс.

В результате теперь имеются способы, которые позволяют численным путем составить прогноз изменения давления и температуры воздуха на сутки вперед. Особенно полезно предвычисление будущего распределения давления воздуха. Это предвычисление позволяет строить карты будущего распределения давления воздуха и таким путем установить предстоящее распределение областей высокого и низкого давления, что, как вы уже знаете, весьма важно для анализа и прогноза погоды.

Использование такого метода, требующего большого количества расчетов, возможно только с помощью электронных вычислительных устройств.

Рассматривая вопрос о перспективах улучшения прогнозов погоды, необходимо также учитывать следующее.

До недавнего времени исследование атмосферных процессов, влияющих на погоду, в основном базировалось на наблюдениях в нижнем слое атмосферы — тропосфере, т. е. до высот порядка 8–15 километров. Но земная атмосфера распространяется в высоту до многих сотен километров. Взаимодействие и взаимозависимость процессов во всей толще атмосферы еще недостаточно изучены.

Мы уже говорили, что основную роль в развитии атмосферных процессов на Земле играет Солнце. Однако вопрос о роли солнечной активности в изменении погоды также еще мало изучен, главным образом из-за того, что до последнего времени не было точных инструментальных наблюдений над состоянием высоких слоев атмосферы.

Связь между солнечной активностью и процессами в атмосфере была, в частности, обнаружена при изучении солнечных пятен. Как известно, максимум пятен повторяется регулярно через каждые 11 лет. Установлено, что в периоды этих максимумов наблюдаются некоторые отклонения от нормы в развитии атмосферных процессов на Земле. В то же время периодичность в изменении количества солнечных пятен обусловливает и периодичность некоторых явлений на Земле. Так, например, при увеличении числа пятен на Солнце в тропиках в зоне Азия — Австралия наблюдается понижение давления воздуха, а в зоне Америки и восточной части Тихого океана повышение. Известно также, что наводнения в долине Нила повторяются через 22 года, т. е. ровно через два периода между очередными максимумами солнечных пятен.

Кроме солнечных пятен, на атмосферу Земли влияет ультрафиолетовое и рентгеновское излучения Солнца; под действием этих излучений в высоких слоях атмосферы образуется особый слой — ионосфера, простирающийся от высоты в 70 километров, примерно до высоты в 500 километров над поверхностью Земли [8] Подробнее об этом см. в брошюре: Ф. И. Честнов , Загадка ионосферы, «Научно-популярная библиотека» Гостехиздата. .

Интенсивность ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца меняется в связи с изменением солнечной активности, что приводит к изменениям в состоянии слоев ионосферы.

Солнце является также источником различных электрически заряженных частиц-корпускул, выбрасываемых в межпланетное пространство. Наблюдения показывают, что приближение этих частиц к Земле вызывает в ее атмосфере целый ряд явлений. Возникают возмущения в магнитном поле Земли, появляются полярные сияния, нарушаются нормальные условия отражения радиоволн от ионосферных слоев.

Все указанные нами виды солнечного излучения оказывают непосредственное влияние лишь на очень высокие слои атмосферы. Например, ультрафиолетовое излучение Солнца практически до поверхности Земли не доходит, поглощаясь по пути воздухом атмосферы и особенно входящим в его состав газом озоном. Последний имеет наибольшую концентрацию на высоте порядка 30 километров над поверхностью Земли и служит барьером для ультрафиолетового излучения Солнца. Корпускулярное излучение также проникает в земную атмосферу до высот порядка 60–70 километров над земной поверхностью.

Однако в последние годы снова обращено внимание на то, что целый ряд явлений, наблюдающихся в нижних слоях атмосферы, все же связан с изменением солнечной активности. Помимо уже приводившихся выше примеров, обращает на себя внимание то, что в периоды максимумов солнечной активности температура в тропических поясах Земли приблизительно на полградуса ниже, чем в периоды минимумов. Неоднократно обнаруживалась связь между солнечной активностью и числом гроз и т. д.

Все это приводит к мысли, что в атмосфере Земли действует какой-то еще недостаточно исследованный механизм, обусловливающий связь изменений погоды на земном шаре с солнечной активностью.

В настоящее время есть предположение, что между верхними и нижними слоями атмосферы существует достаточно интенсивный обмен, в процессе которого энергия, поглощаемая верхними слоями атмосферы, переносится в ее нижние слои. Выяснить этот вопрос, однако, можно лишь путем подробных исследований атмосферы по вертикали, до больших высот.

Большую помощь в этом теперь оказывают метеорологические ракеты и искусственные спутники Земли.

Продолжающееся исследование вопроса о том, как влияет солнечная активность на процессы в атмосфере, открывает большие перспективы в изучении физических процессов в атмосфере и законов, ими управляющих. А это в свою очередь несомненно даст в руки метеорологов дополнительные и очень важные сведения, которые позволят улучшить качество прогнозов погоды.

Процессы, происходящие в атмосфере, взаимосвязаны в масштабе всего земного шара. Вспомните хотя бы тот же пример с влиянием ледовитости арктических морей на уровень африканских озер! Даже кажущиеся чисто местными явления атмосферы в какой-то степени неизбежно связаны с общей циркуляцией атмосферы, от полюса до полюса. Между тем наблюдения над состоянием атмосферы до сих пор в основном производятся в обжитых районах, так как организовать метеорологические станции в приполярных, горных и пустынных районах не так легко. Более 70 процентов поверхности Земли занято океанами и морями, где наблюдения могут быть обеспечены также лишь в ограниченной степени, на плавающих судах.

Конечно, в будущем сеть метеостанций равномерно покроет всю поверхность земного шара. В настоящее время, пока эта проблема не решена, организуются согласованные в международном порядке эпизодические массовые исследования атмосферы в целом. Такие исследования были проведены, например, в международные полярные годы (МПГ) в 1882–1883 и 1932–1933 годах, в основном в полярных областях. В настоящее же время, как известно, проводится Международный геофизический год (МГГ) [9] Подробнее см. в брошюре: В. П. Цесевич , Международный геофизический год, Гсстехиздат, 1957. . Наблюдения по этому году проводятся в течение 18 месяцев — с 1 июля 1957 г. по 31 декабря 1958 г. Это время совпадает с периодом максимума солнечной активности, когда все явления на Земле, связанные с деятельностью Солнца, выражены наиболее отчетливо. В огромную программу исследований в период МГГ входят изучение метеорологических явлений, земных токов, полярных сияний, свечения ночного неба, ионосферы, метеоров, солнечной активности, космических лучей, ледников и вечной мерзлоты и т. д. Организованы специальные станции в малодоступных районах земного шара, в частности в тропиках, в Арктике и Антарктике.