Павел Астапенко - Вопросы о погоде

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°C и т. д.).

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/см 2. В технике эта величина принята за единицу давления, ее так и называют – атмосфера.

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. км 2поверхности Земли оказывает давление 5,15 квадриллионов тонн воздуха (5,15 • 10 15).

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.

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 E , выше 220 км – слои F 1и F 2 . 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.

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 гектопаскаль (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.

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.

Поскольку в областях высокого атмосферного давления – антициклонах XE "антициклон" – 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.