Каждое утро мы выглядываем в окно, чтобы посмотреть, светит ли солнце, идет ли дождь или падает снег. Мы смотрим на градусник, чтобы определить, тепло или холодно на улице. Мы слушаем предсказания синоптиков по радио и телевидению, чтобы понять, как планировать свои выходные или ближайший отпуск. Мы определяем погоду.
Сегодня трудно найти человека, который бы не интересовался природными явлениями за окном, ведь от них напрямую зависит наша жизнь, наши увлечения и дела.
Что такое погода?
Погода – это совокупность атмосферных явлений и метеорологических факторов, которые наблюдаются в том или месте земного шара. Ее можно описывать температурой воздуха, влажностью, давлением, направлением ветра, атмосферными осадками и многими другими показателями. В отличие от понятия «климат», определяющего среднее состояние атмосферы за большой промежуток времени, погода показывается в определенный период, составляющий обычно не более месяца.
Среди наиболее распространенных погодных явлений можно выделить осадки в виде дождя или снега, туманы, ветер, облачность, метели, шторма, грозы. Более редкими являются смерчи и ураганы, которые относятся скорее к стихийным бедствиям и требуют обязательного прогнозирования.
Практически все эти явления происходят в тропосфере, т. е. в нижних слоях атмосферы, где сосредоточено более 80 % всей массы атмосферного воздуха. Здесь формируется атмосферный фронт, развиваются циклоны и антициклоны, а также собирается значительная часть атмосферного пара.
Почему погода меняется?
Воздух в атмосфере находится в постоянном движении. Теплые воздушные массы, двигающиеся из южной части планеты в северную, приносят за собой потепление, а их соприкосновение с более прохладной земной поверхностью приводит к конденсации водяного пара, образованию облаков и выпадению сильных дождей, ливней.
Холодные массы, напротив, приносят похолодание и образуют облака другой формы – кучево-дождевые, которые редко закрывают собой весь небосвод и из-за небольших размеров выдают небольшое количество осадков.
Зачем нужно предсказывать погоду?
Хотя погода сильно влияет на нашу жизнь, ее предсказывают в большей степени в экономических целях. Основными пользователями метеорологических услуг выступают авиация и морской транспорт, поскольку от природных явлений во многом зависит передвижение по воздуху и по морю.
Сведения о погоде нужны туристическим агентствам, организующим поездки в те или иные страны, и сельскохозяйственной отрасли – информация о влажности воздуха, количестве атмосферных осадков и света играет большую роль в продуктивности при выращивании растений.
Знание прогноза погоды может пригодиться в строительстве при проведении работ на открытом воздухе, а также предприятиям культурной сферы, занимающимся организацией фестивалей, спортивных соревнований и других мероприятий. Но главная задача метеорологов – предупреждение населения о стихийных бедствиях, что позволяет вовремя подготовиться к ним и избежать человеческих жертв.
Как предсказывают погоду?
Основным инструментом, которым метеорологи пользуются для предсказания погоды, является наблюдение. Замеры фактических изменений температуры, давления, силы ветра и других показателей, а также нанесение их на карты – основная работа специалистов в этой области.
Для краткосрочного прогноза достаточно небольшой современной метеостанции, позволяющей выявить все показатели на ближайшие несколько суток. Для долгосрочных прогнозов применяют специальные компьютерные программы, способные моделировать предположительное движение воздушных масс в атмосфере и выдавать на экран достаточно точный результат.
Погода – физическое состояние атмосферы в данное время над определенной территорией. Элементы погоды: температура воздуха, влажность, облачность, осадки, атмосферное давление, ветер. Атмосферные явления – гроза, туман, метель, пыльная буря и др. – также относятся к погоде. Таким образом, погода – это сочетание, своеобразный ансамбль всех ее элементов, которые взаимосвязаны и закономерно меняются во времени и в пространстве. Погода представляет собой внешнее проявление процессов, происходящих в атмосфере.
Характерные свойства погоды – изменчивость и многообразие. Изменения погоды могут быть периодическими и непериодическими.
Периодические изменения погоды обусловлены суточными и годовыми различиями в поступлении солнечной радиации. С ними связаны регулярные суточные и сезонные изменения всех вышеперечисленных элементов погоды. Суточные изменения весьма закономерны и четко выражены в жарком поясе, а во внетропических широтах нарушаются активной циклонической деятельностью. Годовые изменения в жарком поясе связаны не столько с термическими условиями, сколько с режимом увлажнения. Во внетропических широтах, наоборот, лето и зима прежде всего термические сезоны года.
Непериодические изменения погоды обусловлены адвекцией воздушных масс и фронтальными процессами. Они наблюдаются во всех районах Земли, но характерны прежде всего для умеренных и холодных поясов, что мы ощущаем в повседневной жизни.
С частой сменой погод связано их многообразие. Существуют классификации погод по разным признакам и критериям.
На основании радиационного баланса выделены три большие группы погод: безморозные, с переходом суточной температуры через 0°С, и морозные погоды. Внутри этих групп с учетом комплексных типов погоды суток обособляются 16 классов погод. Например, в группе безморозных погод выделяются классы от суховейно-засушливой (t° сс > 22°С, f сс < 40%) до влажно-тропической (t° cc > 22°С, f сс > 80%) погоды; в группе морозных погод – от слабоморозных (t° сс от 0 до -12,5°С) до крайне морозных (tº сс < -42,5 °С), а среди них – погода с ветром и без ветра, что чрезвычайно важно при морозе. Эта классификация погод находит применение в практике сельского хозяйства и рекреации.
По происхождению выделяются две большие группы погод. Фронтальные погоды свойственны циклонам и обусловлены взаимодействием в них теплых и холодных воздушных масс, обладающих разными физическими свойствами. Внутримассовые погоды связаны с нагреванием или охлаждением воздуха от земной поверхности.
Из фронтальных погод рассмотрим погоды теплого фронта и холодных фронтов, последовательно сменяющих друг друга при прохождении циклонов в умеренных широтах северного полушария.
Теплый фронт, как отмечалось ранее, образуется при наступлении теплого воздуха на холодный. Над Европой он чаще случается в холодное полугодие. Теплый фронт характерен для передней части циклона. Основные метеорологические явления, связанные с ним, следующие: температура постепенно растет и после прохождения линии фронта существенно увеличивается. Ширина облачной зоны составляет около 900 км, причем облака образуются в определенной последовательности – сначала наблюдатель видит перистые, затем перисто-слоистые, высокослоистые и, наконец, слоисто-дождевые облака; при этом возрастает относительная и абсолютная влажность воздуха и облачность. Из слоисто-дождевых облаков за 300 – 400 км до линии фронта начинают выпадать обложные осадки, усиливающиеся по мере приближения линии фронта. На линии фронта и за ней возникают слоистые облака и адвективные туманы. Давление постепенно понижается. Ветер усиливается при прохождении линии фронта и меняет направление; в частности, над Европой – чаще всего на устойчивое юго-западное (см. рис. 57).
Холодные фронты образуются при наступлении холодного воздуха на теплый. Они чаще случаются в теплое полугодие, особенно над территорией России. Выделяют холодный фронт первого рода – медленный и второго рода – быстрый, которые характеризуются разными типами погод.
При холодном фронте первого рода холодный воздух медленно подтекает под теплый, который спокойно натекает на него. При ^том синоптические процессы развиваются в обратной последовательности по сравнению с погодой теплого фронта. После линии фронта температура медленно понижается; облачная зона занимает около 500 км в ширину. Слоисто-дождевые облака постепенно переходят в высокослоистые, затем следуют перисто-слоистые и перистые. Облачность и влажность воздуха постепенно уменьшаются, но из слоисто-дождевых, а иногда и высокослоистых облаков выпадают обложные осадки. Давление воздуха постепенно возрастает, ветер усиливается лишь на линии фронта, потом ослабевает и меняет направление с юго-западного на северное. Внутри холодной воздушной массы, за линией фронта, из-за неустойчивой стратификации в прогревающемся холодном воздухе летом возможны внутримассовые зафронтальные локальные ливневые осадки из кучево-дождевых облаков (см. рис. 58).
При холодном фронте второго рода погода иная, так как при его прохождении существенно и бурно меняются все метеорологические величины. Холодный воздух движется быстро и тупым клином подтекает под теплый, который резко подбрасывается вверх до линии фронта и опускается над ней. При этом образуются мощные кучево-дождевые облака, часто в виде вала, выпадают ливневые осадки, летом с градом, наблюдаются грозы (они случаются даже зимой, при отрицательных температурах воздуха). После прохождения линии фронта осадки в основном прекращаются, но иногда выпадают и из высококучевых облаков. Температура за линией фронта значительно понижается. Давление воздуха стремительно падает перед линией фронта, но резко возрастает после нее. Ветер перед линией фронта усиливается до бури, и после прохождения фронта меняет направление с юго-западного на северо-западное и северное. Внутри холодной воздушной массы летом возможны ливни (см. рис. 59).
Погоды фронтов окклюзии (по типу теплого и холодного фронтов) весьма сложны, но напоминают рассмотренные фронтальные погоды.
Перечисленная смена погод типична при прохождении через наблюдателя центральных и южных (в северном полушарии) периферий циклонов, причем, чем ближе к центру, тем меньший промежуток времени проходит между прохождением теплого и холодного фронтов. Если циклон следует мимо наблюдателя своей северной периферией, то погода более однообразна. Сюда распространяется влияние облачности теплого фронта, хотя сам он проходит южнее; из слоисто-дождевых облаков выпадают холодные моросящие дожди.
Из внутримассовых погод отметим погоду конвективного типа и радиационного выхолаживания.
Погода конвективного типа характерна в течение всего года в жарком поясе, а летом возможна и в умеренных широтах. Ее основная особенность – нагрев суши и воздуха к полудню, появление кучевых и кучево-дождевых облаков, ливневые кратковременные осадки после полудня (в жарком поясе так называемые «зенитальные дожди»). При этой погоде четко выражен суточный ход всех метеоэлементов.
Погода типа радиационного выхолаживания наблюдается весь год в полярных широтах и зимой в умеренных и субполярных широтах над сушей при антициклоне. Крайне низкие температуры в условиях отрицательного радиационного баланса, ясное небо, иногда волнистые облака и слабый снег, слабые ветры – таковы основные метеоусловия при этой погоде. В России она типична в Восточной Сибири.
Изучением погоды и ее прогнозированием занимается особый раздел метеорологии – синоптическая метеорология (греч. synop-tikos – способный все обозреть). В каждой стране существует обширная сеть метеорологических и аэрологических станций, занимающихся получением сведений обо всех элементах погоды, и учреждений, их обрабатывающих с целью прогноза погоды, которые объединяются в Службу погоды. Национальные службы погоды опираются в своей работе на международную программу Всемирной службы погоды, входящую во Всемирную метеорологическую организацию (ВМО) – межправительственное специализированное учреждение ООН (1947) с центром в Женеве. В нашей стране центральным научно-исследовательским и методическим органом Службы погоды является Росгидрометеоцентр в Москве – один их трех мировых метеорологических центров (другие находятся в Вашингтоне и Мельбурне). Метеорологические станции разных разрядов работают по определенной программе и единой методике. Они систематически передают результаты своих наблюдений в зашифрованном виде по особому международному коду в региональные и мировые метеорологические центры. В центрах на определенный момент времени составляют синоптические карты. На них отражено состояние всех элементов погоды и атмосферных процессов – положение циклонов и антициклонов, атмосферных фронтов, зон осадков и др. над обширной территорией. На основании анализа синоптических карт дается оценка важных изменений погоды и ее прогноз. При этом центры учитывают не только
данные наземных станций, но и состояние тропосферы в целом, а также сведения о более высоких слоях атмосферы, полученные с помощью метеорологических ракет и спутников. При обработке полученной информации широко используются современные средства обработки данных. Прогнозы погоды бывают краткосрочными (на 1–3 суток вперед), среднесрочными (4–10 суток), долгосрочными (месяц – сезон). Краткосрочные прогнозы имеют довольно высокую оправдываемость (более 80%). Долгосрочные прогнозы, основанные на научно обоснованном предсказании погоды по годам-аналогам, менее надежны.
Зависимость самочувствия людей и их хозяйственной, особенно сельскохозяйственной, деятельности от погоды заставляет их находить приметы, по которым можно было бы предвидеть погоду. Многие из дошедших до нас народных примет погоды получили в настоящее время научное обоснование.
Предсказание погоды имеет огромное значение для всех отраслей хозяйства: сельского хозяйства, транспорта, многих отраслей промышленности; оно важно в военном деле, в авиации, для повседневной жизни и деятельности людей.
Под метеорологическими условиями понимается состояние атмосферы, которое принято характеризовать температурой воздуха, его давлением, влажностью, скоростью движения, а также наличием или отсутствием облачности. Рассмотрим подробнее вопросы, связанные с погодой и климатом.
Общие понятия и термины
Когда говорят о метеорологических условиях, то часто используют такие термины, как погода или климат. Под погодой понимают текущее состояние атмосферы, то есть ясно или облачно, холодно или жарко, воздух влажный или сухой, дует сильный ветер или наблюдается затишье в данной конкретной местности. Когда же говорят о климате, то подразумевают характеристику атмосферных феноменов за более длительный промежуток времени, например летний или осенний климат.
Еще одним отличием между понятиями "погода" и "климат" является территориальный фактор. Погода может меняться от местности к местности, например, в некотором городе может идти проливной дождь, а в 20 км от города может стоять ясная погода. Климат же - это более протяженная характеристика не только во времени, но и в пространстве. Так, существуют понятия тропического, континентального или полярного климата.
Почему в разных зонах Земли разный климат?
Ответом на этот вопрос является сферическая форма нашей планеты. Эта форма приводит к тому, что солнечные лучи падают под разными углами на ее поверхность. Чем ближе угол падения лучей к 90 o , тем сильнее прогревается поверхность и воздух. Эта ситуация характерна для тропической и субтропических зон. Наоборот, чем дальше лучей отклоняется от прямого угла, тем меньше солнечной энергии получают почва и воздух, и тем холоднее климат. Ярким примером холодного климата является состояние атмосферы в Антарктиде.
В свою очередь, различие в температурах полярных и экваториальных зон планеты приводит к появлению ветров, а также создает предпосылки для формирования дождевых туч. Разные метеорологические условия в широтах земли ведут к появлению и исчезновению циклонов (областей пониженного атмосферного давления) и антициклонов (зоны с повышенным давлением воздуха).
Причина существования времен года
Каждому ребенку с раннего возраста известно, что существует 4 времени года: зима, осень, весна и лето. Однако все эти времена года, каждое из которых характеризуется определенными климатическими и метеорологическими условиями, имеют место только в средних широтах нашей планеты. Полоса же нашей планеты, которая расположена от 40-й параллели южного и до 40-й параллели северного полушарий, имеет тропический и субтропический климат, который характеризуется всего 2-мя временами или сезонами года: влажным и сухим.
С причиной различных метеорологических условий в разных широтах мы разобрались. Но почему происходит смена времен года? Ответ на этот вопрос заключается в наклоне земной оси вращения относительно плоскости орбиты Земли. Наша планета вращается вокруг солнца практически по идеальной окружности, и если бы не существовало наклона земной оси на 23,5 o , то в каждой широте климат в течение года не менялся бы. Наклонная же ось вращения планеты обеспечивает колебания количества солнечной энергии, поступающей на поверхность планеты в каждую ее точку в течение года. Эти изменения энергии приводят к колебаниям температуры воздуха, которые обычно составляют ±40 °C. Максимальные и минимальные допустимые температуры составляют +58 °C (Эль-Азизия, Ливия) и -89,2 °C (Антарктида) соответственно.
Отметим, что наклон оси вращения нашей планеты не был постоянным на протяжении всего времени ее существования. Достоверно известно, что во времена существования на Земле динозавров он точно был другим. Влиять на этот наклон могут как внешние факторы, связанные с разными космическими телами, так и внутренние, обусловленные изменением распределения массы на поверхности нашей планеты.
Благоприятные и неблагоприятные метеорологические условия
Часто можно слышать слова: "стоит хорошая погода" или "ожидается плохая погода в данном регионе". Какой смысл несут эти фразы? Чтобы ответить на вопрос, приведем ниже основные параметры, которые определяют состояние атмосферы (если быть точным, то нужно говорить тропосферы, поскольку именно в нижней части атмосферы Земли происходят все погодные феномены):
- температура;
- давление;
- скорость ветра;
- влажность воздуха;
- наличие или отсутствие туч.
Показатели приведенных пяти параметров позволяют говорить как о благоприятных, так и о неблагоприятных метеорологических условиях (НМУ). Например, высокие температура и давление, слишком яркое солнце и низкая влажность воздуха или, наоборот, пониженные температуры, дождь, большая скорость ветра, низкое давление - все это НМУ. Благоприятные погодные условия, как правило, характеризуются средними значениями для приведенных выше климатических параметров.
Главный источник всех атмосферных процессов
Конечно же, двигателем всех атмосферных (и не только) процессов является солнечная радиация. Именно она заставляет многие химические вещества совершать свой круговорот в природе. Применительно к климату и погоде можно сказать следующее: падающие на Землю лучи солнца напрямую не прогревают атмосферу, в первую очередь увеличивается температура литосферы, затем гидросферы. Остывая, литосфера и гидросфера излучают инфракрасные электромагнитные волны, которые простым языком называются "тепло". Именно эти волны и разогревают атмосферу планеты.
Важным моментом в формировании метеорологических условий среды обитания является разная скорость нагрева и остывания литосферы и гидросферы. Так, литосфера быстро нагревается и остывает, для гидросферы же эти процессы идут гораздо медленнее. Причиной такого разного поведения в отношении солнечной радиации является их разная теплоемкость, а также излучающая способность.
Другие источники энергии, влияющие на погоду
Солнечная энергия вносит основной вклад во все происходящие в тропосфере процессы. Однако существуют другие источники энергии, которые могут влиять на состояние погодных условий в конкретной местности, а также обеспечивают стабильность этих условий:
- геотермальная энергия и вулканические процессы;
- процесс дыхания и продукты жизнедеятельности биологических организмов, которые играют важную роль в поддержании стабильного химического состава атмосферы.
Атмосферные процессы и их временные и пространственные масштабы
Как было отмечено, любые процессы в атмосфере связаны с колебаниями количества солнечной энергии, которая поступает на Землю. Благодаря этим колебаниям, происходит разогрев и остывание воздуха днем и ночью. Это суточное изменение погоды. Процессы же образования и таяния снегов носят уже годовой характер.
Разогрев воздуха в конкретной местности приводит к его расширению, а значит, к падению давления. Изменение же давления ведет к образованию ветров, которые стремятся выровнять возникший перепад. Они носят разный характер и в экстренных ситуациях могут привести к образованию ураганов и смерчей. В последнем случае говорят об очень сложных метеорологических условиях. В свою очередь, ураганы - это кратковременное явление определенной местности, то есть они характеризуются пространственными и продолжительными временными параметрами.
Метеорологический прогноз
Трудно представить современный мир без информации о прогнозе погоды в любом регионе планеты. Так, полеты самолетов, агрикультурная и коммерческая деятельность с каждым годом все сильнее зависят от метеорологических данных. Например, расписание полетов кардинальным образом изменяется в период неблагоприятных метеорологических условий.
Метеорологический прогноз - это результат обработки множества данных с использованием мощнейших компьютеров, которые обрабатывают входную информацию в рамках некоторой сложной эмпирической модели, использующей известные законы физики. Данные о метеорологических условиях конкретного региона собираются при помощи стратегически расположенных на земле метеостанций, при помощи спутников и беспилотных летающих аппаратов.
Изучение атмосферных процессов на других планетах
Метеорология является междисциплинарной наукой. Практическим результатом этой науки является метеорологический прогноз. Сложность самой задачи связана с необходимым учетом сотен и тысяч факторов, влияющих на результат прогноза. Для лучшего понимания влияния этих факторов на погоду нашей Земли, ученые всего мира занимаются наблюдением и исследованием атмосферных процессов на других планетах Солнечной системы. Например, Большое Красное Пятно на Юпитере, представляющее собой мощный антициклон, существующий уже дольше 300 лет.
