Астапенко П.Д. Вопросы о погоде

Подождите немного. Документ загружается.

кладной климатологии и удовлетворению потребностей

народного хозяйства в климатических данных, подготовке

архивных материалов по климату земного шара.

9. 24. Какие региональные эксперименты проводятся

ВМО совместно с МСНС?

Широкая программа исследований, ведущихся на про-

тяжении уже более 10 лет, предусматривает выполнение

целой серии региональных экспериментов, в том числе:

Зимний муссонный эксперимент — зимний МЭКС — на

юго-востоке Азии (1978/79 год), Летний муссонный экспе-

римент — летний МЭКС — в Аравийском море и Бен-

гальском заливе (1979), Западноафриканский муссон-

ный эксперимент — ЗАМЭКС — в странах Западной Аф-

рики (1979); Атлантический тропический эксперимент

ПИГАП — АТЭП (1978); Эксперимент по изучению транс-

формации воздушных масс — ВОМТЭКС (1974/75), дав-

ший полезную информацию об обмене энергией между

океаном и атмосферой; Комплексный энергетический

эксперимент — КЭНЭКС — советских экспедиций в пус-

тынях, степях, на море и в городах (1970 — 1973), дав-

ший богатый материал для физики климата; Полярный

эксперимент — ПОЛЭКС — в Арктике и Антарктике, про-

водившийся на протяжении целого ряда лет в интере-

сах создания модели общей циркуляции атмосферы и

53. Научно-исследовательское судно

«Профессор Зубов» в Антарктике

усовершенствования методов прогноза погоды, а также

исследования влияния ледниковых масс на изменения

климата.

9. 25. Существуют ли программы исследований ат-

мосферных процессов в рамках отдельных регионов

ВМО?

Региональные ассоциации ВМО осуществляют ряд ло-

кальных программ исследований в масштабах отдельных

регионов. Например, существует проект исследования тро-

пических циклонов в Регионе IV (Северная и Централь-

ная Америка) и в Регионе II (Азия). Программы исследо-

ваний предусматривают изучение ураганов и тайфунов.

В частности, в западной части Тихого океана с начала

80-х годов осуществляется оперативный региональный

эксперимент по тайфунам — ТОНЭКС.

9. 26. Насколько Всемирная служба погоды связана

с проблемами ООН?

Решения Конгрессов и Исполнительного Совета ВМО

направляют деятельность Всемирной службы погоды

на содействие решению тех проблем ООН, которые свя-

заны с состоянием окружающей среды, использованием

климатических ресурсов. Так, например, к проходившей

в 1981 году Конференции ООН по новым и возобновляе-

мым источникам энергии ВМО готовила мировые карты

распределения солнечной радиации и скорости ветра.

Темой Всемирного метеорологического дня в 1981 году

была избрана «Всемирная служба погоды как средство

развития». Экономический и социальный совет ООН

(ЭКОСОС) одобрил инициативу ВМО по разработке Меж-

дународной программы по климату; в 1979 году Генераль-

ный секретарь ВМО докладывал ее на второй сессии

ЭКОСОС.

9. 27. Какие вопросы Международной программы

по климату представляют интерес для ООН?

Экономический и социальный совет ООН заинтере-

сован в разработке Всемирной службой погоды многих

вопросов, таких, как использование климатических ресур-

сов, влияние климата и его изменений на производство

продуктов питания, здоровье людей, запасы пресной воды

и ее состояние, энергетику, а также изучение естественных

и связанных с деятельностью человека изменений окру-

жающей среды.

9. 28. Есть ли у метеорологов мира свой профессио-

нальный праздник?

Конгресс ВМО в 1960 году установил профессиональ-

ный праздник метеорологов — Всемирный метеорологи-

ческий день, отмечаемый ежегодно начиная с 1961 года в

день весеннего равноденствия 22 марта. Свой праздник

метеорологи каждый год посвящают какой-либо теме, опре-

деляемой решением Исполнительного Совета ВМО в ка-

честве особенно актуальной проблемы сегодняшнего дня.

Хотя темы праздников общие для метеорологов всех

стран, празднование в каждой стране происходит по соб-

ственной программе. Обычно оно носит торжественно де-

ловой характер: ко Всемирному метеорологическому дню

часто приурочивают открытие новых метеорологических

станций или введение в эксплуатацию нового оборудова-

ния, проведение научных семинаров или симпозиумов,

чтение лекций и научных докладов, вручение почетных

дипломов и грамот и т. п. Кроме того, этот день освеща-

ется и средствами массовой информации: известные уче-

ные дают интервью в печати, по радио и телевидению,

в печати публикуются обзоры научных достижений в об-

ласти метеорологии.

РАКЕТЫ,

СПУТНИКИ

И ПОГОДА

НА РАЗНЫХ ВЫСОТАХ

Развитие ракетной техники,

научные основы которой были заложены исследованиями

К. Э. Циолковского, позволило метеорологам уже в сере-

дине XX века резко повысить потолок инструментальных

измерений в атмосфере, проникнуть с приборами, уста-

навливаемыми на ракетах, сначала в среднюю и верхнюю

стратосферу, а затем и еще выше — в мезосферу и термо-

сферу. Специально сконструированные метеорологические

ракеты в состоянии зондировать атмосферу на высотах до

500 км, а выводимые на орбиты вокруг Земли с помощью

ракет метеорологические спутники превратились в прин-

ципиально новое средство исследования атмосферы, уве-

личившее во много крат информацию о погоде на нашей

планете, доступную повседневному анализу. Поток ме-

теорологической информации, поступающей от метеороло-

гических искусственных спутников Земли (МИСЗ), стал

настолько большим, что потребовал внедрения машинных

способов ее анализа и использования для этой цели быстро-

действующей вычислительной техники. Вместе с обычны-

ми средствами наблюдения за погодой с поверхности зем-

ли с помощью радиозондов, ракет и метеорологических

радиолокаторов МИСЗ позволили следить за всеми изме-

нениями погоды еще и сверху, с высоты сотен и тысяч

километров.

Особенно важно, что спутники ведут наблюдение за

погодой не только над сушей, но и над теми областями

Земли, где нет регулярной сети метеорологических стан-

ций, — такими, как океаны, полярные области Земли, мало-

населенные районы пустынь и полупустынь, высокогор-

ные области. Остается добавить, что современное оборудо-

вание МИЗС позволяет выполнять метеорологические

наблюдения как на теневой, так и на освещенной стороне

Земли.

Можно без преувеличения сказать, что ракетная тех-

ника, с помощью которой человечество начало завоева-

ние космоса, попутно произвела настоящую революцию

в методах исследования атмосферы. Эта революция во

многом изменила наши представления об атмосфере, осо-

бенно о ее высоких слоях; она дала огромное количество

новых данных об атмосферных процессах. Над анализом

этих данных работают сейчас ученые. С некоторыми мате-

риалами этого анализа мы познакомимся ниже, предва-

рительно рассмотрев основные технические средства и

возможности ракетного и спутникового зондирования

атмосферы.

10. 1. Что представляет собой метеорологическая

ракета?

Метеорологическая ракета состоит из двух частей:

корпуса с двигателем и головной части с измерительными

приборами и радиопередатчиком. Запускается ракета

(фото 54) со специальной стартовой установки, которая

может быть размещена на земной поверхности или на

палубе корабля. На заданной высоте головная часть ра-

54. Метеорологическая ракета. За-

пуск

кеты отделяется от корпуса. После этого немедленно

раскрываются парашюты, на которых обе части ракеты

спускаются на землю. Температуру воздуха и атмосфер-

ное давление измеряют датчики, размещенные в голов-

ной части ракеты, во время ее спуска к земле. По сно-

су опускающейся ракеты, фиксируемому специальной

аппаратурой с земли, можно определить и ветер на всех

уровнях спуска. Обычные метеорологические ракеты

поднимаются до высоты 120 км, ракеты с несколько бо-

лее широкой программой измерений, называемые гео-

физическими, поднимаются выше — до высоты 400 —

500 км.

Существуют метеорологические и геофизические ра-

кеты, на которых измерения изучаемых параметров со-

стояния атмосферы производятся не при спуске голов-

ной ее части на парашюте, а во время полета самой ра-

кеты, при наборе ею высоты. На таких ракетах исполь-

зуются практически безынерционные датчики, способные

мгновенно фиксировать значение температуры и атмо-

сферного давления несмотря на большую скорость по-

лета.

10. 2. Можно ли запускать метеорологические ракеты

не с земли, а с воздуха?

Можно, хотя технически это не очень просто осуще-

ствить. Для этого требуется специальная платформа, под-

нимаемая на требуемую высоту большим воздушным ша-

ром, откуда уже производится запуск самой ракеты. Этим

достигается значительное увеличение полезной массы

ракеты, поскольку не требуется затрачивать топливо для

подъема ракеты через нижние, плотные слои атмосфе-

ры. Ракеты, запускаемые с платформ, могут нести зна-

чительно больше научного оборудования, масса его в этом

случае достигает 12—15% массы ракеты, тогда как в

ракетах, запускаемых с земли, она в несколько раз

меньше.

10. 3. Можно

ли с помощью метеорологических ракет

исследовать химический состав атмосферы?

Ракетные методы исследования атмосферы позволя-

ют уточнять состав воздуха на больших высотах, недо-

ступных другим методам. С помощью спектрометров и

спектрографов исследуются озон, атомарный кислород и

другие элементы — редкие составляющие атмосферного

воздуха.

10. 4. В чем смысл ракетных экспериментов с грана-

тами?

Ракетные эксперименты с гранатами относятся к акус-

тическим методам изучения атмосферы. Звуковые волны

при переходе из одной среды в другую изменяют путь

своего распространения, то есть происходит преломление

волн. Оно наблюдается на участках резкого изменения

плотности воздуха, где скачкообразно меняется его тем-

пература. Как известно, скорость звука зависит от темпе-

ратуры воздуха и по прохождению звуковых волн можно

судить о распределении температуры в атмосфере. Взрыв

связки гранат, поднятых на высоту около 100 км, создает

взрывную волну, движение которой регистрируется акус-

тической станцией на земной поверхности. Момент взры-

ва ракет фиксируется фотокамерами на земле и фото-

элементами, установленными на самой ракете. Послед-

ние по телеметрическому каналу передают его на Землю.

Электронные счетно-решающие устройства позволяют

определить, в какой точке происходит каждый взрыв,

и получить характеристики состояния атмосферы — тем-

пературу, плотность, ветер, наличие вертикальных то-

ков.

10. 5. Что такое спутниковая метеорология?

Это один из разделов метеорологии, изучающий физи-

ческое состояние атмосферы и метеорологические явле-

ния с помощью искусственных спутников Земли. Спут-

никовая метеорология — молодая научная дисциплина,

получившая развитие в третьей четверти нашего столе-

тия. Создание ее стало возможным после появления но-

вого, оказавшегося очень перспективным, средства иссле-

дования атмосферы и космического пространства — искус-

ственного спутника Земли. Впервые он был выведен на

орбиту вокруг Земли советскими учеными 4 октября

1957 года.

10. 6. Какая аппаратура устанавливается на метеоро-

логических искусственных спутниках Земли?

Метеорологические спутники оснащены обзорной и

измерительной аппаратурой. Обзорную аппаратуру со-

ставляют так называемые телевизионные и инфракрасные

системы спутника, позволяющие в комплексе произво-

дить фотографирование облаков и земной поверхности

не только на дневной (освещенной Солнцем), но и на

ночной (теневой) стороне нашей планеты. Измеритель-

ная аппаратура используется для получения данных ра-

диационного баланса системы Земля — атмосфера и опре-

деления температуры подстилающей поверхности, то есть

для выполнения так называемых актинометрических, или

радиационных измерений. Результаты последних могут

выражаться как в абсолютных, так и в относительных

величинах. Кроме того, на метеорологических спутниках

могут выполняться и спектральные измерения темпера-

туры и влажности воздуха. Телевизионная съемка облач-

ности производится в видимой части солнечного спектра.

При обычной высоте полета метеорологического спутника

(около 900 км) разрешающая способность аппаратуры

составляет примерно 1—2 км. Фотографирование в инфра-

красной части спектра в диапазоне волн длиной 8—12 мкм

выполнимо и в ночное время; разрешающая способность

аппаратуры — примерно 8 км в надире.

Оборудование метеорологических спутников позволяет

вести работу в режимах как непосредственной передачи

информации, так и запоминания ее, с последующим счи-

тыванием по команде с Земли.

10. 7. Как используются в спутниковой метеорологии

микрорадиоволны?

Применение микроволновой радиометрической аппа-

ратуры на ИСЗ расширяет возможности спутниковой ме-

теорологии, позволяя изучать состояние земной поверх-

ности сквозь облачность, так как для распространения

радиоволн сантиметрового диапазона она не является пре-

пятствием. Кроме того, такая аппаратура дает возмож-

ность более детально исследовать процессы, протекающие

в самих облаках.

В основе микроволнового метода исследования атмо-

сферы с помощью ИСЗ лежит способность всех тел в при-

роде излучать энергию. С изменением температуры зем-

ной поверхности, ее влагосодержания, наличия на ней

воды, снега, осадков, количества растворенной в воде соли

и других показателей ее состояния изменяются тепло-

вые потоки, исходящие от земной поверхности. Измеряя

тепловые потоки высокочувствительной аппаратурой, ра-

ботающей в диапазоне микроволн, можно судить о многих

процессах, происходящих на поверхности океана, суши,

в облаках и в атмосфере.

Измерения теплового радиоизлучения над океаном по-

зволяют определить наличие и мощность (толщину) об-

лачного покрова, обнаружить зоны выпадения осадков

и оценить их интенсивность. Это связано со способностью

капельножидкой воды, содержащейся в облаках и осад-

ках, активно поглощать радиоизлучение с длиной волны

меньше 1 см (в так называемом диапазоне 0, 8 см).

Таким образом, по интенсивности фиксируемого спут-

ником излучения можно судить о состоянии погоды над

поверхностью океана, лишенной других средств метео-

рологических наблюдений или освещенной данными не-

достаточно полно.

Такие исследования были осуществлены в 1976 году

совместно советскими и американскими учеными в Тихом

океане в эксперименте САМЭКС, в котором была исполь-

зована микроволновая радиометрическая аппаратура на

борту научно-исследовательского судна «Академик Ко-

ролев» и на ИСЗ советской системы «Метеор» и амери-

канской системы «Нимбус». Получены интересные ре-

зультаты, на основе которых были разработаны новые

методы спутникового зондирования атмосферы и Миро-

вого океана, облегчающие решение ряда важных задач

современной гидрометеорологической науки.

55. Советский метеорологический

спутник (макет)

10. 8. На каких орбитах летают метеорологические

спутники?

Обычная высота орбит современных метеорологических

спутников около 900 км, форма орбит — почти круговая,

орбиты близки по направлению к полярным. Ширина по-

лосы обзора свыше 2000 км (2400 км для телевизионной

и 2600 км для инфракрасной аппаратуры). При одновре-

менном полете двух спутников наблюдения за погодой

над каждым районом земного шара производятся через 6 ч.

Кроме того, метеорологические спутники могут запус-

каться на геостационарные экваториальные орбиты, на

высоте около 36 000 км.

10. 9. Для чего предназначены геостационарные спут-

ники?

Геостационарные спутники предназначены для менее

детального, но постоянного обзора земной поверхности.

Вращаясь вместе с Землей с одной и той же угловой ско-

ростью, они способны обеспечить наблюдение одного и

того же очень большого участка земной поверхности, рав-

ного для каждого такого спутника площади поверхности

целых континентов или океанов.

Это очень удобно для непрерывного слежения за эво-

люцией тропических циклонов и облачных систем в низ-

ких широтах в районах возможного зарождения тропи-

ческих штормов; это также позволяет прослеживать линии

шквалов над океанами и обнаруживать торнадо. С по-

мощью геостационарных спутников можно следить за

перемещением облаков и определять скорость и направ-

ление ветра на высоте облачности. При наличии спект-

ральной аппаратуры на борту геостационарных спутников

можно производить дистанционное зондирование атмо-

сферы в слое между поверхностями 1—30 гПа, то есть

на высотах 25—50 км, в стратосфере. Кроме того, на эти

спутники предполагается возложить сбор данных с на-

земных автоматических станций и морских буев, коли-

чество которых, по проекту ВСП, достигнет со временем

нескольких тысяч.

10. 10. Какой

скоростью передачи информации облада-

ет блок радиоаппаратуры спутника?

Максимальная скорость передачи информации с бор-

та ИСЗ составляет 125 кбит/с (тысяч единиц в секунду).

Такая скорость передачи диктуется колоссальным объемом

информации, собираемой спутниками. За сутки спутни-

ковая система в состоянии выдать около 10

бит инфор-