Астапенко П.Д. Вопросы о погоде

Подождите немного. Документ загружается.

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

2. Барограф — самописец атмосфер-

ного давления

в сосуд, частично заполненный ртутью. Когда давление

воздуха повышается, столбик ртути в трубке растет, и на-

оборот. 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 давле-

ния 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 давле-

ния: 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 ртут-

ного столба.

3. Барометр-анероид

Там, где относительно громоздкие ртутные барометры

неудобны, применяют барометры-анероиды (рис. 3). Ос-

новной частью анероида является упругая мембранная ме-

таллическая коробка, из которой выкачан воздух. Деформа-

ция стенок коробки, вызываемая изменением давления,

системой рычагов передается на шкалу, градуированную

по эталону — ртутному барометру — в соответствующих

единицах атмосферного давления. Точность измерения дав-

ления барометрами-анероидами несколько меньшая, чем

ртутными барометрами, но для ряда практических целей

она достаточна.

1. 9. Существует ли прямая связь между изменениями

давления и изменениями погоды?

Поскольку в областях высокого атмосферного давле-

ния — антициклонах — погода чаще всего бывает лучше,

чем в областях низкого давления — циклонах, то в принци-

пе рост атмосферного давления (о котором свидетельствует

увеличение высоты столбика ртути в барометре) с некото-

рой вероятностью может служить признаком улучшения

погоды, а понижение давления (уменьшение высоты стол-

бика ртути) — предвестником ее ухудшения. Таким обра-

зом, 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 макси-

мально возможного (полное насыщение) до нуля (абсо-

лютно сухой воздух). Относительная влажность и харак-

теризует степень насыщения воздуха водяным паром.

Она представляет собой отношение фактически имею-

щегося в воздухе количества водяного пара к максималь-

но возможному его количеству при данной температуре.

Выражается относительная влажность в процентах, на-

пример: 100% — полное насыщение, 50% — насыщение

наполовину и т. д. Относительная влажность, таким обра-

зом, не характеризует абсолютное содержание в воздухе

водяного пара, которое в зависимости от температуры воз-

духа может быть значительным и при небольшой относи-

тельной влажности (например, в жару) и очень малым —

при высокой относительной влажности (например, в силь-

ные 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 характе-

ристик состояния атмосферы на разных высотах —

атмосферного давления, температуры, плотности воздуха,

вязкости, теплопроводности и других, — неизменные неза-

висимо 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 аркти-

ческая 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 официаль-

ные данные для высот от 2000 до 1 200 000 м.

1. 12. Для

чего нужна стандартная атмосфера?

Стандартная атмосфера предназначена для использо-

вания при расчетах и проектировании самолетов, вертоле-

тов, двигателей и оборудования, а также при решении

других научно-технических задач.

Исходя из СА можно сопоставлять результаты инстру-

ментальных измерений, произведенных в атмосферном

воздухе в разное время, можно объективно оценить ка-

чества различных летательных аппаратов, например

их способность развивать максимальную скорость или

подниматься на предельно достижимую высоту. Для

этого надо данные, полученные любым летательным аппа-

ратом в любое время, привести к стандартным усло-

виям 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 ρ = 1, 225 кг/м

;

ускорение свободного падения g = 9, 8066 м/с

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 прогно-

зами будущей погоды.

Позже в разных странах наряду с календарями самого

различного назначения (астрономическими, религиозны-

ми, 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 утверж-

дал, что в явлениях погоды существует девятнадцатилет-

ний 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 ин-

тенсивность муссонных дождей). Расцвет увлечения ка-

лендарями погоды приходится на средние века. В сочине-

ниях 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», опубликован-

ных членом Лондонского королевского общества Клэрид-

жем 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 доре-

волюционной России, а в ряде стран они продолжали

печататься в настенных календарях и некоторых газетах

вплоть до середины нынешнего века. По своей сути сведе-

ния, которые можно почерпнуть из этого календаря,

лженаучны, как лженаучны творения и других авторов

календарей погоды; большинство их — плод добросовест-

ных 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 атмо-

сфера, взаимодействующая с поверхностью океанов и кон-

тинентов, которую принято называть подстилающей по-

верхностью. Указать какое-либо особое место, где зарож-

даются 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» поме-

щали то в Арктику, то в Антарктику, то в верхние слои

атмосферы, чувствительные к изменениям солнечной ак-

тивности, 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 явля-

ется 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 бесперспек-

тивно, как конструировать вечный двигатель или искать

философский камень.

1. 16. Почему продукты портятся быстрее в теплую

погоду?

Порча продуктов связана с активизацией жизнедея-

тельности бактерий, сопровождающейся химической реак-

цией окисления. В конечном счете указанные процессы

достигают некоторого уровня, который мы характеризуем

как гниение. Известно, что скорость большинства хими-

ческих реакций и биологических процессов приблизитель-

но 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 сменя-

ется холодным (или наоборот) и погода особенно неустой-

чива. 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 пересече-

нием 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 явле-

ний природы.

1. 18. Существует

ли связь между полярными сияниями

и погодой?

Полярные сияния возникают при свечении разрежен-

ных газов в верхних слоях атмосферы — ионосфере. Све-

чение газов вызывается электрически заряженными части-

цами, испускаемыми время от времени Солнцем в периоды

повышенной солнечной активности. Поток этих частиц

(корпускулярное излучение Солнца), отклоняясь под дей-

ствием 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 сопровожда-

ется 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 поверх-

ностью, где наблюдаются полярные сияния, возможны

колебания температуры, связанные с корпускулярным

излучением.

1. 19. Могут ли изменения погоды вызвать землетря-

сение?

Развитие атмосферных процессов никак не связано

с состоянием земной коры и, таким образом, непосредствен-

ной причиной колебаний отдельных участков земной по-

верхности быть не может. Однако в зонах сейсмической

активности возможны ситуации, когда быстрая смена

барических систем и вызванное ею резкое изменение ат-

мосферного 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 поверх-

ности, 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 шах-

тах в США показало, что нередко взрывы происходят

примерно через сутки после прохождения над этой мест-

ностью глубоких циклонов, то есть вслед за резким па-

дением 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 накаплива-

ются в шахте и, смешиваясь с воздухом, становятся взры-

воопасны. Предотвратить взрывы могла бы более совер-

шенная система вентиляции, работающая «с запасом», то

есть в расчете на аномально большое выделение газов при

интенсивном изменении атмосферного давления на по-

верхности.

1. 21. Что подразумевается под «сезоном» в метеоро-

логии и других науках?

Астрономические сезоны имеют по три месяца и разгра-

ничиваются сроками равноденствий и солнцестояний:

в северном полушарии зима наступает после зимнего

солнцестояния, 21 декабря, весна — после весеннего равно-

денствия, 21 марта, лето — после летнего солнцестояния,

21 июня, и осень — после осеннего равноденствия,

22 сентября.

Метеорологические и климатологические сезоны выде-

ляются 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 обще-

известных четырех основных сезонов иногда выделяют

и дополнительные переходные сезоны, например, пред-

зимье 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 расте-

ний и т. д.

В отличие от астрономических, все остальные сезоны

имеют различную продолжительность, и даты их наступле-

ния 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 устой-

чивыми морозами — в среднем начинается 7 декабря и за-

канчивается 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 снеж-

ным покровом, то в Ленинграде она заканчивается 31 мар-

та, 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 выдержи-

вания 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 сезон-

ными, но и годовыми, и следовательно, аномально теплыми

или аномально холодными могут оказаться оба сезона —

и зима, и лето; возможно также, что после одного аномаль-

но 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 прогно-

зы проблемой века?

Нашему XX веку присваивалось множество эпитетов,

и множество различных событий — знаменательных,

сенсационных, значительных и лишь кажущихся таки-

ми... — пытались украсить именем века. Вспомним много-

численные открытия века, болезни века, матчи века, убий-

ства 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 тысяче-

летиями 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 древ-

ности человек зависел от погоды не меньше, а, пожалуй,

больше, чем сейчас. Первобытный собиратель корней рас-

тений, охотник, кочевник-скотовод, земледелец — все они

нуждались в предвидении погоды. А верных примет пого-

ды, доступных человеку, в природе не так уж много,

особенно примет, предупреждающих с большой заблаго-

временностью 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 состоя-

нием неба, но дальше этого они не пошли.

Ученые, начиная с Аристотеля, занимались этой проб-

лемой 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 следу-

ющем столетии. Вопрос о том, проблемой какого века мож-

но 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 пользова-

ния в среднем составляет около 90%. Наука не в состоя-

нии пока обеспечить абсолютную оправдываемость прогно-

зов. Это объясняется, в частности, неполнотой исходной

информации о фактической погоде: ведь для прогнозов

нужны сведения о погоде на большой территории, а раз-

ветвленная сеть метеорологических станций имеется да-

леко не везде (в океанах, например, или в горных областях

она очень редка). Кроме того, прогнозируемые условия

очень трудно детализировать, так как погода бывает раз-

ной даже в пределах одного города (в одном его районе

выпал дождь, а в другом его не было, например). Отме-

тим и то, что прогноз погоды общего пользования зави-

сит не только от точности математических расчетов, но

и от субъективных факторов — опыта и квалификации

синоптиков, их умения интерпретировать данные расче-

тов, выполненных на ЭВМ (пока ЭВМ рассчитывает бу-

дущее значение только трех элементов — давления, темпе-

ратуры и ветра, и не для приземного слоя воздуха, а для

вышележащих уровней). Люди же, как известно, могут

иногда ошибаться.