Астапенко П.Д. Вопросы о погоде

Подождите немного. Документ загружается.

мации. Колоссальная скорость передачи этой информа-

ции требует и соответствующей скорости ее обработки,

достижимой только при полной ее автоматизации и исполь-

зовании самых современных быстродействующих счетных

машин.

10. 11. Какую дополнительную метеорологическую

информацию могут дать искусственные спутники

Земли?

С помощью искусственных спутников Земли можно

получить много дополнительной информации, как над

малонаселенными участками суши, так и над густонасе-

ленными. В частности, ИСЗ весьма оперативно обеспечи-

вают получение данных о границе снежного покрова и всех

ее изменениях, об облачности атмосферных фронтов и

циклонов, дополняя и уточняя данные сети метеороло-

гических станций там, где густота ее недостаточна. Очень

существенна получаемая с ИСЗ информация о дымовых

облаках над промышленными районами и над лесными

массивами, возникающих в результате индустриальных

загрязнений воздуха и лесных пожаров. В ряде случаев

облака загрязнений над промышленными центрами не

фиксируются обычными наземными метеорологическими

наблюдениями, проводимыми в приземном слое атмосфе-

ры, а на снимках со спутников они отчетливо видны,

как видны и их перемещение, особенности структуры и

другие характеристики, позволяющие судить о концент-

рации загрязнений и высоте их распространения.

10. 12. Каким

образом с помощью спутников можно

наблюдать за очагами загрязнения земной атмо-

сферы?

Некоторые виды атмосферных загрязнений можно наб-

людать непосредственно с борта ИСЗ, но более эффектив-

ным является фотографирование земной поверхности в

сочетании с анализом телевизионных изображений мест-

ности. Съемка в различных спектральных интервалах

(0, 4—0, 5, 0, 6—0, 7 и 10, 5 — 12 мкм) и в особенности цвет-

ное фотографирование обеспечивают получение макси-

мума информации не только о самих загрязнениях, но и

об их влиянии на растительный покров. При анализе та-

ких изображений удается различать дымовые облака и

обычные, загрязнения индустриальные и связанные с лес-

ными пожарами, а также вызванные извержениями вул-

канов.

10. 13. Что представляют собой очаги лесных пожаров

на снимках с ИСЗ?

Лесные пожары фиксируются спутниками как шлей-

фы дымовых облаков в форме конусов. В августе 1972 го-

да на снимках можно было видеть шлейфы длиной от

75 до 400 км — это горели леса в Восточной Европе. В от-

дельные дни одновременно фиксировалось до 40 оча-

гов.

56. Дымовое загрязнение атмосферы

в районе Москвы 23 февраля 1976 го-

да по данным 18-го ИСЗ «Метеор»

I — площадь города; 2 — район дым-

ки; 3 — температурный профиль; 4 —

сухая адиабата

57. Выпадение городских загрязне-

ний в Ленинграде 26 марта 1973 года

1 — район городской дымки; 2 —

район выпадения городских загряз-

нений; 3 — граница города

10. 14. Как выглядят из космоса промышленные

загрязнения атмосферы?

Дымовые шлейфы от заводов, морских судов и пятна

дымки промышленных загрязнений могут отчетливо ви-

деть космонавты, но систематическое их изучение возмож-

но только по космическим снимкам, на которых четко

фиксируются все очаги загрязнений вплоть до конденса-

ционных следов, возникающих за пролетающими самоле-

тами. Для изучения антропогенных загрязнений воздуха

требуется специальная съемочная аппаратура, обладаю-

щая высокой разрешающей способностью, то есть фикси-

рующая все детали размером 100 м и более. Так, по изобра-

жениям, полученным с борта орбитальной станции «Са-

лют-4» в июне 1975 года, прослеживались дымовые полосы

от ГРЭС г. Ермак Павлодарской области, имевшие длину

от 30 до 50 км; со спутника «Лэндсат-1» над оз. Онтарио

путем многоспектральной съемки были обнаружены дымо-

вые шлейфы промышленного центра г. Сэдбери, протянув-

шиеся на 70 км. Над крупными городами снимки с ИСЗ

фиксируют облака загрязнений, смещенные относительно

городской территории в направлении воздушных потоков в

нижней тропосфере в момент фотографирования. На рис. 56

показана карта-схема загрязнения над Москвой и верти-

кальный профиль температуры днем 23 февраля 1976 года

по данным 18-го ИСЗ «Метеор», а на рис. 57 — дымовое

загрязнение атмосферы и выпадение городских загрязне-

ний в районе Ленинграда 26 марта 1973 года. Промышлен-

ные загрязнения в районе Ленинграда, как видно на рисун-

ке, распространились двумя полосами к югу и к юго-за-

паду от города; ширина одной полосы 50—60 км, а дру-

гой — 15—20 км, длина каждой из них превышает 60 км.

(Так бывает при неодинаковом направлении ветра на раз-

ных высотах. )

10. 15. Какие ИСЗ наиболее эффективны для изучения

загрязнения атмосферного воздуха?

Это зависит от программы исследований. Так, для

изучения загрязнения в планетарном и региональном

масштабах (так называемых мега- и макромасштабах)

удобны геостационарные спутники, которые как бы непод-

вижно висят над экватором или ближайшими к нему ши-

ротами на очень большой высоте, а также обычные метео-

рологические спутники, летающие на орбитах высотой

900—1200 км и имеющие ТВ-аппаратуру; для детального

исследования локального (мезомасштабного) загрязнения

более подходят специальные ИСЗ изучения природных

ресурсов, оснащенные аппаратурой очень высокой разре-

шающей способности, типа «Лэндсат».

10. 16. Каковы особенности погоды в свободной атмо-

сфере?

Как показали исследования, выполненные с помощью

ракет, спутников и других средств зондирования атмо-

сферы, на высотах, в свободной атмосфере, метеорологи-

ческие условия несколько иные, чем у земной поверхно-

сти. Во-первых, там менее значительны колебания темпе-

ратуры воздуха, поскольку с высотой уменьшается влияние

подстилающей поверхности и всех ее неоднородностей.

Сама температура воздуха в свободной атмосфере ниже,

чем у земли. Во всем нижнем слое атмосферы, называемом

тропосферой, она понижается в среднем примерно на 6 —

7° С на каждый километр высоты. Толщина этого слоя

может колебаться в зависимости от географической ши-

роты места и характера происходящих атмосферных про-

цессов от 7 до 18 км. Выше тропосферы примерно до вы-

соты 51 км находится второй атмосферный слой — страто-

сфера. Между тропосферой и стратосферой несколько сот

метров переходного, или промежуточного слоя, называемо-

го тропопаузой. На тропопаузе температура может быть

от —45 до —80°С, причем с высотой она перестает пони-

жаться и даже наоборот — немного возрастает или оста-

ется неизменной; в стратосфере она также с высотой спер-

ва меняется очень незначительно, а затем начинает повы-

шаться, приближаясь на ее верхней границе к 0° С. Во-вто-

рых, в свободной атмосфере воздушные течения меньше

искажаются рельефом местности и могут достигать боль-

ших скоростей, образуя так называемые струйные тече-

ния. В-третьих, там нет некоторых специфических при-

земных метеорологических явлений, а сама погода резко

делится на два типа — внеоблачную, так сказать в ясном

небе, и в облаках. Есть в свободной атмосфере и свои специ-

фические явления погоды, такие, как турбулентность при

ясном небе (ТЯН), стратосферные потепления, страто-

сферные облака вулканической пыли и другие.

10. 17. Почему в стратосфере температура с высотой

не понижается, а растет?

Температура воздуха в стратосфере определяется про-

цессом лучистого теплообмена. Находящийся в нижней

стратосфере слой озона поглощает некоторую часть сол-

нечного тепла и нагревается, одновременно нагревая воз-

дух. Приток тепла и его отток благодаря лучеиспусканию

сбалансированы, иначе говоря, сохраняется состояние лу-

чистого равновесия. С ним связан и процесс терморегули-

рования количества озона в стратосфере. Если произойдет

чрезмерное нагревание воздуха, то немедленно начнется

распад молекул озона и уменьшение содержания послед-

него, а следовательно, уменьшится и поглощение солнеч-

ного тепла; это автоматически приведет к снижению тем-

пературы до прежнего уровня.

10. 18. Почему

нижняя граница стратосферы не всегда

расположена на одной и той же высоте?

Высота тропопаузы — переходного слоя между тропо-

сферой и стратосферой — изменяется в зависимости от со-

стояния воздуха под ней, то есть в тропосфере. Прибли-

женно можно считать тропосферу слоем интенсивного

перемешивания воздуха, а стратосферу — слоем с устой-

чивым его состоянием. В зависимости от развивающих-

ся над земной поверхностью процессов и степени прогрева

нижних слоев воздуха высота границы неустойчивости и

интенсивного перемешивания может подниматься и опус-

каться. В теплом воздухе и над областями высокого атмо-

сферного давления она выше, а в холодном и над цикло-

нами — ниже. По этой причине тропопауза расположена

ниже над полярными районами и выше над тропическими

областями. Граница между тропосферой и стратосферой

в реальных условиях над средними широтами в зависи-

мости от ситуации может располагаться на уровнях от 8

до 13 км, а температура ее может на 7—8° С отличаться

от стандартных значений (—56, 5°С), при этом она будет

тем ниже, чем выше окажется тропопауза.

10. 19. Как

высоко над земной поверхностью возникают

струйные течения?

Ветер скоростью более 100 км/ч — нижний предел для

струйных течений — бывает обычно в верхней тропосфере,

то есть выше 6 км. Максимальные значения скорости ветра

на высотах чаще всего наблюдаются на 1—1, 5 км ниже тро-

попаузы. Поэтому принято считать, что в тропосфере ось

струйного течения находится в среднем на этом уровне, под

тропопаузой. Однако, как всегда и бывает со средними

цифрами, это не всегда соответствует реально встречаю-

щимся условиям — могут быть ситуации, когда ось струй-

ного течения расположена еще ниже, то есть на 2—3 км

ниже тропопаузы, или же, наоборот, лежит значительно

выше, даже над тропопаузой. Это бывает, когда струйное

течение очень сильное (300—400 км/ч и более) и очень

мощное (5—6 км и более по вертикали). Струйные течения

встречаются и в стратосфере. Здесь их оси обычно распо-

лагаются на высотах 16 — 20 км и выше, где наблюдается

второй максимум скорости ветра. Направление ветра в

тропосфере и направление стратосферных струйных тече-

ний могут совпадать, что чаще случается в холодное время

года, но могут быть и противоположными, что обычно бы-

вает летом.

10. 20. Что такое велопауза?

Зондирование атмосферы различными средствами по-

зволило обнаружить некоторые особенности в распреде-

лении метеорологических величин, в том числе направле-

ния и скорости ветра на высотах. В частности, была заме-

чена устойчивая закономерность убывания скорости ветра

с высотой и изменения направления ветра на противопо-

ложное в стратосфере в теплое время года. Такое обраще-

ние ветра происходит на высоте около 20 км. Фактически

переход ветра с западного направления на восточное, то

есть противоположное, происходит в слое толщиной в не-

сколько сот метров. Слой этот получил название вело-

паузы. Изменение направления ветра связано с формиро-

ванием летом в стратосфере высотного антициклона, при-

ходящего в период полярного дня на смену зимнему холод-

ному околополюсному циклону. Как только на высотах

направление, в котором убывает давление, меняется по

горизонту на противоположное, — таким же образом изме-

няется и направление ветра.

10. 21. Какие облака характерны для больших высот?

В нижней стратосфере присутствует специфическая

облачность, время от времени появляющаяся под инвер-

сионным задерживающим слоем, в котором начинается

увеличение температуры с высотой. Это перламутровые

облака и облака вулканической пыли, или пылевые, полу-

чившие в литературе не совсем удачное и мало оправдан-

ное с точки зрения логики название «литосферные обла-

ка». На верхней границе мезосферы, где температура воз-

духа достигает предельно низких значений, около —90° С,

а в отдельных случаях и того ниже, и с высотой уже пере-

стает понижаться, иногда можно видеть красивые, слабо

светящиеся, синеватого цвета серебристые облака. Страто-

сферные облака наблюдаются преимущественно на высоте

20—30 км, мезосферные — на высоте 80—90 км.

10. 22. Когда и где можно наблюдать перламутровые

и серебристые облака?

Перламутровые облака — явление редкое, его можно

видеть в высоких широтах Земли очень короткое время

сразу после захода солнца. Они радужно светятся на тем-

ном фоне вечернего неба, рассеивая и отражая достигаю-

щие их солнечные лучи. Их свечение объясняется явле-

нием иризации, вызываемым, возможно, преломлением

солнечных лучей в переохлажденных мельчайших капель-

ках воды, из которых, как предполагают, состоят такие

облака. Серебристые облака можно наблюдать ночью в се-

верной части горизонта в поясе между 50 и 75° с. ш. в пе-

риоды, когда солнце неглубоко заходит за горизонт (не

глубже 13°). Свечение этих облаков, по мнению некото-

рых ученых, вызывается фотолюминесценцией ледяных

кристаллов под влиянием ультрафиолетовой радиации

Солнца. По мнению других — свечение объясняется рас-

сеянием солнечного света на мельчайших частицах вул-

канической или космической пыли и ледяных кристал-

ликах.

10. 23. Почему облака вулканической пыли долгое

время сохраняются в стратосфере?

При извержениях вулканов облака пыли выбрасывают-

ся в толщу нижних слоев атмосферы до высоты нескольких

десятков километров. Но в самом нижнем слое — тропо-

сфере — вулканическая пыль долго не задерживается, осе-

дая в течение нескольких суток на земную поверхность.

Этому способствуют интенсивное перемешивание воздуха

в тропосфере, процессы образования облаков и выпадения

осадков, очищающих тропосферный воздух от загрязняю-

щей его пыли. В стратосфере картина иная. Здесь нет

интенсивного перемешивания, стратосфера устойчива, и

попавшие в нее примеси могут годами оставаться там,

переносимые воздушными течениями с места на место в

виде облаков вулканической пыли. После каждого очень

сильного извержения вулкана количество таких облаков в

стратосфере увеличивается; на протяжении нескольких

лет после этого приборы на земле отмечают уменьшение

поступления солнечного тепла из-за уменьшения прозрач-

ности воздуха в его верхних слоях. Влияние облаков вул-

канической пыли на погоду замечено давно, с ними связы-

вают похолодания на Земле, особенно ощутимые в летние

сезоны. Помимо этого, такие облака представляют серьез-

ную помеху для стратосферных сверхзвуковых самолетов:

твердые частицы вулканической пыли могут повредить

обшивку.

10. 24. С какими еще явлениями могут встретиться

люди в верхних слоях атмосферы?

Теоретически в верхних слоях атмосферы возникает

некоторая опасность встречи с метеорными частицами —

пришельцами из космоса, обычно сгорающими в нижних,

более плотных, слоях атмосферы. Однако вероятность та-

кой встречи для космического корабля ничтожно мала.

На высоте полета современных сверхзвуковых самоле-

тов — около 20 км — время от времени могут наблюдаться

случаи повышения уровня радиации, связанные со вспыш-

ками солнечной активности. Возникающие при таких

вспышках «протонные ливни» — потоки целого комплекса

губительных космических частиц — гамма-лучей, альфа-

частиц, электронов и нейтронов — способны создать угрозу

здоровью экипажей и пассажиров стратосферных само-

летов. Сильные вспышки, вызывающие разовое облучение

выше допустимого международными стандартами, бывают

редко — в среднем один раз в год, а умеренные, вызываю-

щие неопасное, допустимое разовое облучение, случаются

в два раза чаще.

10. 25. Влияют ли на погоду на Земле полеты

спутников, ракет, сверхзвуковых самолетов и других

летательных аппаратов?

Полеты любых типов летательных аппаратов никакого

влияния на погоду не оказывают, за исключением тех слу-

чаев, когда они производятся преднамеренно, с целью

искусственного воздействия на облака, туманы, ледники

или снежный покров, то есть когда с их помощью произ-

водится засев химических реагентов, рассеивающих облач-

ность и туманы или вызывающих выпадение дождя, пред-

отвращающих выпадение града или способствующих быст-

рому таянию снега и льда.

ПРЕДСКАЗАНИЕ ПОГОДЫ

Предсказание погоды, с на-

учной точки зрения, — одна из сложнейших физических

задач. Для ее решения существует несколько методов, но

в полном объеме, для всех метеорологических величин и

явлений, характеризующих состояние погоды, практичес-

ки ни один метод не обеспечивает пока точного решения.

Погоду можно предсказывать по местным признакам,

синоптическим методом — на основе анализа синопти-

ческих карт погоды — и численными методами — путем

предвычисления с использованием ЭВМ. Существуют

еще и физико-статистические методы, отличительной осо-

бенностью которых является составление прогнозов по-

годы в так называемой вероятной форме. У каждого из

перечисленных методов есть свои достоинства и недос-

татки, своя специфика использования и свои возмож-

ности применения на практике для удовлетворения нужд

потребителей прогностической информации.

В настоящее время составляются прогнозы как об-

щего пользования, рассчитанные на всех и распростра-

няемые средствами массовой информации, так и специ-

альные — предназначенные для удовлетворения запросов

отдельных отраслей народного хозяйства, учитывающие

специфику деятельности людей тех или иных профессий

(строителей, моряков, авиаторов, земледельцев, живот-

новодов и т. д. ); они помещаются в специальных метео-

рологических бюллетенях или передаются по ведомствен-

ным каналам связи.

Прогнозы общего пользования содержат минимум ко-

личественной информации об ожидаемом состоянии всего