Как изучают атмосферу

Физические явления и процессы, непрерывно совершающиеся в атмосфере, не обособлены друг от друга. Они всегда взаимосвязаны, а их сочетание очень сложно и бесконечно меняется. Сочетание всех атмосферных явлений в данном месте в определенный момент или короткий промежуток времени характеризует состояние воздуха, т. е. погоду. Совокупность и последовательная смена всех возможных в данной местности условий погоды за много лет называется климатом. Можно говорить о климате материка, его какой-то части, зоны, о климате района, даже отдельного города. Погода и климат воздействуют на органическую жизнь и на деятельность людей.

Было время, когда человек очень сильно зависел от капризов погоды. Горячие ветры, засухи, не в меру обильные дожди уничтожали посевы и пастбища. Сильные бури часто топили корабли и разрушали дорогостоящие сооружения. И все это происходило потому, что человек не знал причин, вызывающих эти грозные явления природы, и не мог заблаговременно их предвидеть.

Постепенно человеческий ум все глубже проникал в тайны атмосферных явлений и процессов. Современная наука об атмосфере — метеорология — решает важные научные и практические задачи. Всесторонне изучая строение и свойства атмосферы, а также происходящие в ней физические явления и процессы, метеорологи разрабатывают и совершенствуют методы прогноза (предсказания) погоды. Они ищут способы борьбы с неблагоприятными атмосферными явлениями, разрабатывают методы изменения погоды и климата в необходимом для человека направлении. Это уменьшает зависимость людей от погоды и климата.

Исследуя атмосферу, метеорологи исходят из общих законов физики, особо учитывая при этом географические условия, в которых протекают атмосферные процессы. Но в отличие от физики, для которой одним из основных методов исследования является эксперимент, т. е. искусственное воспроизведение явлений в лабораториях, метеорология раскрывает закономерности изучаемых ею явлений и процессов на основе данных наблюдений в естественных условиях. И хотя в последнее время в некоторых метеорологических работах все большее значение приобретает эксперимент, ведущая роль в науке об атмосфере по-прежнему принадлежит натурным наблюдениям.

Свою основную задачу — всестороннее изучение свойств атмосферы с целью прогноза погоды и искусственного воздействия на атмосферные процессы — метеорологи решают, главным образом анализируя и обобщая наблюдения над метеорологическими элементами и характером их изменений в пространстве и времени.

К метеорологическим элементам относятся: солнечная радиация, температура воздуха и почвы, влажность воздуха, атмосферное давление, ветер, облачность, осадки, снежный покров, видимость, метели, туманы, грозы и т. д.

Метеорологические наблюдения проводятся либо на поверхности Земли и в непосредственной близости к ней, либо на некоторой, иногда довольно значительной высоте. Поэтому принято различать наземные и аэрологические наблюдения.

В настоящее время для изучения высоких слоев атмосферы широко применяются радиозонды. Они поднимаются в атмосферу на небольших резиновых или полиэтиленовых воздушных шарах. Радиозонд снабжен маленьким радиопередатчиком, который передает показания прибора на Землю. Принимая сигналы радиозонда, метеорологи определяют давление, температуру и влажность воздуха на различных высотах. За полетом радиозонда метеорологи непрерывно следят с помощью радиолокатора, измеряя при этом направление и скорость ветра на высотах. Ученые установили, что очень короткие радиоволны отражаются не только от металлических предметов, но и от других объектов, например от облаков. Это позволило использовать радиолокационный метод для наблюдений за грозами, зонами осадков и т. д.

При помощи радиозондов изучают атмосферу до высоты 35—40 км. Более высокие слои, до 80— 100 км, исследуются с помощью специальных метеорологических ракет. В головной части метеорологической ракеты помещены приборы для измерения температуры, давления и плотности воздуха. На заданной высоте головная часть ракеты отделяется от ее корпуса и спускается на парашюте. Показания приборов передаются на наземные приемные пункты с помощью особых радиосигналов.

Выдающимся достижением современной науки явились запуски искусственных спутников Земли. С их помощью изучаются верхние слои атмосферы и космическое пространство. В широком комплексе исследований, которые проводятся при помощи спутников, важное место занимают наблюдения за давлением, плотностью и составом воздуха в верхних слоях атмосферы, за лучистой энергией Солнца и т. д.

Метеорологические спутники оборудованы телевизионной, инфракрасной и актинометрической аппаратурой, которая передает на Землю изображения облаков, сведения о приходе и расходе тепла на нашей планете и т. д. Чтобы получить более полную информацию о метеорологических условиях на всей планете сразу, создаются системы из нескольких метеорологических спутников, работающих одновременно.

Изучение верхних слоев атмосферы — одна из наиболее важных проблем метеорологии. Однако первостепенное значение имеет исследование нижнего слоя воздуха, в котором живет и работает человек. Физические явления и процессы, происходящие в слое атмосферы, прилегающем к земной поверхности, изучаются главным образом по данным наблюдений метеорологических станций во многих пунктах земного шара. Сеть таких станций раскинулась и по всей нашей стране. Высоко в горах и в таежных дебрях, среди полей и зыбучих песков, на берегах рек, озер, морей и водохранилищ советские метеорологи ведут наблюдения за многочисленными сложными и порой грозными явлениями природы. Эти наблюдения не прекращаются ни днем, ни ночью, ни в летний зной, ни в зимнюю стужу. Даже на дрейфующих льдах Арктики и среди вечных снегов Антарктиды несут непрерывную вахту разведчики погоды. В своей работе они пользуются не только обычными метеорологическими приборами — термометрами, барометрами, анемометрами, различными самописцами и т. д., но и специальными радиолокаторами, самолетами, морскими кораблями.

Наблюдения на метеорологических станциях СССР проводятся одновременно восемь раз в сутки,' в 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 и 24 ч по московскому времени. Результаты наблюдений сразу же передаются по телеграфу или по радио в метеорологические центры, где используются для прогноза погоды. Кроме обычных метеорологических станций, в труднодоступных районах — в горах, пустынях, на островах и т. п. — устанавливаются радиометеорологические станции, которые без участия человека фиксируют значения некоторых метеорологических элементов и в определенные часы автоматически передают их по радио. В недалеком будущем автоматические станции начнут работать не только в труднодоступных, но и в обжитых районах страны. Огромная метеорологическая информация с наземных и аэрологических станций, с кораблей и самолетов, ракет и искусственных спутников Земли обрабатывается с помощью вычислительных машин и используется как в научных, так и в прикладных целях.

Все работы, о которых мы здесь говорили, в нашей стране проводятся Гидрометеорологической службой СССР. Эта организация обеспечивает народное хозяйство и нужды обороны страны гидрометеорологической информацией и прогнозами, а также предупреждает об опасных природных явлениях на суше и морях.