big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Атмосфера Земли. Введение

Возможность жизни на любой планете зависит прежде всего от того, есть ли там атмосфера, т. е. воздушная оболочка. Только благодаря наличию атмосферы возникла и могла развиться жизнь на Земле. Это она словно куполом прикрыла Землю, с ее растительным и животным миром, защищая от пагубного действия ультрафиолетовой и космической радиации, щедро посылаемых Солнцем и Вселенной, а также от всевозможных заряженных частиц, излучаемых космическим пространством. Пропуская лучи Солнца, атмосфера задерживает часть радиации, отражаемой земной поверхностью, а также излучаемой последней, как всяким нагретым телом. Это предохраняет Землю от охлаждения и резких колебаний температуры в течение суток.

Без атмосферы наша планета была бы такой же мертвой, как и ее спутница Луна. Освещенная Солнцем поверхность Земли раскалялась бы до губительного зноя, в то время как на затемненной ее части господствовал бы леденящий холод. Вместо великолепной гаммы красок неба, рождаемой солнечным светом, проходящим через атмосферу, Землю окутывал бы бездонный мрак. На черном фоне такого, неба Солнце и звезды сверкали бы одновременно немигающим светом. Солнце выглядело бы необычайно ярким шаром с резко очерченными краями, из которых вздымаются огненные языки протуберанцев.

Не было бы утренних зорь и вечерних закатов, радуги и полярных сияний, как и других многочисленных световых явлений. Великое множество их создается лучами Солнца, которые проходят через различные по плотности слои атмосферы и многократно преломляются в плавающих в ней кристаллах льда и водяных капель. Это из них состоят разнообразные по форме облака, вечно меняющиеся, от тонких нежно-белых до мощных мрачных громад, из которых выпадают обильные осадки в виде дождя, снега, крупы и града.

Неравномерное прогревание земной поверхности приводит к возникновению движения воздуха, развитию вихрей большого и малого масштабов, а также сложных атмосферных процессов, определяющих изменения погоды в различных районах Земли.

Погода и климат оказывают непосредственное влияние на жизнь и деятельность человека. Неисчислимы бедствия, наносимые разбушевавшейся стихией. Снежные заносы, метели, ураганные ветры, ливни, грозы, градобития, засухи, суховеи, пыльные бури и много других опасных явлений погоды порой надолго выводят из строя большие хозяйственные объекты, нарушают установившийся порядок и ритм жизни целых городов и сел.

Поэтому понятен тот возрастающий интерес и внимание, которое уделяется изучению и познанию причин, определяющих развитие различных атмосферных процессов, и особенно опасных явлений погоды. При этом человек стремится не только познать, но и научиться правильно предвидеть ожидаемый характер погоды в течение различных промежутков времени и с различной заблаговременностью.

Изучение и правильное объяснение развивающихся в атмосфере процессов потребовало длительных и напряженных усилий человечества. Прошло много времени с тех пор, как люди, избавившись от суеверного страха, перестали видеть в грозных явлениях погоды проявление могущества сверхъестественных сил и начали пытливо следить за ее изменениями. Постепенно овладевая тайнами природы и выявляя зависимости между различными явлениями погоды, они стремились определить причины, порождающие эти явления, и установить связь их с физическими законами, т. е. создать науку об атмосфере и процессах, в ней происходящих. Эта наука получила название метеорология или физика атмосферы.

Метеорология имеет более чем двухтысячелетнюю историю. Первую книгу по метеорологии написал великий древнегреческий философ Аристотель (384—322 гг. до н. э.). Однако, несмотря на то что метеорология возникла в глубокой древности, свое развитие она получила лишь в последние два-три столетия. Этому способствовало изобретение ряда приборов для измерения давления, температуры и других элементов, характеризующих состояние атмосферы, а главное — создание и развитие сети метеорологических станций, число которых в наши дни превысило 10 000. При этом только на территории Советского Союза действует более 4000 станций, производящих регулярные наблюдения за состоянием атмосферы и водной среды. Кроме того, имеется еще около 6000 постов, дающих сведения о состоянии отдельных явлений погоды.

Развитие метеорологии, ставшей в своей основе уже физико-математической наукой, происходило сравнительно медленно. Очень сложен комплекс взаимосвязанных, вечно изменяющихся параметров погоды и климата. Атмосфера, окутывая Землю, несущуюся в мировом пространстве, сама находится в постоянном движении. Изучая совокупность всех систем движений атмосферы, управляемых энергией Солнца, метеорологи стремятся установить взаимосвязи между причиной и следствием и выяснить закономерность и обеспеченность найденных связей.

Методы исследования в метеорологии различны. Применяя статистические методы исследования, климатологи получают многие характеристики режима атмосферы, относящиеся к тому или иному географическому району, и таким образом определяют влияние погодных условий на человека и его хозяйственную деятельность. При этом для объяснения полученных характеристик опираются на физические законы атмосферных процессов. Статистические методы широко используются и при разработке методов прогноза погоды с большой заблаговременностью (см. ниже).

В метеорологии применяется и метод изучения индивидуальных процессов, т. е. отдельных атмосферных процессов и явлений, с помощью многочисленных данных наземных и аэрологических наблюдений. При этом если лет 10—20 назад при исследованиях атмосферных процессов преобладали качественно-физические методы, то в последнее десятилетие все больше применялись элементы расчета с целью получения количественных показателей развития атмосферных процессов и явлений погоды.

Полученные знания и установленные законы используются как для предсказания погоды, так и для искусственного воздействия на атмосферные процессы в целях улучшения погоды. Однако до настоящего времени метеорология еще не добилась полного успеха в решении этих главных задач. Применяемые системы уравнений, которые решаются на быстродействующих электронных вычислительных машинах (ЭВМ), являются лишь приближенными. Объясняется это тем, что при решении уравнений невозможно учесть все непрерывно изменяющиеся мелкие факторы: большие и малые облачные системы, изменение ветра, состояние отдельных участков подстилающей поверхности и многое другое. От ученых требуется большая изобретательность, широта восприятия, чтобы, анализируя сложный комплекс различных явлений погоды, найти в них связь с известными законами физики (термодинамики, гидродинамики и др.). Широкие исследования атмосферы и процессов, в ней развивающихся, основываются на данных различных видов наблюдений, ведущихся не только в обжитых районах, но и в тайге, пустынях и горах. Арктические и антарктические экспедиции, организуемые Советским Союзом и. другими странами, уже в течение ряда лет изучают метеорологические и гидрологические процессы на огромных территориях Арктики и Антарктики.

Появились новые средства наблюдений на высотах: радиозонды, радиопилоты, радиолокаторы, метеорологические ракеты, метеорологические искусственные спутники Земли.

Сведения, полученные с их помощью об атмосфере и процессах, в ней развивающихся, уже привели к необходимости пересмотра ряда утвердившихся теоретических положений о стратосфере и вышележащих сферах, об общей циркуляции атмосферы и ее звеньях.

Однако в метеорологии осталось еще много нерешенных проблем, без которых нельзя усовершенствовать существующие и разработать новые, белее точные методы прогноза погоды, как и найти пути искусственного воздействия на атмосферные процессы, с целью искоренения вредных явлений погоды.

Из современных наук наиболее высокой степени точности прогноза (в частности, движения небесных тел) достигла астрономия. Прогнозирование погоды — задача более сложная, чем вычисление движения планет. Будущая погода зависит от большого числа факторов, обладающих значительной изменчивостью во времени и пространстве. Воздух, «несущий» ту или иную погоду, при движении взаимодействуя с поверхностью земли и воды (подстилающей поверхностью), непрерывно изменяет свои свойства. Это происходит вследствие неравномерного прогревания или охлаждения и изменения вертикального градиента температуры (т. е. величины изменения ее с высотой на единицу расстояния), увеличения или уменьшения влагосодержания, изменения притока солнечной энергии из-за облакообразования и других причин.

Современная метеорология еще не справилась со многими трудностями, стоящими на пути разработок точных методов прогноза погоды. Создание электронных вычислительных быстродействующих машин с большой памятью способствует внедрению в метеорологию численных методов прогноза погоды. И это может привести к успехам, аналогичным тем, которых достигла астрономия. Но для этого придется преодолеть еще большие трудности. Ведь в метеорологии приходится иметь дело с процессами, описываемыми методами механики сплошной материальной среды.

Из-за сложности точного решения уравнений, выражающих развитие атмосферных процессов, нередко метеорологи довольствуются приближенным решением этих уравнений или ограничиваются частными задачами. Там, где гидродинамическая теория оказывается пока бессильной, приходится прибегать еще к качественно-физическим методам. Поэтому при составлении прогнозов погоды синоптик опирается на знание физики атмосферных процессов и опыт работы в конкретных физико-географических условиях.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.