вины года примерно на 3 дня (186 дней), соответственно, астроно­ мические времена года не равны друг другу. В частности, лето в северном полушарии включает 93,6 суток, а зима - только 89,0 су­ ток. Причина в следующем. Перигелий Земля проходит зимой (се­ верного полушария), поэтому за лето ей приходится проделать больший путь при меньшей, чем зимой, скорости.

Здесь же затронем вопрос о первых календарях. Вероятно, первые предшественники современного календаря появились уже 30 тысяч лет назад: об этом свидетельствуют обломки костей с за­ рубками. Позднее древние египтяне заметили, что ярчайшая из не­ подвижных звезд - Сириус, после того, как скроется за Солнцем, вновь появляется на утреннем небе и это повторяется через 365 дней. Появление Сириуса довольно точно совпадало по времени с ежегодным разливом Нила. 18 июля Сириус после длительного перерыва невидимости вновь появляется на восточном небосклоне незадолго до восхода Солнца.

Литература

Перельман Я.И. Занимательная физика. В двух книгах. Д.: ВАЛ, 1994.494 с.

Перельман Я.И. Занимательная астрономия. Е.: Тезис, 1994. 208 с. Михайлов А.А. Земля и ее вращение. М.: Наука. Гл. редакция фи­ зико-математической литературы, 1984. 80 с. (Библиотечка «Квант». Вып. 35).

2. Атмосфера

Атмосфера - воздушная оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести. Атмосферный воздух - механическая смесь газов со взвешенными каплями воды, пыли, кристаллами льда и пр. Ат­ мосфера без редкой границы постепенно переходит в межпланет­ ное пространство. Температура с поднятием вверх может изме­

15

няться по-разному, это обстоятельство послужило основанием для

выделения основных слоев в атмосфере.

Тропосфера - нижняя, основная часть атмосферы, наиболее подверженная воздействию земной поверхности. Характеризуется понижением температуры с высотой в среднем на 0,6 градусов на каждые 100 метров (т.н. влажно-адиабатический градиент, очень важное для метеорологии понятие). Распространяется вверх до вы­ сот 8 —10 км в полярных широтах, до 10 —12 км в умеренных и до 16 —18 км в тропических. В тропосфере содержится около 80% всего атмосферного воздуха и почти весь водяной пар. Над тропо­ сферой расположен переходный слой - тропопауза', толщина ее от нескольких сотен метров до 2 - 3 км. Выше, до высот 45 - 55 км, находится стратосфера. В умеренных и полярных широтах тем­ пература мало изменяется с высотой (примерно до 25 км), но дальше начинает расти. Над экватором и тропиками температура растет по всей стратосфере. Температуры вблизи тропопаузы из­ меняются от -40 до -80 градусов, на верхней границе она близка к 0. Газовый состав воздуха сходен с тропосферным, но в страто­ сфере содержится меньше водяных паров и больше озона, причем наибольшая его концентрация - на высотах 25 —35 км. Мезосфера - средний слой атмосферы, лежащий над стратосферой на высотах от 50 до 80 - 85 км. Характеризуется понижением средней темпе­ ратуры с высотой (примерно от 0 до -90 градусов). Выше, до вы­ сот 300 - 800 км, находится термосфера. В ней происходит рост температуры до 1500 градусов, связанный главным образом с по­ глощением солнечной коротковолновой радиации. Еще выше на­ ходится внешний, наиболее разреженный слой атмосферы —экзо­ сфера. В ней температура не изменяется. Четко выраженной верх­ ней границы нет. В термосфере и экзосфере физический смысл температуры отличается от обычного для нашего понимания: раз­ реженность воздуха приводит к такому же эффекту, который мы наблюдаем в обычной лампе накаливания.

Солнечная радиация —электромагнитное и корпускулярное излучения Солнца. Электромагнитная радиация (лучистая энергия)

16

распространяется со скоростью 300000 км/с. До земной поверхно­ сти доходит в виде прямой и рассеянной радиации. Корпускуляр­ ная радиация состоит в основном из протонов, она практически полностью улавливается магнитосферой Земли: областью около­ земного пространства Земли, свойства которой определяются маг­ нитным полем планеты. Оно появилось на Земле 3,5 млрд, лет на­ зад, именно тогда и зародилась жизнь на планете и это не является просто совпадением. Палеомагнитные исследования показали, что в истории Земли отмечались инверсии магнитного поля планеты. Инверсия длится примерно 5 тысяч лет и в это время магнитное поле около 0. В настоящее время известны научные факты ослаб­ ления магнитного поля Земли, появились прогнозы последствий этого явления, причем часто в СМИ они подаются явно тенденци­ озно.

Нагревание атмосферного воздуха. Солнечные лучи, проходя через атмосферу, нагревают ее незначительно. Основным источ­ ником тепла для атмосферного воздуха является подстилающая поверхность, т.е. поверхность Земли (почвы, растительность, снег и Т.Д.).

Распределение тепла по поверхности Земли связано с шаро­ образностью планеты, с переносами тепла и холода в океанах и тропосфере, с различиями в нагревании и охлаждении океанов и континентов, со строением поверхности суши и ее абсолютными высотами, с различной увлажненностью территорий. Распределе­ ние температур представляет сложную картину, что видно из ана­ лиза карт изотерм.

Самый мощный из перечисленных факторов - форма Земли: на шарообразную поверхность солнечные лучи падают под разны­ ми углами и, соответственно, по-разному нагревают ее. Поэтому основная закономерность в распределении температуры воздуха во все сезоны выражается в зональности: температура повышается от полюса к экватору, направление изотерм близко к направлению параллелей.

17

Основной глобальной причиной нарушения нормального зо­ нального распределения температуры является чередование океа­ нов и суши с большими различиями их сезонного теплооборота. Вода благодаря прозрачности поглощает солнечные лучи не толь­ ко поверхностью, но и значительной толщей, обладает большой турбулентной теплопроводностью, т.е. способностью передавать тепло от слоя к слою путем перемешивания, и почти в два раза большей теплоемкостью, чем сухой грунт. Это обусловливает большую тепловую инерцию океанов: их медленное нагревание и медленное охлаждение, меньшую амплитуду сезонных колебаний температуры, чем на суше. Зимой поверхности океанов теплее по­ верхности суши, летом - наоборот. Хотя океаны основную энер­ гию радиационного баланса (который больше, чем на суше) затра­ чивают на испарение, в толще их верхних слоев накапливается много тепла сезонного теплооборота. Сезонный теплооборот суши в 10 раз меньше. Вследствие большей тепловой инерции и боль­ шего теплооборота океанов по сравнению с сушей между ними возникают различия в температурах.

Другие факторы: теплые и холодные течения, выходы на по­ верхность океанов глубинных вод (апвеллинг)1, различная увлаж­ ненность суши, ее аридность (степень недостаточного увлажне­ ния)12, абсолютные высоты и рельеф - обусловливают аномалии, охватывающие относительно ограниченные в глобальном масшта­ бе пространства.

Распределение атмосферного давления по поверхности Зем­ ли зависит от распределения тепла, высоты места над уровнем моря, характера подстилающей поверхности и динамических при­

1С географической точки зрения в глобальном плане наиболее важен прибреж­ ный апвеллинг, который возникает в тропических поясах у западных побережий материков в результате сгона поверхностных вод пассатами (у берегов США, Перу, Марокко, Намибии и Австралии).

2 В литературе чаще используется понятие «аридный климат», т.е. сухой кли­ мат, характеризующийся недостаточным атмосферным увлажнением и высоки­ ми температурами воздуха.

18

чин. Поскольку основной фактор: распределение тепла - зонален, то и распределение давления подчиняется этому же закону. Плане­ тарная схема распределения давления такова: в экваториальных широтах - пониженное давление, по обе стороны от них на широ­ тах 30 - 40 градусов (тропики и субтропики) - пояса повышенного давления, далее на 60 - 70 градусах северной и южной широты (полярные окраины умеренных широт, субарктические и субан­ тарктические широты) - вновь пониженное давление, и, наконец, самые высокие широты (арктические и антарктические) - повы­ шенное давление. Если условно обозначить пониженное давление

«-», а повышенное «+», то схема распределения давления, начиная

сэкватора, будет иметь такой вид: «-» «+» «-» «+». Понимание данной схемы - необходимое условие дальнейшего изучения фи­ зической географии.

Анализ карт июльских и январских изобар показывает, что реальная картина распределения давления намного сложнее. Эква­ ториальная депрессия сохраняется весь год, при этом ось депрес­ сии вслед за зенитальным положением Солнца смещается или в северное (в июле) или (в январе) в южное полушарие. Арктиче­ ский и антарктический максимумы выражены также весь год, при­ чем последний - более резко. Барические максимумы тропиков и субтропиков в течение всего года выражены только над океанами: Северо-Атлантический, Северо-Тихоокеанский, ЮжноАтлантический, Южно-Тихоокеанский и ЮжноИндийский. Ле­ том же в этих широтах над сильно нагретыми материками давле­ ние пониженное. Сплошной субантарктический минимум выражен весь год, а его аналог в северном полушарии - представлен только над незамерзающими океанами, в виде Исландского и Алеутского минимумов. Кроме перечисленных максимумов и минимумов, на­ зываемых также постоянными центрами действия атмосферы, вы­ деляют сезонные центры. Зимой - Азиатский над сильно охлаж­ денными центральными частями Азии и Северо - Американский. Летом - Южно - Азиатский и Северо - Американский. В южном,

19

так называемом океаническом полушарии, сезонные центры дей­ ствия атмосферы выражены намного слабее.

Погода и соответственно климат во многом определяются центрами действия атмосферы. Географ при условии наличия не­ которых знаний и приобретенных навыков без особых затрудне­ ний может сопоставлять краткосрочный прогноз погоды с прояв­ лением (выраженностью) центров действия атмосферы1.

Изменение давления с высотой. Причина понижения давле­ ния воздуха с высотой очевидна: по мере поднятия вверх толща атмосферы становится все меньше и меньше. 99,99 % массы атмо­ сферы сосредоточено в оболочке толщиной всего 25 км. Сравнив с радиусом Земли (6371 км), поймем, сколь тонкая пленка воздуха покрывает нашу планету.

Расстояние в метрах, на которое надо подняться или опус­ титься, чтобы атмосферное давление изменилось на 1 гПа, называ­ ется барической ступенью (8 м/гПа). При подъеме, уже на высоте 3000 - человек начинает чувствовать себя плохо, появляются при­ знаки горной болезни: од ы ш ка, головокружение.

Решение и других, более специальных задач: например, установление причи­ ны значительно большей прозрачности воздуха на южном берегу Крыма по сравнению с побережьем Западного Предкавказья - также потребует знаний по географии центров действия атмосферы. Согласно указанному тренду на побе­ режье Испании воздух еще более прозрачен, чем в Крыму. Другой пример. Зна­ ние географии центров действия атмосферы помогает ученым в выборе места размещения обсерватории. Так, один из самых больших телескопов планеты диаметром 8,2 м специалисты из европейского космического агенстства устано­ вили в пустыне Атакама Были учтены чрезвычайные прозрачность и сухость воздуха (природная составляющая), а также удаленность от источников освеще­ ния (антропогенная составляющая).

20

Выше 4000 м может пойти кровь из носа, т.к. разрываются крове­ носные сосуды1. Поэтому для восхождения на семи-восьми- тысячники нужна длительная адаптация в условиях высокогорий. Иначе организм без кислородной поддержки подвержен опасности отека мозга и легких, а также других смертельно опасных недугов. При рассмотрении вопроса о форме Земли упоминалось путешест­ вие французских ученых в Южную Америку в 30-40 гг. XVIII века. В те времена, вероятно, о горной болезни было мало что известно и ученые серьезно рисковали своим здоровьем. Да и позднее, на рубеже XVIII и XIX веков, даже чрезвычайно образованные люди имели недостаточно знаний об этой страшной болезни. Так, во время восхождения на вулкан Чимборасо А. Гумдольдт и Э. Бонплан12 в полной мере испытали горную болезнь, достигнув высот­ ной отметки 5785 м над у.м.3

И еще один показательный пример. Во время подготовки од­ ной дельтапланеристки к мировому рекорду: она покинула само­ лет в стратосфере и затем благополучно приземлилась - стомато-

1Даже при длительной адаптации люди испытывают большие трудности. При­ ведем исторический пример. Путешествие Н.М.Пржевальского и его троих по­ мощников по Северному Тибету (Монгольская экспедиция 1870-1873 гг.) было полно лишений и трудностей. Отметим лишь две. На больших высотах было трудно дышать и любая физическая нагрузка требовала неадекватных усилий. Продовольствия часто не хватало и даже тогда, когда охота была успешной, нельзя было как следует сварить мясо, потому что температура кипения воды на больших высотах значительно ниже 100°.

2 Разумеется, история не терпит сослагательного наклонения, но можно предпо­ ложить трагический исход экспедиции, если бы на пути отважных ученых не встало непреодолимое ущелье.

3 Какое-то представление о нечеловеческих тяготах восхождения на большие высоты дает книга Джона Кракауэра: В разреженном воздухе (Хроника эксп-и на Эверест 1996 г., написанная тем, кто выжил), 2004.

21

лог сначала удалил ей все зубные пломбы, а затем запломбировал зубы снова. Попробуйте понять логику организаторов проекта.

Распределение ocajncnR по поверхности Земли в первую оче­ редь зависит от температуры воздуха. Чем выше температура, тем больше в нем может содержаться водяных паров и соответственно тем значительнее количество осадков. Прежде всего поэтому в эк­ ваториальном поясе на равнинах выпадает наибольшее количество осадков (1000 - 2000 мм в год), а в полярных областях - незначи­ тельное (порядка 200 мм). На распределение осадков влияют и другие причины: атмосферное давление, направление преобла­ дающих ветров, морские течения, скопления льдов, рельеф, а так­ же высота места над уровнем моря. Так как температура, давление и господствующие ветры, от которых зависят осадки, распределя­ ются зонально, то и распределение осадков подчиняется этому за­ кону.

Вэкваториальном поясе большому количеству осадков спо­ собствует также пониженное давление: создаются условия для восходящих потоков, значит, в насыщенном водяными парами ох­ лаждающемся воздухе происходит их интенсивная конденсация, а затем - бурное облакообразование и выпадение огромных масс осадков.

Втропиках и субтропиках - повышенное атмосферное дав­ ление с характерными нисходящими движениями воздуха, при этом воздух нагревается, что исключает конденсацию водяных па­ ров. Это приводит к возникновению крайне засушливой зоны (ме­

нее 200 мм осадков над материками).

В умеренных широтах количество осадков увеличивается, в среднем за год выпадает 500 - 1000 мм осадков. Основных причин три. Первая - пониженное атмосферное давление, особенно на по­ лярных окраинах. Вторая - направление господствующих ветров: в северном полушарии преобладают потоки воздуха юго-западного направления, а в южном - северо-западного. Следовательно, про­ исходит перемещение воздушных масс из более низких широт в более высокие, что создает условия для охлаждения воздуха и, со­

22

ответственно, конденсации водяных паров с последующим обра­ зованием облаков и осадков. Третья причина - в географическом положении умеренных поясов: именно в них происходит встреча чрезвычайно контрастных воздушных масс, сформировавшихся в арктических (антарктических) широтах, с одной стороны, и обра­ зовавшихся в тропиках, с другой стороны. В местах встречи воз­ душных масс образуются циклонические вихри, в которых воздух поднимается вверх и охлаждается, что является необходимым ус­ ловием образования облаков и выпадения осадков.

В полярных широтах снижение количества осадков, кроме влияния низких температур (см. выше)1, обусловлено повышен­ ным атмосферным давлением с нисходящими движениями возду­ ха, а также направлением господствующих ветров: они дуют из более холодных областей в более теплые, что препятствует кон­ денсации водяных паров и, соответственно, образованию облаков и осадков.

Однако зональное распределение осадков осложняется хо­ лодными и теплыми течениями, рельефом, причем наибольшую роль играют высокие горы (особенно если они расположены пер­ пендикулярно господствующему переносу воздушных масс), и не­ которыми другими факторами.

1О том, какой эффект дает сочетание очень низких температур с чрезвычайной сухостью воздуха, хорошо знают полярники. В этом плане показателен один исторический пример. Во время экспедиции по Таймыру в 1741 г. (а это была экспедиция, главным результатом которой было открытие в 1742 г. крайней северной точки Евразии) С.И.Челюскин и его трое помощников в полной мере ощутили трудности арктического климата. Мороз достигал -62°. Относительную влажность воздуха не измеряли, но можно уверенно утверждать, что ее значе­ ния были крайне низкие. Как следствие, кожа на лицах путешественников стя­ нулась и растрескалась, из трещин выступила кровь. Можно предположить, что русские первопроходцы не знали, как защищать открытые части тела от экстраморозной погоды. Сейчас хорошо известно, что надежным средством являются вазилин и аналогичные мази.

23

Приведем примеры резкого изменения количества осадков, вызванные орографическим фактором. По литературным данным, на израильском побережье Средиземного моря выпадает примерно 600 мм осадков, а в 80 км к востоку, на Мертвом море, - лишь 200 мм, т.е. рассматриваемый градиент равен 50 мм/10 км. Попробуйте сначала представить себя, путешествующего по Израилю, а затем возможные природные последствия приведенного градиента, ко­ торые Вы увидите. Логично предположить, что не все рекордные градиенты нашей планеты описаны в литературе. Наши наблюде­ ния подтверждают этот тезис. В 2001 г. в период максимального накопления снега - марте - мы отбирали пробы снега на хр. Уреньга и параллельно проводили необходимые замеры. Было оп­ ределено, что в водораздельной части хребта по результатам 14 замеров глубина снега составила 115 см, плотность снега - 0,26 и соответственно слой осадков 303 мм. В 11 км к югу, на подветверенной части хребта по результатам 14 замеров глубина снега со­ ставила 54 см, плотность снега - 0,26 и соответственно слой осад­ ков 142 мм. Рассматриваемый градиент равен 146 мм/10 км, т.е. почти в 3 раза выше, чем в Израиле.

Формы движения возтппных масс. Циклоны и антициклоны. Нижние слои атмосферы исключительно подвижны. В них посто­ янно перемещаются отдельные массы воздуха: от небольших вих­ рей, наблюдающихся перед грозой, до огромных вихрей, захваты­ вающих пространства в сотни тысяч, а иногда и миллионы квад­ ратных километров. Эти вихри называются циклонами и антици­ клонами.

В метеорологии под циклоном понимают огромный вихрь в нижнем слое атмосферы, имеющий в центре пониженное атмо­ сферное давление. Происхождение понятия «циклон» заставляет задуматься. Слово «циклон» греческое, означающее «Вращающий­ ся», «круговой», согласно другому переводу - «кольцо змеи». Лю­ бому современному человеку, не раз видевшему циклоны на сним­ ках из ближнего космоса, представить подобное нетрудно. Каким же образом возник ранее такой образ?

24

Различают тропические циклоны, сравнительно небольшие по площади, с большими барическими градиентами и часто штор­ мовыми скоростями ветра, и собственно циклоны, или циклоны внетропических широт, к которым относится большинство цикло­ нов земного шара. Ниже охарактеризованы именно внетропические циклоны. Их изучение, особенно плодотворное в XX в., по­ зволило установить ряд важных особенностей.

1. Ось вихря имеет небольшой угол по отношению к земле ( 1 - 2 градуса), в отличие от местных образований, у которых соответст­ вующий угол может приближаться к 90 градусам. 2. Вихрь зани­ мает пространство высотой 8 - 9 км при поперечнике от одной ты­ сячи до трех тысяч километров. 3. Вихрь образуется в результате встречи двух воздушных масс с разными температурами, движу­ щихся в разных направлениях, и воздействия отклоняющей силы вращения земли. 4. Воздух в циклоне движется против хода часо­ вой стрелки в северном полушарии и наоборот - в южном. 5. В вихре происходит поднятие и растекание воздуха во все стороны, поэтому в центре вихря образуется область пониженного давле­ ния. 6. Поднятию и растеканию воздуха способствуют струйные течения - воздушные течения в виде узких сильных течений в верхней тропосфере и нижней стратосфере. Струйные течения вы­ носят воздух далеко за пределы наземного циклона. 7. Восходящие потоки воздуха обеспечивают образование облаков и выпадение осадков. 8. В молодом циклоне хорошо выражены два фронта: те­ плый и холодный, при прохождении которых наблюдается резкая смена погоды. В целом характерна ветреная, сырая, облачная и дождливая погода. 9. Обычно циклоны идут не по одному, а се­ риями, причем каждый более восточный циклон, т.е. более стар­ ший, находится севернее более молодого западного циклона. При­ чина такого отклонения - сила Кориолиса.

Антициклоны - области повышенного давления воздуха в атмосфере, с максимальным давлением в центре и уменьшением его к периферии, диаметром в несколько тысяч километров Воздух перемещается по часовой стрелке в северном полушарии и наобо­

25

рот - в южном. Характерны нисходящие движения воздуха, сла­ бые ветры, погода сухая и ясная, причем летом - теплая или жар­ кая, а зимой - морозная. Антициклоны возникают прежде всего на фронтах между циклонами и перемещаются вместе с ними, обу­ словливая чередование дней с ясной и дождливой погодой. По­ скольку движение воздуха в антициклонах противоположно циклональному, кориолисова сила отклоняет их в сторону экватора. Кроме сравнительно быстро перемещающихся антициклонов, су­ ществуют и малоподвижные, нарушающие западный перенос и получившие название блокирующих.

Повторяемость циклонов и антициклонов - важнейший при­ знак климата. Число же циклонов и антициклонов по всей Земле в каждый момент времени примерно одинаково. Облачность закры­ вает около половины поверхности планеты.

При помощи циклонов и антициклонов происходит тепло - и влагообмен между широтами. Именно в этом заключается их важ­ нейшее значение.

Воздушные массы и атмосферные фронты. Тропосферу при­ нято делить на воздушные массы - крупные объемы воздуха, об­ ладающие относительно однородными свойствами и движущиеся как одно целое. Имеются два подхода к классификации воздушных масс: по температуре и географическому месту образования.

Втермической классификации различают теплые, холодные

иместные воздушные массы. Теплой называется воздушная масса, которая, поступив в данный район, постепенно охлаждается; хо­ лодная, наоборот, нагревается. Местная воздушная масса дли­ тельное время находится в определенном районе и поэтому она приобрела свойства, характерные для этого района применительно к конкретному сезону.

Кроме того, каждая из указанных воздушных масс подразде­ ляется на устойчивую, неустойчивую и безразличную. Устойчивой называется воздушная масса, в которой вертикальный градиент температуры меньше влажноадиабатического (0,6°/100 м), причем наибольшей устойчивостью характеризуются массы с инверсион­

26

ным распределением температуры. Неустойчивой - воздушная масса, в которой вертикальный градиент температуры больше влажноадиабатического, причем наибольшей неустойчивостью обладают массы, в которых во всем нижнем слое вертикальный температурный градиент превышает сухоадиабатический (1,0°/100 м). Безразличная масса характеризуется тем, что в ней вертикаль­ ный градиент температуры равен промежуточному положению между устойчивым и неустойчивым состоянием атмосферы.

В географической классификации выделяют четыре зональ­ ных типа воздушных масс в зависимости от районов формирова­ ния: экваториальный, тропический, воздух умеренных широт и арктический (антарктический). Все типы воздушных масс, кроме экваториальных, делятся на подтипы: морской и континентальный - в зависимости от характера поверхности, над которой формиру­ ется масса.

Атмосферные фронты - узкие переходные зоны в тропо­ сфере, разделяющие на значительном протяжении воздушные мас­ сы с разными физическими свойствами. Выделяют фронты ме­ теорологические: теплый, холодный1, окклюзии (смыкание тепло­ го и холодного фронтов) и климатические: арктический (антарк­ тический), фронт умеренных широт (полярный) и тропический.

Погода - состояние атмосферы в данном месте в определен­ ный момент или за ограниченный промежуток времени (сутки, ме­ сяц, год). Погода обусловлена физическими процессами, происхо­ дящими при взаимодействи атмосферы с космосом и земной по­ верхностью. Погода характеризуется совокупностью метеоэлемен­ тов: температурой воздуха, ветром, давлением и т.д.

1В грозах восходящие потоки воздуха часто имеют скорость выше 40 км/час (а отдельных случаях - свыше 100 км/час. Удивительный рассказ о внутренних свойствах грозы поведал военный летчик В. Рэмкин, который катапультировал­ ся из самолета в грозовую тучу на высоте 14 км. Летчик был подхвачен серией восходящих и нисходящих потоков и его в течение 40(!) минут носило внутри тучи, где поливало дождем и било градом, ослепляло молниями и оглушало громом.

27

Самая характерная черта погоды - изменчивость, которая имеет как периодический, так и непериодический характер. Пе­ риодические изменения погоды в суточном ходе сравнительно не­ велики, их первопричина - смена дня и ночи. Наиболее резко пе­ риодические изменения некоторых метеоэлементов проявляются в условиях резко континентального климата (прежде всего коле­ бания температуры воздуха и влажности воздуха), при этом другие метеоэлементы изменяются незначительно (например, амплитуда суточных колебаний давления измеряется десятыми долями - реже единицами миллиметров рт. столба). Непериодические изменения более заметны, особенно во внетропических широтах, и связаны главным образом с перемещениями воздушных масс. Именно они вызывают резкие потепления и похолодания, выпадение осадков, изменение направления и силы ветра, а также других метеоэле­ ментов.

По литературным данным, однажды в декабре в Монтане (Скалистые горы) температура воздуха повысилась в течение 7 ча­ сов с -40° до +4 °. Вероятно, это не абсолютный рекорд. Так, на Еловском Урале сотрудники заповедника «Денежкин Камень» А.Е. Квашнина и К.Д. Возьмитель 12.12.1998 г. в 800 зарегистри­ ровали температуру -20 0, а в 930 —2 °.

Прогноз погоды - предположение о будущем состоянии по­ годы, составленное на основе анализа развития крупномасштаб­ ных атмосферных процессов, прежде всего полей давления, тем­ пературы и ветра. Различают: краткосрочные прогнозы - от не­ скольких часов до двух суток, их оправдываемость наиболее вы­ сокая и составляет в России в настоящее время более 80 %, а так­ же долгосрочные ( 3 - 1 0 суток и более). Существуют два магист­ ральных пути предсказания погоды: синоптический и численные методы.

Синоптический метод основывается на анализе синоптиче­ ских карт, которые показывают состояние атмосферных процессов и отдельных элементов погоды в определенный момент или пери­ од времени. Различают приземные карты, показывающие данные

28

наблюдений различных метеоэлементов у поверхности Земли, и высотные, отображающие данные аэрологических наблюдений на высотах. Синоптический метод предполагает одновременный об­ зор огромных территорий. Так, для прогноза погоды в Свердлов­ ской области требуются данные от Гренландии до Енисея1. Метео­ рологи просматривают серию карт погоды, исследуя эволюцию областей высокого и низкого давления, а также развитие и движе­ ние фронтов. На картах отмечаются районы быстрого падения или роста атмосферного давления. Для определения господствующего переноса воздушных масс и оценки возможности зарождения ци­ клона во внимание принимаются данные по распространению об­ лачности, дождя или снега. Искусство прогнозирования состоит в субъективном учете многих подобных факторов, однако сами эти факторы объективны. Поэтому, вероятно, можно утверждать, что прогноз погоды одновременно и наука, и искусство. Знаменатель­ на надпись, сделанная в ХЕХ в. на первой карте погоды: «Господи, благослови».

Численные методы предполагают решения уравнений атмо­ сферной гидродинамики и термодинамики при помощи компьюте­ ров. Эти методы стали развиваться с 1950-х гг. В основу расчета берется известное начальное состояние атмосферы и далее рассчи­ тываются те изменения, которые произойдут через некоторый, достаточно короткий промежуток времени, например через 10 мин. Это дает новый набор данных, который в свою очередь ис­ пользуется для расчета условий через следующий короткий про­

1Сокращение числа метеостанций в России в начале 90-х гг. XX в. - негатив­ ный фактор прогноза погоды (в частности). В Арктике, Сибири и на Дальнем Востоке и других регионах число метеостанций сократилось в разы (например, на Таймыре из 15 метеостанций осталось 5). Среди наиболее значимых «по­ терь» на Урале - закрытие метеостанции «Таганай-гора». А ведь именно данные этой метеостанции показали самый большой в умеренных широтах положи­ тельный тренд температуры воздуха в конце XX в. Станция нтересна и тем, что вершина г. Дальний Таганай - самое ветреное место на Урале (среднегодовая скорость ветра 10.3 м/с).

29

межуток времени. Такая процедура повторяется столько раз, сколько нужно для прогноза на определенный срок. Основных причин ошибок при использовании численных методов - две. Первая: ошибки, которые неизбежно вводятся в модель с началь­ ными данными (например, из-за неточности измерений наблюдае­ мых метеоэлементов), в процессе расчета ошибки имеют тенден­ цию расти. Вторая: недостаток теоретических знаний в области развития атмосферных процессов. При расчете параметров со­ стояния атмосферы на неделю или более ошибки становятся столь большими, что делают прогноз бессмысленным.

Здесь же коснемся вопроса о справедливости народных при­ мет. Современное естествознание накопило немало фактов, сви­ детельствующих о том, что Земля, подобно живому существу, имеет «чувствительные точки» и «чувствительные моменты вре­ мени», где и когда небольшие и кратковременные воздействия от­ зываются возникновением мощных процессов, действующих дли­ тельное время. На угадывании чувствительных моментов в разви­ тии атмосферных процессов основано, вероятно, среднесрочное прогнозирование погоды с помощью народных примет. Интерес­ но, что метеорологи «проверяли» такую примету, как дождь или его отсутствие в день святого Сименона («дождь - так сорок дней тож»). Оказалось, что примета справедлива, только не надо ее по­ нимать буквально: что будто-бы все сорок дней будет идти дождь.

Климат - многолетний режим погоды в той или иной мест­ ности. Климат - результат климатообразующих процессов; они развиваются в определенных условиях, создаваемых географиче­ скими факторами климата. Главным является географическая широта, с ней связан угол падения солнечных лучей и, следова­ тельно, количество солнечной радиации. Отклоняющая сила вра­ щения Земли, влияющая на циркуляцию атмосферы, также зависит от широты места. Тепло и циркуляция атмосферы регулируют влагооборот. Значит, все три процесса, формирующие климат, разви­ ваются под влиянием географической широты и имеют зональный характер.

30

Особенно сложным географическим фактором является под­ стилающая поверхность. По-разному принимают, аккумулируют и передают атмосфере солнечное тепло суша и водная поверхность, акватории, покрытые льдом и свободные от него, теплые и холод­ ные течения, почва сухая и влажная, покрытая густой раститель­ ностью и скудной и т.д.

Один из важнейших факторов, свойственный только суше и мощно влияющий на климат - рельеф, особенно горный (орогра­ фический фактор). Главные стороны влияния этого фактора состо­ ят в том, что, во-первых, рельеф создает различия в абсолютной высоте местности - это влияние абсолютной высоты; во-вторых, формы рельефа являются препятствием, как бы барьером для пе­ редвижения различных воздушных масс - барьерное влияние гор и возвышенностей; в третьих, формы рельефа по-разному ориенти­ рованы к солнечным лучам, имеют различную крутизну склонов. Неодинаковое воздействие солнечной радиации на поверхность, имеющую разные наклоны и ориентировку, называют солярной, или инсоляционной, экспозицией. Приведем лишь один пример. Под Санкт-Петербургом склон холма, обращенный к югу и накло­ ненный под углом в 10°, находится в тех же тепловых условиях, что и горизонтальная площадка в районе Харькова1.

Важным географическим фактором является положение тер­ ритории на материке. Имеет значение не только расстояние от океана (т.е. размеры континента), но и особенности циркуляции атмосферы, способствующие или препятствующие переносу мор­ ских воздушных масс вглубь материка.

В последние значения все большее влияние приобретает ан­ тропогенный фактор. Однако наши знания до сих пор не позволя­ ют достаточно удовлетворительно оценить влияние антропоген­ ного фактора на климат.

1Можно предположить, что изменение солярной экспозиции небольших участ­ ках (например, в садах) в условиях нашего климата - значимый резерв повыше­ ния урожайности.

31

Классификация климатов. Общепринятая классификация до настоящего времени не разработана, т.к. разновидностей климата много и установить точные границы между ними достаточно трудно. В СССР и России наиболее широко признанной является генетическая классификация климатов, предложенная в середине XX в. Б.П. Алисовым. В ее основу положены географические типы воздушных масс и их циркуляция. В каждом полушарии выделяют четыре основных климатических пояса: 1) экваториального возду­ ха, 2) тропического воздуха, 3) воздуха умеренных широт и 4) арк­ тического (антарктического) воздуха. Основные пояса характери­ зуются господством одной воздушной массы. Переходные пояса располагаются между основными и отличаются сменой воздуш­ ных масс по сезонам. Летом сюда приходит воздух из более низ­ ких широт, зимой - из более высоких. Границами климатических поясов являются крайние (летнее и зимнее) положения климатиче­ ских фронтов.

Внутри поясов различают четыре основных типа климата: континентальный, океанический и два прибрежных - западных и восточных побережий. Кроме того, могут быть выделены горные климаты соответствующего пояса. Однако полный набор типов климата отмечается не в каждом поясе.

Различие между континентальными и океаническими типами вызывается влиянием подстилающей поверхности, а особенности западных и восточных прибрежных типов зависят от условий цир­ куляции и, в меньшей степени, - от географии теплых и холодных течений.

Литература

Беттен Л. Погода в нашей жизни. М.: Мир, 1985

32