Погода интересует всех

У тех, кто „делает погоду“

Почти никогда один день не бывает совершенно похож на другой. Кажется, будто погода имеет бесконечное число разных вариантов и почти никогда не повторяется. Едва лишь тишина и солнце успокоят человека и окружающую его природу, как вновь раздаются стоны деревьев под порывами бурного ветра. Только метеорологи могут предсказать развитие событий в атмосфере. Не следует обижаться на них, если они иногда несколько ошибаются в своих прогнозах, особенно если эти прогнозы настраивают вас на минорный лад, а погода развивается в мажорном духе.

Побываем в рабочем кабинете того, кто «делает погоду» на завтра, т. е. сопоставляет различные данные о будущем ходе погоды. Мы здороваемся с синоптиками под треск телетайпов, непрерывно отстукивающих пятизначные числа на бесконечной бумажной ленте. Все здесь происходит в стремительном темпе. Персонал бережет каждую минуту драгоценного времени. Сюда, в бюро погоды, стекаются сообщения о погоде из всех сколько-нибудь важных пунктов северного полушария. Чтобы оценить все эти многочисленные сведения, их наносят на карты. Так, например, на рабочем столе синоптика, работающего в наших районах, мы большей частью находим карту погоды для всей Европы. Это не обычная географическая карта, а скорее схема, имеющая формат небольшого стола. На ней напечатаны градусная сетка, контуры континентов и множество пронумерованных кружочков. Эти кружки указывают местоположение станций. Ради удобства вместо географических названий используются условные номера станций. Все метеостанции земного шара объединены в большие группы, местоположение которых не всегда совпадает с границами государств, и пронумерованы по определенной системе. Так, например, метеостанции Чехословакии и Австрии объединены в общую группу 11, а метеостанции Франции образуют группу 07. В бюро погоды все данные о погоде шифруются по специальному коду, причем местоположение метеостанций характеризуется номером группы и номером самой станции. Так, например, пятизначное число 10453 означает, что речь идет о станции 453, расположенной в ГДР на горе Брокен.

Техники-наносители наносят на карты погоды метеорологические данные, т. е. результаты метеорологических наблюдений, поступающие в бюро погоды по телеграфу или телетайпу. Вскоре рабочая карта погоды превращается в непонятный для непосвященного хаос цифр и значков. Эти цифры и значки заключают в себе труд тысяч метеонаблюдателей, которые примерно за 1,5 часа записали в свои наблюдательские книжки облачность и значения других метеоэлементов — атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, ветра и т. д., закодировали эти данные и передали их в бюро погоды. Метеорологические наблюдения проводятся повсюду на земном шаре, в том числе и на недоступных просторах Антарктиды, где наблюдатели, не щадя своих сил, выполняют эти наблюдения со столь же высокой точностью, с какой ведутся они, скажем, на борту кораблей погоды в бурном океане в районе Исландии.

Специальный анализ карты погоды, составленной по данным отдельных станций, позволяет метеорологу увидеть в хаосе цифр вполне определенную систему. Так, например, всю область, в отдельных пунктах которой отмечено выпадение осадков, он покрывает зеленым цветом. Зоны тумана отмечает желтым цветом, а точки с одинаковым атмосферным давлением через каждые 5 мб соединяет линиями, называемыми изобарами. Поэтому на синоптической карте мы видим изобары, только кратные 5, например 995, 1000, 1005, 1010 мб и т. д. Когда изобары проведены, выявляются области повышенного и пониженного атмосферного давления, ложбины и гребни, т. е. барические системы, которые оказывают влияние на погодообразующие процессы.

Тесной и прямой связи между атмосферным давлением и ходом погоды не существует. Но имеется связь между давлением и движением воздуха. Если рассматривать ход изобар в высоких слоях атмосферы, можно выявить закономерности, связывающие расстояние между изобарами и их кривизну со скоростью и направлением ветра в этих слоях. С помощью циркуля и логарифмической линейки можно предвычислить ветровой режим и перемещение атмосферных фронтов, движущихся вместе с воздушными течениями. Таким образом, целью синоптического анализа становится, в сущности, выявление зон осадков, областей падения и роста атмосферного давления и других метеорологических факторов. В результате анализа делается предположение о будущем ходе погоды.

Важной предпосылкой успешного прогноза погоды является фронтолопический анализ, т. е. выявление поверхностей раздела между различными воздушными массами. При хорошо развитом циклоне это не так трудно, как при областях пониженного давления в зародышевой стадии, когда во фронтальной зоне еще нет заметного изменения метеорологических явлений. В развитых циклонах положение атмосферных фронтов совпадает с зонами осадков или с зонами, в которых резко меняется давление, видимость, а также упругость водяного пара. В тех местах, где ветры дуют навстречу друг другу, метеоролог с большой уверенностью предполагает существование атмосферного фронта. Если волна только начинает формироваться, заметить ее довольно трудно. Лишь очень опытный метеоролог может, тщательно анализируя все данные о погоде, своевременно обнаружить такую волну и связанные с ней будущие атмосферные фронты.

Кроме приземной карты погоды, синоптик пользуется еще высотными картами. Эти карты дают представление о среднем распределении температуры и о полях воздушных течений на разных высотах. С помощью специальных диаграмм, на которые наносятся результаты радиозондирования атмосферы, синоптик получает сведения о характере вертикального распределения температуры в атмосфере, т. е. о температурной стратификации. На стенах его кабинета висят карты тенденции, на которые нанесено изменение при земного давления за последние три часа и за последние сутки. На одной из таких карт синоптик может увидеть, например, усиление переноса тепла в районе Исландии. По карте грозовой тенденции он может установить районы, благоприятные для формирования гроз, и т. д.

Во время работы метеоролог не имеет возможности подолгу задерживаться у каждой карты. В кабинете непрерывно звонит телефон. «Будет ли футбольный матч опять проходить под дождем?»— беспокоятся спортсмены. Они думают, что метеоролог должен это знать еще за три дня до матча. В большинстве случаев метеоролог может предсказать, например, предстоящее усиление ливневой деятельности, но указать место или время выпадения дождя за три дня вперед он не может. Затем приходит запрос из МТС: скоро ли закончатся дожди в горном районе, где тракторы застревают на пашне. Если осадки будут продолжаться, диспетчер должен перестроить план обеспечения полевых работ техникой. Планеристы желают знать, кучевая или слоистая облачность будет на следующий день.

Все хотят получить от синоптика точный ответ на свои вопросы. Люди приспосабливаются к погоде, предсказанной синоптиком. Вероятность дальнейшего развития погоды каждый потребитель оценивает применительно к области своей деятельности. Часто неправильное планирование работы определенных отраслей народного хозяйства в результате неверного прогноза погоды или неправильного его истолкования может привести к миллионным убыткам. В метеорологическом обслуживании нуждаются не только сельское хозяйство и промышленность. Кораблевождение, авиация, автотранспорт, а также ряд организаций, например, спортивные, тоже заинтересованы в регулярном получении узкоспециализированных метеорологических прогнозов. Особенно быстрого метеорологического обслуживания требует авиация.

Каким же образом метеоролог, используя синоптическую карту, разрабатывает прогноз погоды? Перед ним встает вопрос: как будут в дальнейшем перемещаться антициклоны, а также бесчисленные циклоны и связанные с ними атмосферные фронты? Легче всего это установить, если на высотах наблюдается общий перенос воздуха с Атлантического океана на районы Центральной Европы. В этом случае атмосферные возмущения смещаются довольно быстро. Существует целый свод правил, определяющих местоположение этих возмущений на следующий день. Так, например, известно, что над поверхностью моря барические образования перемещаются со скоростью, равной половине скорости ветра на высоте 5500 м. При движении воздуха с запада на восток гребни высокого давления через 24 часа займут район, в котором накануне, например, находился циклон. Если сравнить положение центра циклона на наземной синоптической карте и на высотах, то можно получить представление о наклоне оси циклона в пространстве. Наклон оси также позволяет установить, находится ли циклон в развитой стадии или разрушается и потому будет оставаться на том же месте.

Советская метеорологическая ракета.

Годичные кольца сосны. По ним можно проследить за периодичностью осадков, связанной с пятнообразовательной деятельностью Солнца.

Солнечные зеркала, установленные в Пиренеях и нагревающие солнечными лучами плавильную печь. Параболическое зеркало.

Пиранометр. Под действием прямой и рассеянной солнечной радиации зачерненные и белые клетки нагреваются неодинаково. Разность температуры спаев термоэлемента измеряется или записывается.

Параболическая антенна радиотелескопа для наблюдений за вспышками на Солнце. Наблюдения с помощью такого телескопа можно проводить даже при пасмурном небе (фото агентства Центральбильд).

Видимое изображение Солнца вблизи горизонта часто искажается из-за неодинакового преломления лучей различной длины волны. Слева заход солнца в морском тропическом воздухе, справа — в морском арктическом воздухе.

Схема различных типов гало.

Правила, которыми пользуется метеоролог, позволяют построить прогностическую карту погоды или графическим методом, или с помощью электронных вычислительных машин. Там, где имеются машины, перемещение барических полей в атмосфере вычисляется следующим образом. Вся территория Атлантического океана и Европы на карте покрывается определенной сеткой. По атмосферному давлению на сухопутных станциях и на кораблях погоды вычисляется предстоящее изменение давления во всех точках пересечения (узлах) такой сетки. Изменения давления, называемые барическими тенденциями, вводятся в блок команд электронного мозга. Электронная вычислительная машина в зависимости от продолжительности интервала, на который требуется составить прогноз, должна для каждой из 1200 точек пересечения проделать все вычисления 10–20 раз. Современные вычислительные машины могут в течение одной секунды сложить около 10 000 восьмизначных чисел. Для простого предвычисления будущего поля давления электронной вычислительной машине потребуется ¹/₄ часа. Конечный результат, который выдаст машина, — это отпечатанная прогностическая карта.

Возникает вопрос: почему же при столь четкой организации международной метеорологической службы все же встречаются неудачные прогнозы? Этот вопрос должен быть отнесен не столько к организационной стороне метеорологической службы, сколько к научным основам современных методов прогнозирования погоды.

Термодинамические процессы в атмосфере и радиационный режим еще не могут учитываться при выполнении расчетов. Это связано, во-первых, с тем, что во многих пунктах земного шара пока еще ведутся не систематические наблюдения за радиационным и тепловым балансом. Во-вторых, если бы систематические наблюдения и проводились, учет их результатов привел бы к почти безграничному увеличению числа необходимых вычислительных операций. Кроме того, строящиеся на прогностических картах линии возмущения можно лишь с некоторой осторожностью принимать за поверхности раздела, имеющие погодообразующее значение. Так, например, холодный фронт, который сегодня проходит от Норвегии или Франции до Испании и представляет собой единую полосу гроз, может завтра перестать как-либо влиять на погоду. Наоборот, иногда поверхность раздела между различными воздушными массами, выраженная сначала совсем слабо, может дать осадки над значительной частью Центральной Европы.

Оправдываемость суточных прогнозов погоды составляет в настоящее время 85 %. Повышение оправдываемости прогнозов при современных методах прогнозирования может быть достигнуто только путем расширения сети метеорологических станций и пунктов радиозондирования.

Кроме прогнозов погоды на одни сутки, составляют также прогнозы средней продолжительности. Они разрабатываются уже не в кабинете синоптика, ведущего оперативное обслуживание народного хозяйства, авиации и т. п., а в других помещениях, где имеются таблицы и синоптические карты прошлых лет. В прогнозе средней продолжительности (на 1–7 дней) нельзя точно указать время наступления и интенсивность того или иного метеорологического явления. При составлении прогноза средней продолжительности рассматривается лишь тенденция к потеплению или похолоданию, увеличению или уменьшению вероятности выпадения осадков и т. п. Чтобы сделать заключение, из синоптических карт за прошлые годы выбираются все карты, на которых синоптическое положение было сходным с положением в данное время. Затем из числа отобранных карт производится еще одна выборка: отбираются все карты, по отношению к которым предшествующее развитие погодообразующих процессов также было аналогично нынешнему их ходу. Если эти условия выполнены, делают с некоторыми оговорками вывод, что будущее развитие погоды пойдет так же, как в отобранных случаях, независимо от того, наблюдалось это 2 года или 8 лет тому назад.

Существуют и другие методы составления прогнозов средней продолжительности, учитывающие физическое состояние атмосферы в исходный момент. Прогноз средней заблаговременности, основанный на таких методах, бывает успешным, если зональная циркуляция не перестраивается на меридиональную или наоборот.

Составление долгосрочного прогноза погоды опирается уже не только на сопоставление карт с аналогичным синоптическим положением, но еще и на учет многолетних колебаний атмосферного давления, охватывающих значительную часть земной поверхности. В результате многолетних наблюдений сведения о географическом распределении средних значений атмосферного давления в отдельные месяцы довольно точны. Так, если осенью над центральными и восточными районами Атлантического океана атмосферное давление будет значительно отличаться от среднего многолетнего, то это неизбежно окажет влияние на характер будущей зимы. Следовательно, рассматривая осеннее распределение атмосферного давления за прошлые годы, можно дать прогноз погоды на следующую зиму. Тахой метод аналогов не может объяснить причины возникновения колебаний в ходе погоды, но он позволяет предсказать, суровой или мягкой будет зима, сухим или дождливым — лето и т. п. Таким образом, краткосрочный прогноз погоды составляется с учетом только исходного синоптического положения, прогноз средней продолжительности учитывает крупномасштабные особенности этого положения, а долгосрочный прогноз — изменение общей циркуляции атмосферы за предшествующее полугодие на обширной части земной поверхности.

При долгосрочном прогнозе погоды воздушная оболочка рассматривается как некоторая колебательная система, в которой волны атмосферного давления в разные отрезки времени располагаются симметрично относительно определенных моментов. Колебания атмосферного давления происходят примерно в одни и те же дни, хотя в разные годы эти дни приходятся на различные календарные даты. Когда в ходе атмосферного давления удается обнаружить моменты, относительно которых колебания давления симметричны, то по предыдущему ходу давления легко предсказать и последующие его изменения. Однако колебания атмосферы происходят через неодинаковые отрезки времени. Так, например, колебание с 12-дневным периодом может смениться колебанием 28-дневного периода. Поэтому в момент перехода от одного колебания к другому симметрия нарушается и, прежде чем строить долгосрочный прогноз погоды, нужно дождаться нового состояния атмосферы. Данный метод долгосрочного прогноза иногда может давать удовлетворительные результаты на протяжении многих недель, а затем оказаться совершенно непригодным.

Новейшие исследования подтвердили, что общий характер погоды в течение года зависит от пятнообразовательной деятельности Солнца. В частности, хорошо оправдавшийся прогноз засушливого лета 1959 г. был составлен с учетом ритмов солнечных пятен.

Если долгосрочные прогнозы погоды еще не оправдываются так же хорошо, как краткосрочные, то это объясняется не отсутствием хорошей методики прогнозирования, а недостаточными рядами метеорологических наблюдений, чтобы иметь возможность вскрыть все закономерности атмосферных процессов.

Итак, посетив бюро погоды, мы увидели, что при составлении прогноза погоды метеоролог не просто высказывает свои догадки о будущей погоде, а опирается на закономерности физических процессов в атмосфере. Качество прогнозов погоды зависит от качества метеорологических наблюдений, от быстроты передачи полученных результатов, от уровня развития используемой техники и, наконец, от опыта синоптика.

Человеку свойственно преувеличивать число ошибочных прогнозов погоды, поэтому, к сожалению, синоптиков чаще ругают за неудачные прогнозы, чем находят слова одобрения, чтобы отметить сравнительно высокую оправдываемость прогнозов погоды.

Каждый вечер мы видим дежурного синоптика на экране телевизора и внимательно слушаем прогноз на завтра. Если бы мы попросили радиокомментатора так же определенно высказаться о политических или хозяйственных событиях завтрашнего дня, то он счел бы это либо шуткой, либо грубым личным оскорблением. Но ведь задача метеоролога, состоящая в том, чтобы предсказывать события в воздушном океане, часто бывает ничуть не проще!