ПОГОДА И ЕЁ ПРЕДВИДЕНИЕ

ЭЛЕМЕНТЫ ПОГОДЫ

Е> жизни мы привыкли говорить о погоде очень кратко: ® плохая погода, хорошая, пасмурная, ясная и т. д. Обычно такого определения бывает для нас вполне до­статочно. Однако неточность его бросается в глаза очень часто. Когда в жаркие, засушливые дни начинают сго­рать посевы, то такая погода вряд ли может быть на­звана хорошей, хотя светит солнце, тепло и сухо. Холодная, дождливая погода в мае во многих областях Советского Союза весьма благоприятна для садов и по­лей. Такую погоду колхозники назовут хорошей. Недаром существует примета: «Май холодный — год хлебород­

Ный». Но жители города оценят дождливый май иначе.

Для научного земледелия и садоводства, для море­плавания и авиации подобное определение погоды явно недостаточно. Погода — это соединение многих явлений, которые происходят в воздухе. Пусть, например, стоит солнечная погода. Барометр показывает высокое давле­ние, воздух спокоен и сух, на небе ни облачка, тихо. Но вот внезапно» налетает сильный ветер, и через не­
сколько времени начинается дождь. Сразу видно, что произошли резкие изменения: появились мощные облака, стало пасмурно, давление всё время меняется, влажность воздуха возросла. Из этого примера можно видеть, что в понятие «погода» входит несколько составных частей или, как их принято называть, элементов: давление, тем­пература, влажность, ветер, облачность, осадки. О них мы сейчас и поговорим.

Давление воздуха

Нашу Землю окутывает воздушная оболочка — атмосфера. Толщина её измеряется сотнями кило -

Метров. Поэтому воз­дух, несмотря на его

^ т - малую плотность (У800

Плотности воды), давит на поверхность земли со значительной силой. В среднем давление воздуха равно 1 кило­грамму на каждый ква­дратный сантиметр по­верхности. Такая сила способна поддержать ртутный столбик высо­той в 760 миллимет-- ров (рис. 1). Давле­ние воздуха и изме­ряют высотой ртутного столба в миллиметрах, или, как принято с 1930 года, в новых еди­ницах — миллибарах. Один миллибар равен 0,75 миллиметра ртут­ного столба.

Приборы, которыми измеряют давление, называются барометрами.

Чем толще слой воздуха над землёй, тем сильнее он давит на землю. Поэтому самое большое давление бы­вает на уровне моря. Когда мы поднимаемся на гору,
толщина воздушного слоя над поверхностью земли уменьшается, и давление падает.

На метеорологических станциях давление обычно из­меряется ртутным барометром, а в общежитии за изме­нениями давления следят по барометру-анероиду («ане­роид» — значит безвоздушный). Это — металлическая коробочка, из которой выкачан воздух. Атмосферный воздух давит на дно коробочки и приводит в движение пружинку, соединённую со стрелкой. Стрелка ходит по циферблату и отмечает величину давления. На шкале барометра-анероида есть надписи: «ясно», «переменно», «дождь», «буря» и т. д. Эти надписи не имеют сколько - нибудь серьёзного значения. Они внушают неверную мысль о том, что погода зависит только от величины давления и, следовательно, во всех местах с одним и тем же давлением она одинакова. На самом деле, как мы уже знаем, погода определяется не только давлением, а и температурой, силой ветра и т. д.

Гораздо важнее следить за изменениями давления. Изменение давления говорит о том, что погода начинает меняться. Так, например, «барометр падает» (то-есть давление воздуха понижается), когда в верхних слоях атмосферы над нами проходят тёплые массы воздуха. Они менее плотны, чем воздух, находившийся там ранее. Поэтому весь столб воздуха делается легче, и давление понижается, хотя у земли мы этот тёплый воздух ещё не ощущаем. Тёплый воздух содержит в себе много влаги. Значит, когда падает барометр, появляются облака, а потом и осадки; погода меняется. Поэтому постоянные измерения давления очень важны для прогноза погоды.

Температура

Мы остерегаемся взяться за металлическую ручку кипящего чайника — она горяча, и можно легко об­жечься. Но если ручка деревянная, такая неприятность нам не грозит. Дерево «плохо проводит» тепло: от одной частички дерева к другой теплота передаётся очень мед­ленно. Так же медленно передают друг другу тепло и ча­стицы воздуха, и мы говорим, что воздух — «плохой про­водник» тепла, что теплопроводность его мала.

Но воздух очень подвижен, и тепло в нём может пере­даваться другим, более быстрым путём — перемещением самого воздуха. Именно так и нагревается печкой воздух комнаты. Согретый печью воздух менее плотен. Поэтому к ней устремляются потоки холодного воздуха, которые вытесняют тёплый воздух к потолку. Постепенно мимо печки пройдёт вся масса воздуха, и комната нагреется. Такой перенос тепла называют конвекцией.

В нашей атмосфере конвекция играет большую роль. Это — основной способ передачи тепла в воздухе. Но есть ещё один, не менее важный способ передачи тепла. При­близьтесь к нагретой печке, и вы почувствуете, как от неё к лицу «струится» тепло, именно тепло, а не потоки тёплого воздуха. Загородите лицо металлической пла­стинкой, и тепла вы больше не ощутите. Ваше лицо ока­жется как бы в тени от пластинки. Кусок стекла такой тени не даст. Значит теплота, как и свет, может распро­страняться и в виде лучей. Тепловые лучи исходят от любого тела, но чем больше тело нагрето, тем сильнее его тепловое излучение. Раскалённый кусок железа «пытттет жаром». А Солнце за год излучает на нашу Землю столько тепла, что им можно было бы вскипятить воду половины Атлантического океана, если считать тем­пературу воды равной 10 градусам.

Проходя через атмосферу, солнечные лучи нагревают её очень мало. Прозрачный воздух поглощает и превра­щает в тепло лишь небольшую часть лучей. Гораздо больше солнечные лучи нагревают почву и воду.

Нагретая солнцем почва передаёт тепло и более глу­боким слоям земли и воздуху. Таким образом, воздух нагревается поверхностью земли. Поэтому нижние слои воздуха всегда нагреты сильнее, чем верхние.

Различные участки земной поверхности нагреваются солнцем по-разному. Каждый наблюдал, как в ясный летний день камни и песок на берегу реки нагреваются настолько, что становятся горячими. Вода в реке до та­кой температуры никогда не нагревается. Открытое поле, пашня, склон холма, обращённый к солнцу, нагреваются больше, чем луг с густой зеленью или лес. Также нерав­номерно будет нагрет я воздух над этими участками. Над песчаным пляжем днём уже царит зной, в то время как воздух над зелёным лугом ещё прохладен.

Благодаря тому, что различные участки земли, а зна­чит, и воздух имеют разную температуру, в. атмосфере происходит много изменений.

Вспомним, как врывается в натопленную комнату холодный воздух, когда мы в морозную погоду откры­ваем наружную дверь. Что толкает холодный воздух? Он более плотен и давление его выше, чем давление тёплого воздуха. Эта разница в давлении и заставляет холодный воздух устремляться в комнату. Такие же явления происходят и в атмосфере, вызывая перемеще­ние больших масс воздуха — ветер.

С поверхности водоёмов испаряется вода. Водяной пар увлекается воздушными течениями и переносится через огромные пространства. По пути он может попасть в холодные слои атмосферы. Охлаждаясь, пар сгущается, и в воздухе образуются облака. Облака возвращают влагу на землю в виде дождя, снега и т. д.

О ветре, облаках и осадках мы ещё будем говорить подробно. Здесь мы сказали о них только для того, чтобы показать, как разная нагретость соседних участков возду­ха создаёт разнообразные явления погоды. Поэтому для метеорологов важно знать, как распределяется темпера­тура на земной поверхности. Это помогает составлять научно обоснованное предположение о будущей погоде.

На огромных пространствах нашей Родины можно встретить в одно и то же время самые различные темпе­ратуры. Например, весной, когда на Кавказе и в Средней Азии уже устанавливается жаркая погода, на севере ещё бушуют метели. Когда в Европейской части Советского Союза наступает тёплая погода, на Сибирь ещё может обрушиваться с севера холодный воздух со снегопадами и буранами.

Летом самая жаркая погода наблюдается у нас в Средней Азии, где в тени бывает вьтттте 50 градусов тепла, а поверхность почвы нагревается иногда до 80 градусов.

Самые сильные морозы наблюдаются не в Арктике, а в Восточной Сибири. «Полюс холода» находится в Яку­тии, в районе Верхоянска и в селении Оймекон; там бы­вают самые сильные морозы — до минус 70 градусов! Такие холода пока не наблюдались ни в одном другом месте земного шара. В районах, близких к полюсу, самые сильные морозы редко превосходят минус 40 градусов. Объясняется это тем, что с южной части Атлантического океана мимо Англии и берегов Норвегии к Новой Земле идёт тёплое морское течение Гольфстрим. Кроме того, районы, близкие к полюсу, заняты обширным морем. Всё это и смягчает арктический климат. А район Верхоянска лежит далеко от океанов, в котловине между горными хребтами. Поступающий в эту котловину арктический воздух застаивается в ней. Он теряет тепло излучением и ещё больше охлаждается.

Когда мы говорим о температуре воздуха, то всегда имеем в виду показания термометра Цельсия, установ­ленного в тени. Правда, человеку приходится значитель­ное время проводить «на солнце», где летом прямые сол­нечные лучи приводят к ощущению жары и духоты. Поэтому в жизни часто приходится слышать: «по радио передавали, что ожидается 30 градусов, сколько же будет на солнце?». Но если мы попытаемся измерить температуру «на солнце», то различные термометры по­кажут разные величины. Больше всего покажет термо­метр, шарик которого зачернён, меньше — обычный ртут­ный. Поэтому температуру воздуха нужно измерять только в тени. В этом случае любой термометр даст одно и то же показание.

Часто утверждают, что при ветреной погоде мороз сильнее, чем при тихой. Это неверно. Термометр пока­зывает одну и ту же температуру и при ветре и без ветра. Дело в том, что ощущение холода зависит от того, насколько быстро охлаждается человеческое тело окру­жающим его воздухом. При сильном ветре тело человека охлаждается быстрее, чем без ветра. Отсюда — невер­ные суждения об усилении мороза при ветре.

Влажность воздуха

Воздух никогда не бывает совершенно сухим. Даже в самых жарких пустынях он всегда содержит влагу. Испарения с громадных поверхностей океанов и морей, рек, озёр, а также с поверхности почвы непрерывно до­ставляют воздуху водяной пар.

Вода может находиться в атмосфере и в виде водя­ного пара, и в жидком состоянии (дождь, туман, морось, водяные облака), и в твёрдом (снег, град, ледяные об­лака). Мы не можем видеть водяного пара в воздухе, как не видим и других бесцветных газов. Часто говорят, что, например, из котелка с горячей водой идёт «пар»; на самом деле это не пар, а мелкие капельки воды. Даже
очень прозрачный воздух всегда содержит водяной пар. Доказательством этому служит роса, оседающая из про­зрачного воздуха в очень прохладные ясные ночи.

Количество водяного пара в воздухе не может возра­стать беспредельно. При любой температуре всегда на­ступает момент, когда воздух полностью «насыщается» водяным паром. И если после насыщения воздуха в него будет продолжать поступать пар, он начнёт сгущаться, конденсироваться в капельки воды. То же самое

//АЛ/ 15г8о%1 5гШ* 15гМ» ПгЗ&Ь

Получится, если насыщенный водяным паром воздух начнёт охлаждаться, потому что при более низкой темпе­ратуре для его насыщения требуется меньшее количе­ство пара и образующиеся излишки его сконденсируются.

На рисунке 2 показано, какое количество пара насы­щает один кубический метр воздуха при разных темпе­ратурах.

Наше ощущение сухости или влажности воздуха свя­зано не с общим количеством водяного пара в нём, а с тем, насколько пар близок к насыщению. Полное насы­щение наблюдается довольно часто и вызывает туман.

Облака и осадки

Мы уже видели, что при достаточно сильном охла­ждении влажного воздуха пар конденсируется. Если это происходит у земной поверхности, то появляется туман. Если же пар сгущается в более высоких слоях воздуха, то образуются облака. Облака —это скопление либо мелких капелек воды, как в тумане, либо ледяных кри­сталлов, если температура воздуха ниже нуля. Капельки воды в облаке очень малы — в одном кубическом санти-

Метре облака может быть 200—500 таких капелек. Они как бы подвешены в воздухе и падают вниз очень мед­ленно. Капелька облака, поперечником в одну сотую миллиметра, опускается на один метр около 5 минут.

Достаточно неболь­шого встречного воз­душного потока, чтобы частицы облака пла­вали в воздухе, не опускаясь. А более сильный поток возду­ха может поднять их и унести далеко в сто­рону.

Если сгущение во­дяного пара происхо­дит быстро, то число капелек в водяном об­лаке сильно возрастает; они сливаются, укрупняются,

Становятся тяжёлыми и выпадают из облака в виде

Дождя.

Зимой, а в высоких слоях атмосферы и летом, облака состоят из огромного числа мелких кристаликов льда. Кристалики окружены ещё не сгущенным, но уже насы­щенным водяным паром. Пар постепенно осаждается на кристаликах, и они растут. Наконец, образуются краси­вые тяжёлые снежинки, которые понемногу опускаются к земле. Воздухоплаватели, которым при снегопаде при­ходилось медленно пробивать облака, рассказывают, что в то время, как внизу шёл крупный снег, на высоте 5000 метров просвечивало солнце, и в воздухе мелькали мелкие ледяные кристалики, а в середине облака нахо­дились уже небольшие, но вполне сформировавшиеся снежинки.

Итак, облака образуются при охлаждении воздуха. Отчего же воздух может охлаждаться? Прежде всего часть тепла излучается воздухом к земле и в мировое пространство. Нижние слои воздуха могут отдавать тепло и при соприкосновении с охлаждённой поверхно­стью земли. Но сильнее всего воздух охлаждается при подъёме из низких слоёв атмосферы в более высокие.

Наверное, каждый знает, что воздух, как и любой газ, при сжатии нагревается (рис. 3), а при расширении
охлаждается (рис. 4). Тёплый воздух, поднимаясь вверх, попадает в более разрежённые слои. Там воздух рас­ширяется, отдаёт на «работу расширения» своё тепло и поэтому охлаждается. При низкой температуре для на­сыщения достаточно уже меньшего количества пара (рис. 2), и излишки его начнут сгущаться в облака. При

Опускании, наоборот, воздух сжимается и благодаря этому нагревается. Повышение температуры «высуши­вает» облака, и они начинают таять.

На рисунке 5 показан простейший случай образова­ния облаков в ясный летний день. Воздух над холмами

И полем нагревается сильнее, чем над рекой и лесом. Над более нагретыми местами развиваются восходящие течения: воздух уходит вверх от холма и поля. Над ме­нее нагретыми местами возникают нисходящие течения: к реке и лесу будет опускаться более холодный воздух. Тёплый воздух при подъёме будет охлаждаться, и по­явятся небольшие облака. При очень сильном движении воздушных слоёв облака могут достигать огромной тол­щины. Толщина грозовых облаков, например, может до­стигать 10 километров!

При наблюдениях за облачностью отмечают количе­ство облаков, высоту их, форму и направление их движе­ния. На некоторых метеорологических станциях высоту облаков определяют, выпуская в свободный полёт не­большой резиновый шар, наполненный водородом. Следя с помощью часов за подъёмом шара и отмечая время вхождения его в облако, вычисляют высоту.

Ветер

В атмосфере никогда не бывает долгого покоя. Нерав­номерное нагревание земной поверхности приводит к тому, что над землёй постоянно возникают воздушные течения. Неодинаково нагретые массы воздуха имеют разное давление. Разность в давлении и вызывает пере­мещение воздуха. Такое движение воздуха, как уже го­ворилось, и есть ветер.

В атмосфере странствуют огромные массы воздуха. Каждая из них имеет свою температуру, влажность, об­лачность, то-есть она уже сама по себе является носите­лем погоды. А в тех местах, где различные воздушные массы соприкасаются, между ними возникает настоящая борьба, и погода становится бурной. Поэтому метеоро­логи уделяют ветру очень много внимания.

Для того чтобы определить направление ветра, поль­зуются флюгером (рис. 6). Шарик флюгера всегда направлен в ту сторону, откуда дует ветер. На флюгере неподвижно укреплены металлические прутья, располо­женные в различных направлениях, или, как говорят метеорологи, румбах. Это—«роза румбов» (рис. 6). По ней легко определить направление ветра: северо-во - сточное— СВ, юго-юго-западное — ЮЮЗ и т. д. В верх­ней части флюгера есть дуга со штифтиками и рамка, на которой висит металлическая дощечка; это — простой прибор для определения скорости ветра. Рамка закреп­лена так, что ветер всегда ударяет прямо в дощечку и поднимает её вдоль дуги. По штифтикам отсчитывают силу ветра, по которой легко определить и скорость ветра, то-есть число метров, проходимых воздухом в одну секунду. Для более точных измерений скорости служат особые приборы — анемометры.

По принятой шкале ветров слабый ветер означает скорость 2—3 метра в секунду, умеренный — 4—7 метров,

Сильный 10—12 мет­ров в секунду. Да­лее идёт буря — ско­рость больше 15 мет­ров в секунду, шторм — 20 метров, жесто­кий шторм — 25 мет­ров. Наконец, при урагане скорость вет­ра превышает 30 мет­ров в секунду.

*

* *

Мы рассмотрели составные части по­годы, которые в на­уке об атмосфере на­зываются метеороло­гическими элемен­тами. Все они — и температура, и дав­ление, и ветер, и влажность— связаны друг с другом так, что изменение одного элемента влечёт за собой изменение дру­гого. Так, например, если давление воз­духа «падает», то усиливается ветер,

Появляются облака и т. д.

Некоторые изме­нения повторяются регулярно изо дня в день и связаны с вра­щением Земли во­круг своей оси, то - есть со сменой дня и ночи. Например, по­сле восхода солнца температура повы -

Шается, а ветер постепенно усиливается. Так продол­жается до двух-трёх часов дня. Затем температура пони­жается, и ветер затихает. Эти колебания существенно не изменяют погоды — она может оставаться и «плохой» и «хорошей». Но часто наблюдаются и нерегулярные, подчас весьма резкие изменения элементов погоды. Это связано со сменой воздушных масс и с прохождением огромных атмосферных вихрей — ц и к л о н о в и антицикло­но в. О том, что такое воздушные массы и как они влияют на погоду, мы сейчас и расскажем.