В начале XIX столетия возникают первые государственные сети гидрометеорологических станций.

Учение об атмосфере

Меняющиеся в пространстве и во времени характеристики атмосферы – воздушной оболочки Земли, – являются важнейшими факторами существования земной цивилизации. Особенности климата определяют территориальное размещение населенных пунктов и промышленных предприятий, способы ведения сельского хозяйства.

Сегодня вряд ли можно встретить человека, которого бы не беспокоили природные сюрпризы и прогнозы, связанные с происходящими изменениями климата Земли. Действительно, многие природные явления нередко приобретают характер стихийных бедствий, поражающих хозяйство на обширных территориях и даже целых стран. На фоне глобального потепления климата всеобщее внимание приобретают наводнения, засухи, бури, лавины. Весьма обычные и достаточно частые явления погоды, такие как метели, гололед, туманы, заморозки вынуждают человечество вести постоянную борьбу с ними с целью предотвращения и возмещения урона, который они наносят хозяйственной деятельности.

Научно-технический прогресс способствует независимости нашего благополучия от природных стихий. Но тем не менее зависимость человека от погоды весьма существенна, а потребность в метеорологических прогнозах увеличивается. Дело в том, что сложная современная техника и средства коммуникаций весьма чувствительны к неблагоприятным погодным условиям.Например, до появления авиации не было необходимости в прогнозировании ветра, температуры воздуха и других метеорологических величин на больших высотах. Сейчас ценность точной информации о ветре по маршруту полета и специализированные прогнозы погоды по аэродромам являются существенным фактором безопасности воздушных перевозок. Аналогичная ситуация в отношении Морского флота – штормовые ветры, льды, айсберги, туман увеличивают вероятность повреждения судов, задержки их в пути, дополнительного расхода горючего. Подобные примеры можно продолжать. Однако наибольший вклад прогнозы погоды вносят в обеспечение безопасности людей. Ураганные ветры, смерчи, тропические циклоны, град, сильные снегопады, внезапные наводнения наносят не только огромный экономический ущерб, по и уносят человеческие жизни.

Погода – непрерывно меняющееся состояние атмосферы в определенном месте. Она характеризуется такими метеорологическими элементами, как температура и влажность воздуха, скорость и направление ветра, количество и интенсивность атмосферных осадков и др.

Климат – осредненный за много лет режим погоды, свойственный той или иной местности на Земле и являющийся одной из ее географических характеристик. При этом под климатом понимается:

Ø совокупность всех условий погоды в данной местности за период несколько десятков лет (как правило, не менее 30 лет);

Ø типичная годовая смена этих условий и возможные отклонения от нее в отдельные годы;

Ø сочетания условий погоды, характерные для различных ее аномалий (засухи, дождевые периоды, похолодания и прочее).

Таким образом, в отличие от погоды, которая относится к конкретному отрезку времени, климат отражает состояние атмосферы за многолетний период несколько десятков лет.

Краткая история наблюдения погоды и ее прогноза. Первый научный трактат о погоде написан Аристотелем в 4 веке до нашей эры. В своей работе «Метеорологика» Аристотель впервые обозначил новую науку и сформулировал ряд важных утверждений: о взаимосвязи атмосферы и океана, о круговороте воды в Природе и др.

Ученик Аристотеля Теофаст (372 – 287 гг. до н.э.) является автором первого трактата о приметах погоды, он в стихотворной форме обработал имеющиеся в то время приметы и наблюдения за погодой (более 200). Некоторые положения этого трактата известны многим до настоящего времени:

Если ветер дует к вечеру – моряку бояться нечего, Если дует он с утра – моряку не ждать добра», «Если тучи громоздятся в виде башен или скал, – скоро ливнем разразятся, налетит жестокий шквал».

В средние века появляется погодный фольклор – приметы, которые выражали результаты народных наблюдений за погодой. И формулировались на основе выявления взаимосвязи реакции растений, животных, человека на ожидаемые изменения погоды: «Если береза опушается наперед клена и ольхи – жди сухого лета», «Собаки катаются по земле – быть дождю или снегу»; «Звон в ушах зимой – к оттепели, летом – к ненастью» и др. Относиться к таким приметам следует в большинстве случаев как к народному фольклору, не имеющему никакого отношения к изменениям погоды.

Однако некоторые приметы, например, такие как «Сережки на кленах – сей свеклу», «Зацвела фиалка – сей морковь и петрушку», «Если лист березы развернется полностью – можно сажать картофель», имеют вполне научное обоснование, поскольку учитывают требования, предъявляемые растениями к условиям среды. Известно, например, что береза зеленеет за 5 – 6 дней до перехода средней суточной температуры воздуха через 10°С в сторону ее увеличения. А оптимальная температура для произрастания картофеля 10 – 12°С, что и было замечено древними агрометеорологами во времена когда еще не изобрели прибора для измерения температуры воздуха. Однако, несмотря на сложившуюся практику бытового использования примет о погоде, доверять им следует с известной долей осторожности.

Известный отечественный метеоролог Б.П. Мультановский говорил: «Стремление человечества к предсказанию погоды также старо, как само человечество». Первые попытки предвидения погоды, основанные на местных признаках, относятся к глубокой древности. Попытки регулярных метеорологических наблюдений делались в Египте, Китае, Индии, странах Средиземноморья, где существовали зачаточные научные представления об атмосферных процессах. Наблюдения над наиболее выдающимися гидрометеорологическими явлениями велись и регистрировались и в средние века.

Когда же Галилеем и его учеником – Торричелли, в XVII веке были изобретены первые метеорологические приборы – барометр, термометр [10], стали предприниматься попытки предсказания погоды по изменению атмосферного давления.

Но только изобретение телеграфа создало предпосылки для широкого развития синоптического метода и позволило создать службу погоды. Практическим толчком к этому послужила буря 14 февраля 1854 г., во время которой в Балаклавской бухте погибло много кораблей англо-французского флота, действовавшего на Чёрном море в период Крымской войны (1853 – 1856). Французский учёный У. Леверье проследил перемещение этой бури в Европе по данным имевшихся наблюдений и пришёл к выводу, что её можно было своевременно предсказать при условии оперативного обмена данными наблюдений между разными странами.

В начале XIX столетия возникают первые государственные сети гидрометеорологических станций.

В апреле 1834 г. согласно «высочайшему соизволению», имевшему силу закона и подписанному Императором Николаем I, в Санкт-Петербурге при Корпусе горных инженеров была учреждена «Нормальная обсерватория» под руковадством академика Купфера, и ряд ее филиалов. С этого времени метеорологическая сеть России начала вести регулярные метеорологические и магнитные наблюдения по единому руководству.

К середине XIX века относится и организация первых гидрометеорологических институтов, в том числе Главной физической (ныне геофизической) обсерватории в Петербурге. Ее директору с 1868 по 1895 г. Г.И. Вильду принадлежит историческая заслуга организации образцовой гидрометеорологической сети в России и ряд капитальных исследований климатических условий страны. Его помощник и позднее директор обсерватории М.А. Рыкачёв в начале семидесятых годов был организатором службы погоды в России.

В Главную физическую обсерваторию в Петербурге метеорологические телеграммы начали поступать в 1856 г., а в 1872 г. в России под руководством М.А. Рыкачёва начато издание ежедневного бюллетеня погоды. Первое штормовое предупреждение по Балтийскому морю было дано 10 октября 1874 г.

Развитие гидрометеорологии в XX столетии шло все нарастающими темпами. В настоящее время объем гидрометеорологических исследований и публикаций бурно растет; быстро развивается и международное научное сотрудничество в данной области. Создаются новые конструкции приборов с использованием достижений современной техники. Следует отметить применение в последние десятилетия в гидрометеорологических целях радиолокации для обнаружения скоплений облаков, областей выпадения осадков, гроз, крупных атмосферных вихрей (тропические циклоны), слежения их эволюции и перемещения. Для исследования высоких слоев атмосферы производят выпуски метеорологических и геофизических ракет с приборами, показания которых передаются по радио. Потолок подъема ракет в настоящее время стал уже неограниченным. В 1957 – 1958 гг. в СССР, а затем в США начались запуски спутников Земли с автоматическими приборами.

В каждой стране, в том числе и в России, существует государственная сеть гидрометеорологических станций, отвечающая требованию единооб­разной и согласованной работы. Помимо нее существуют и гидроме­теорологические станции специального назначения, связанные с различными потребностями науки и народного хозяйства.

В России в настоящее время после ряда преобразований, Гидрометеорологическая служба функционирует как самостоятельная Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). Росгидромет является федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по оказанию государственных услуг в области гидрометеорологии и смежных с ней областях, мониторинга окружающей среды, ее загрязнения, государственному надзору за проведением работ по активному воздействию на метеорологические и другие геофизические процессы.Главная цель деятельности Росгидромета – снижение угрозы жизни населения и ущерба экономике страны от погодно-климатических явлений, и обеспечение высокого уровня гидрометеорологической безопасности России.

В структуру Росгидромет входит (рис.1.1):

– свыше двадцати территориальных управлений по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (УГМС), большинство которых в своем составе имеют региональные центры по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ЦГМС), расположенные в административных центрах;

– около 20 научно-исследовательских институтов;

– оперативно-производственные подразделения (Главный радиометеорологический центр, Главный авиаметеорологический центр, Главный вычислительный центр);

– военизированные службы активных воздействий на гидрометеорологические процессы.

С 1999 г. созданы метеоагентства для организации специализированного гидрометеорологического обеспечения.

Рис. 1.1. Структура Гидрометеорологической службы России (сайт Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды http://meteorf.ru/default.aspx)

Всемирная метеорологическая организация(ВМО) – специализированное межправительственное учреждениеОрганизации Объединённых Нацийв областиметеорологии. Основано в1950 году. Является компетентным органом ООН по вопросам наблюдения за состоянием атмосферы Земли и её взаимодействия с океанами. Штаб-квартира ВМО находится вЖеневе,Швейцария. Всемирная служба погоды, созданная Всемирной метеорологической организацией (ВМО) 1 января 1968 года – мировая система, состоящая из:

· сети метеорологических (и аэрологических) станций и других средств производства наблюдений (метеорологические спутники, ракеты и др.) по единой глобальной программе;

·

· метеорологических центров для обработки данных наблюдений и хранения материалов в глобальном масштабе;

· глобальной службы телесвязи для быстрого обмена данными наблюдений и обработанной информацией.

Всемирная служба погоды включает три мировых и двадцать пять региональных метеорологических центров, соединённых между собой каналами быстродействующей связи. Мировые метеорологические центры находятся в Москве (Гидрометцентр России), Вашингтоне и Мельбурне и функционируют с 1965 года. На сегодняшний день ВМО включает около 200 стран-участниц и опирается на глобальную систему наблюдений, включающую различные виды наземных станций и метеорологические спутники. Основная цель всемирной службы погоды – централизовать сбор и обработку сведений о состоянии погоды на всём земном шаре для улучшения и облегчения работы национальных метеорологических служб. Мировые и региональные центры распространяют готовые карты и сводки текущей и будущей погоды и состояния океанов, которые используются национальными и местными метеорологическими службами. Сбор, обработка и обмен информацией по каналам связи автоматизированы. Вся информация, поступающая в прогностические центры, обрабатывается на мощных ЭВМ.

Метеорологические наблюдения.Фактические сведения об атмосфере, погоде и климате получают при наблюдениях, т.е. при проведении количественных измерений значений метеорологических элементов и качественной оценки процессов, протекающих в атмосфере.

К метеорологическим элементам наблюдения относятся: температура и влажность воздуха, атмосферное давление, ветер, облачность, осадки, туманы, метели, грозы, видимость, а также температура почвы или поверхностного слоя воды, испарение, высота и состояние снежного покрова, продолжительность солнечного сияния. Наиболее полные наблюдения производятся в метеорологических и аэрологических обсерваториях, имеющихся во всех странах мира. Кроме обсерваторий, наблюдения ведутся на многих тысячах метеорологических станциях и многих сотнях аэрологических станциях по всему Земному шару.

В РоссииГосударственная наблюдательная сеть региональных управлений по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (УГМС) включает следующие наблюдательные подразделения (НП):

§ метеорологические;

§ гидрологические (речные и озерные);

§ агрометеорологические;

§ аэрологические;

§ актинометрические;

§ радиометеорологическое;

§ озонометрические, в том числе – за ультрафиолетовой радиацией;

§ ионосферные и магнитные наблюдения;

§ пункты наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха;

§ пункты радиационного мониторинга;

§ пункты наблюдений за загрязнением поверхностных вод суши.

Гидрометеорологические подразделения во всех странах мира должны вести наблюдения однотипными приборами, по единой методике, в определенные согласованные сроки.

По данным на 2010 г. на Земном шаре работают десятки тысяч метеорологических станций. На территории бывшего Советского Союза насчитывается около 4000 гидрометеорологических станций с полной программой наблюдений, и еще несколько тысяч метеорологических постов для наблюдений над осадками и снежным покровом. Наблюдения производятся и на тысячах торговых судов. Для регулярных наблюдений в океанах применяются специальные корабли погоды (метеорологические суда), длительно находящиеся в определенных районах океана.

На наземных метеорологических станциях в настоящее время приземные метеорологические наблюдения проводятся в единые сроки 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18, 21 ч ВСВ (всемирное скоординированное время – UTC), что соответствует 03, 06, 09, 12, 15, 18, 21, 00 ч МЗВ (московское зимнее время). Время по ВСВ не переводится ни зимой, ни летом. Для тех мест, где есть переход на летнее время, смещение относительно ВСВ меняется.

Результаты метеорологических наблюдений немедленно передаются по каналам связи в органы службы погоды. Там по ним составляются синоптические карты и другие материалы, служащие для предсказания погоды.

Наблюдения на метеорологических станциях ведутся с помощью специальных измерительных приборов. Для сравнения результатов измерений, производимых на различных метеостанциях, метеорологические приборы делают однотипными и устанавливают так, чтобы их показания не зависели от случайных местных условий.

Всё большее значение приобретают дистанционные и автоматические метеорологические приборы. Станции оснащаются также самопишущими приборами,дающими непрерывную автоматическую регистрацию важнейших метеорологических элементов (температуры и влажности воздуха, атмосферного давления, ветра и др.).