Метеорология как наука

на 10° С. Если воздух с относительной влажностью ок. 50% поднимется более чем на 1 км,

начнется образование  облака. Конденсация сначала происходит у основания облака, которое 

растет вверх до тех пор, пока воздух не перестанет подниматься и, следовательно, охлаждаться.

Летом этот процесс  легко увидеть на примере пышных кучевых облаков с плоским  основанием и 

воздымающейся и опускающейся вместе с перемещением воздуха вершиной. Облака

формируются также  в фронтальных зонах, когда теплый воздух скользит вверх, надвигаясь на

холодный, и при этом охлаждается до состояния насыщения. Облачность возникает и в областях

низкого давления с  восходящими потоками воздуха. 

Туман представляет собой  облако, расположенное у самой  земной поверхности. Он часто 

опускается на землю  в тихие, ясные ночи, когда воздух влажный, а земная поверхность 

охлаждается, излучая  в пространство тепло. Туман также  может образоваться при прохождении 

теплого влажного воздуха  над холодной поверхностью суши или  воды. Если холодный воздух

оказывается над поверхностью теплой воды, прямо на глазах возникает  туман испарения. Он

часто образуется по утрам поздней осенью над озерами, и тогда кажется, что вода кипит. 

Конденсация является сложным процессом, при котором  микроскопические частицы 

содержащихся в  воздухе примесей (сажи, пыли, морской  соли) служат ядрами конденсации, вокруг

которых формируются капельки воды. Такие же ядра необходимы для замерзания воды в

атмосфере, так как  в очень чистом воздухе при  их отсутствии капельки воды не замерзают  до

температур ок. –40° С. Ядро льдообразования представляет собой маленькую частицу, похожую

по структуре на кристалл льда, вокруг которой и  формируется кусочек льда. Вполне естественно,

что находящиеся в  воздухе ледяные частицы являются лучшими ядрами льдообразования. В  роли

таких ядер выступают  также мельчайшие глинистые частички, они приобретают особенное

значение при температурах ниже –10°–15° С. Таким образом, создается странная ситуация:

капельки воды в  атмосфере почти никогда не замерзают  при переходе температуры через 0° С.

Для их замерзания требуются  существенно более низкие температуры, особенно если в воздухе 

содержится мало ядер льдообразования. Одним из способов стимулирования выпадения осадков 

является распыление в облаках частичек йодистого  серебра – искусственных ядер конденсации.

Они способствуют смерзанию  крошечных капелек воды в ледяные  кристаллы, достаточно

тяжелые, чтобы выпадать в форме снега.

Формирование дождя  или снега – довольно сложный  процесс. Если ледяные кристаллы  внутри

облака слишком  тяжелы, чтобы оставаться взвешенными  в восходящем потоке воздуха, они 

выпадают в виде снега. Если нижние слои атмосферы достаточно теплые, снежинки тают и 

выпадают на землю  дождевыми каплями. Даже летом в  умеренных широтах дожди обычно

зарождаются в форме  льдинок. И даже в тропиках дожди, выпадающие из кучево-дождевых

облаков, начинаются с ледяных частичек. Убедительным доказательством того, что лед  в облаках 

существует даже летом, служит град.

Дождь обычно идет из «теплых» облаков, т.е. из облаков с  температурой выше точки замерзания.

Здесь мелкие капельки, несущие заряды противоположного знака, притягиваются и сливаются в

более крупные капли. Они могут увеличиться настолько, что станут слишком тяжелыми,

перестанут удерживаться в облаке восходящими потоками воздуха  и прольются дождем.  
 

Климат  и климатообразующие  факторы

Древнегреческий астроном Гиппарх (2 в. до н.э.) условно разделил поверхность Земли 

параллелями на широтные зоны, отличающиеся по высоте полуденного  стояния Солнца в самый

длинный день года. Эти зоны были названы климатами (от греч. klima – наклон, первоначально

означавшего «наклон солнечных лучей»). Таким образом, было выделено пять климатических зон:

одна жаркая, две  умеренных и две холодных, –  которые и составили основу географической

зональности земного  шара.

Более 2000 лет термин «климат» употреблялся именно в таком  смысле. Но после 1450, когда 

португальские мореплаватели  пересекли экватор и вернулись  на родину, появились новые факты,

потребовавшие пересмотра классических воззрений. В числе сведений о мире, приобретенных во

время путешествий  первооткрывателей, были и климатические  характеристики выделенных зон

, что позволило  расширить сам термин «климат». Климатические зоны уже не  были лишь 

математически рассчитанными  по астрономическим данным районами земной поверхности (т.е.

жарко и сухо там, где  Солнце поднимается высоко, а холодно  и сыро там, где оно стоит низко, а 

потому слабо греет). Было обнаружено, что климатические  зоны не просто соответствуют 

широтным поясам, как  это представлялось ранее, а имеют  весьма неправильные очертания. 

Солнечная радиация, общая циркуляция атмосферы, географическое распределение материков и 

океанов и крупнейшие формы рельефа – главные факторы, влияющие на климат суши. Солнечная 

радиация является важнейшим фактором климатообразования и поэтому будет рассмотрена 

более подробно.

Радиация

В метеорологии термин «радиация» означает электромагнитное излучение, к которому относят 

видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, но не включают радиоактивное 

излучение. Каждый объект в зависимости от своей температуры  испускает разные лучи: менее 

нагретые тела –  главным образом инфракрасные, горячие  тела – красные, более горячие  – белые 

(т.е. эти цвета  будут преобладать при восприятии  нашим зрением). Еще более горячие  объекты 

испускают голубые лучи. Чем сильнее нагрет объект, тем больше он излучает световой энергии. 

В 1900 немецкий физик  Макс Планк разработал теорию, объясняющую  механизм излучения 

нагретых тел. Эта  теория, за которую в 1918 он был удостоен Нобелевской премии, стала одним 

из краеугольных камней физики и положила начало квантовой  механике . Но не всякое световое

излучение испускается  нагретыми телами. Существуют и другие процессы, вызывающие свечение,

например флюоресценция.

Хотя температура  внутри Солнца составляет миллионы градусов, цвет солнечного света 

определяется температурой его поверхности (ок. 6000°С). Электрическая лампа накаливания

испускает световые лучи, спектр которых существенно отличается от спектра солнечного света,

так как температура  нити накала в лампочке составляет от 2500° С до 3300° С.

Метеорология  и климатология

Преобладающим типом  электромагнитного излучения облаков, деревьев или людей является

инфракрасное излучение, невидимое для человеческого  глаза. Оно является основным способом

вертикального обмена энергией между земной поверхностью, облаками и атмосферой.

Метеорологические спутники оснащены специальными приборами, которые  выполняют съемку в

инфракрасных лучах, испускаемых в космическое пространство облаками и земной поверхностью.

 Более холодные, чем земная поверхность, облака  излучают меньше и, следовательно,  выглядят в

инфракрасных лучах темнее, чем Земля. Большое преимущество инфракрасной фотосъемки

заключается в том, что ее можно проводить круглосуточно (ведь облака и Земля излучают

инфракрасные лучи постоянно).

Угол  инсоляции.

Величина инсоляции (приходящей солнечной радиации) меняется во времени и от места к месту  в

соответствии с  изменением угла, под которым солнечные  лучи падают на поверхность Земли: чем 

выше Солнце над  головой, тем она больше. Изменения  этого угла определяются в основном

обращением Земли  вокруг Солнца и ее вращением вокруг своей оси.

Приборы для измерения  осадков.

Атмосферные осадки состоят  из частиц воды как в жидком, так и твердом виде, которые поступают

из атмосферы на земную поверхность. В стандартных незаписывающих осадкомерах приемная

воронка вставлена  в измерительный цилиндр. Соотношение  площади верхней части воронки  и 

поперечного сечения  мерного цилиндра 10:1, т.е. 25 мм выпавших осадков будут соответствовать 

в цилиндре отметке 250 мм.

Записывающие осадкомеры – плювиографы – автоматически взвешивают собранную воду или

подсчитывают, сколько  раз маленький измерительный  сосуд наполнится дождевой водой  и 

автоматически опорожнится.

Если ожидается  выпадение осадков в виде снега, воронка и измерительный стакан убираются, а 

снег собирается в  осадкомерное ведро. Когда снег сопровождается умеренным или сильным

ветром, количество снега, попадающее в сосуд, не соответствует  действительному количеству

осадков. Высота снежного покрова определяется измерением мощности слоя снега в пределах

типичной для данного  района территории, причем берется  среднее значение по меньшей мере

трех измерений. Для  установления водного эквивалента  на участках, где воздействие метелевого

переноса минимально, в толщу снега погружают цилиндр  и вырезают столбик снега, который 

растапливают или  взвешивают. Количество осадков, измеряемое осадкомером, зависит от его

расположения. Турбулентность воздушного потока, вызванная самим  прибором или окружающими 

его препятствиями, приводит к занижению количества попадающих в измерительный стакан

осадков. Поэтому осадкомер  устанавливается на ровной поверхности  как можно дальше от

деревьев и других препятствий. Для снижения воздействия  вихрей, создаваемых самим прибором,

используется защитный экран.

Ветроуказатель -  конус-ветроуказатель, колдун или колбаса — конус из ткани, предназначенный для указания направления и приблизительной скорости ветра. Используется главным образом в авиации, а также на химических заводах, где существует риск утечки газа. Располагается на летном поле аэродрома, открытых площадках, возвышенностях.

Метеорологическому направлению ветра соответствует направление, противоположное указываемому ветроуказателем. Аэронавигационное направление ветра соответствует направлению, указываемому ветроуказателем. Размер части ветроуказателя, расположенной горизонтально, пропорционален скорости ветра: при невысокой скорости часть ветроуказателя «провисает»; при высокой скорости ветра всё полотнище ветроуказателя расположено горизонтально.

Устройство и порядок  размещения ветроуказателя в России регламентируется ГОСТ25269-82^[1].

Стандартами Федерального управления гражданской авиации США (FAA) конструкция ветроуказателя предусматривает полное раскрытие, горизонтальное положение всего полотнища при скорости ветра 28 км/ч (7,8 м/сек; 15 узлов; 17 миль в час). Действительное направление ветроуказатель должен указать при минимальной скорости ветра 5,6 км/ч (1,6 м/сек; 3 узла; 3,5 мили в час). Для обеспечения контроля за скоростью и направлением ветра в тёмное время суток может применяться подсветка ветроуказателя.