Метеорология как наука

Метеорология — наука о строении и свойствах земной атмосферы и совершающихся в ней физических процессах. Во многих странах метеорологию называют физикой атмосферы. Значительная часть метеорологов занимается моделированием прогноза погоды, климата, исследованием атмосферы (с помощью радаров, спутников и др.). Другие работают в правительственных и военных организациях и частных компаниях, обеспечивающих прогнозами авиацию, мореплавание, сельское хозяйство, строительство, а также передают их по радио и телевидению. 

Метеорология  изучает  явления, происходящие в земной атмосфере : давление, температуру, влажность воздуха, облачность, осадки, дождь, снег и т. д. В отличие от ближайшей к ней науки - физики,  науки опытной - Метеорология  наука наблюдательная. Явления, происходящие в земной атмосфере, до крайности сложны и находятся во взаимной зависимости одни от других, и обобщения возможны лишь при наличности обширного, возможно точного материала, добытого наблюдениями . Так как воздух теплопрозрачен, т. е. пропускает значительное количество тепла, лишь мало нагреваясь от солнечных лучей, то значительное количество солнечного тепла доходит до поверхности суши и вод земного шара. Так как притом и суша, и вода имеют гораздо большую  теплоемкость, чем воздух (при одинаковом объеме первая более 1500 раз, вторая более 3000 раз), то понятно, какое влияние на температуру нижнего слоя воздуха оказывают температура поверхности суши и вод земного шара, а нижние слои воздуха всего более исследованы. Поэтому исследование верхних слоев суши и вод, особенно их температуры, входит в область Метеорологии. По мере накопления материала и его научной разработки, Метеорология  стала разбиваться на части или отделы. Еще сравнительно недавно в  Метеорологии  решительно господствовал метод средних величин ,  в настоящее время он имеет особое значение для климатологии , т. е. части Метеорологии, но и здесь все более и более обращают внимание на разности и колебания метеорологических элементов, изображая их не только цифрами, но и более наглядно, на графических таблицах и картах. Чем меньше колебания, тем более постоянен климат и тем большее значение приобретают средние величины. Если же колебания очень велики и часты, то средние величины гораздо меньше характеризуют климаты, чем там, где колебания меньше.

Метеорология – наука о земной атмосфере, её строении, свойствах и происходящих в ней

явлениях и процессах. Задачи современной метеорологии не ограничиваются объяснением

 физической сущности  атмосферных процессов. Углубленное  изучение физики атмосферы 

позволило выделить ряд  самостоятельных наук (научных дисциплин), имеющих свои объекты

 изучения. К таким  наукам относятся: прежде всего синоптическая метеорология, изучающая

погоду и методы её предсказания; динамическая метеорология, изучающая теоретические

вопросы физики атмосферы  с широким использованием современного математического

аппарата; климатология, изучающая средний режим погоды отдельных районов в зависимости от

их географического  положения и физико-географических особенностей. Процессы, происходящие

в средних и высоких  слоях атмосферы (от 1.5 км до нескольких десятков км) изучает аэрология. В

последние годы, в  связи с интенсивным развитием  космонавтики, получила развитие аэрономия –

наука, изучающая самые  высокие слои атмосферы (более 100 км) с помощью метеорологических 

и геофизических ракет  и искусственных спутников Земли.

В процессе практического  использования метеорологических  сведений выделялись и продолжают

выделяться некоторые  прикладные отрасли метеорологии. Важнейшие  из них –

сельскохозяйственная  метеорология, авиационная метеорология, космическая метеорология,

морская метеорология, медицинская метеорология и др.

Среди перечисленных  выше дисциплин синоптическая метеорология занимает особое место.

Знание причин возникновения  различных атмосферных явлений, умение предсказывать эти 

явления, особенно стихийные, имеет большое практическое значение. 
 

Температура, атмосферное  давление, плотность и влажность  воздуха, скорость и направление 

ветра – основные показатели состояния атмосферы, а  к дополнительным параметрам относятся 

данные о содержании таких газов, как озон, углекислый газ и т.п.

Характеристикой внутренней энергии физического тела является температура, которая 

повышается с увеличением  внутренней энергии среды (например, воздуха, облаков и т.д.), если

баланс энергии  положителен. Основными составляющими  энергетического баланса являются

нагревание при  поглощении ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения; остывание 

за счет излучения  инфракрасной радиации; теплообмен с  земной поверхностью; приобретение

или потеря энергии  при конденсации или испарении  воды, а также при сжатии или  расширении

воздуха. Температура  может измеряться в градусах по шкалам Фаренгейта (F), Цельсия (С) или 

Кельвина (К). Минимальная  возможная температура, 0° по шкале Кельвина, называется

«абсолютным нулем». Разные температурные шкалы связаны  между собой соотношениями: 

F = 9/5 С + 32; С = 5/9 (F – 32) и К = С + 273,16,

где F, С и К соответственно обозначают температуру в градусах по шкалам Фаренгейта, Цельсия и

Кельвина. Шкалы Фаренгейта и Цельсия совпадают в точке  –40°, т.е. –40° F = –40° C, что можно

проверить по приведенным  выше формулам. Во всех прочих случаях  значения температур в

градусах по шкалам Фаренгейта и Цельсия будут различаться. В научных исследованиях обычно

используются шкалы  Цельсия и Кельвина. 

Атмосферное давление в каждой точке обусловлено массой вышележащего столба воздуха. Оно 

изменяется, если меняется высота столба воздуха над данной точкой. Давление воздуха на

уровне моря составляет ок. 10,3 т/м². Это означает, что вес столба воздуха с горизонтальным

основанием площадью 1 кв.м на уровне моря составляет 10,3 т. 

Плотность воздуха  – это отношение массы воздуха  к занимаемому им объему. Плотность  воздуха 

возрастает при  его сжатии и уменьшается при  расширении. 

Температура, давление и плотность воздуха связаны  между собой уравнением состояния. Воздух

в значительной степени  подобен «идеальному газу», для которого, согласно уравнению состояния,

температура (выраженная в шкале Кельвина), умноженная на плотность и разделенная на

давление, есть величина постоянная. 

Согласно второму  закону Ньютона (закону движения), изменения  скорости и направления ветра 

обусловлены действующими в атмосфере силами. Это сила тяжести, которая удерживает слой

воздуха у земной поверхности, градиент давления (сила, направленная из области высокого

давления в область  низкого) и сила Кориолиса . Сила Кориолиса

оказывает влияние  на ураганы и другие крупномасштабные погодные явления. Чем меньше их

масштабы, тем менее  существенна для них эта сила. Например, от нее не зависит направление  вращения смерча (торнадо). 
 

Синоптические объекты

Циклоны и  антициклоны. Циклоны – это крупномасштабные атмосферные возмущения в области

низкого давления. В  Северном полушарии ветры дуют из области высокого в область низкого

давления против часовой  стрелки, а в Южном полушарии  – по часовой стрелке. В циклонах

умеренных широт, называемых внетропическими, обычно выражен холодный фронт, а теплый,

если и существует, не всегда хорошо заметен. Внетропические циклоны часто формируются с

подветренной стороны  горных хребтов, например над восточными склонами Скалистых гор и 

вдоль восточных берегов  Северной Америки и Азии. В умеренных  широтах с циклонами связана

большая часть осадков.

Антициклон – это  область повышенного давления воздуха. Обычно с ним связана хорошая  погода

при ясном или малооблачном небе. В Северном полушарии дующие из центра антициклона ветры 

отклоняются по часовой  стрелке, а в Южном – против часовой стрелки. Размеры антициклонов

обычно больше, чем  циклонов, и перемещаются они медленнее.

Поскольку в антициклоне  воздух растекается от центра к периферии, более высокие слои воздуха 

опускаются, компенсируя  его отток. В циклоне, наоборот, воздух, вытесняемый сходящимися

ветрами, поднимается  вверх. Поскольку именно восходящие движения воздуха приводят к

формированию облаков, облачность и осадки приурочены большей частью к циклонам, тогда как в

антициклонах преобладает ясная или малооблачная погода.

Тропические циклоны (ураганы, тайфуны) – это общее название для циклонов, которые

формируются над океанами в тропиках (за исключением холодных вод Южной Атлантики и юго-

восточной части Тихого океана) и не содержат контрастных  воздушных масс. Тропические циклоны 

возникают в разных районах мира, обычно обрушиваясь  на восточные и приэкваториальные

районы материков. Они встречаются в южной и  юго-западной части Северной Атлантики (включая 

Карибское море и Мексиканский залив), в северной части Тихого океана (к западу от мексиканского

побережья, в районе Филиппинских о-вов и в Китайском  море), в Бенгальском заливе и 

Аравийском море, в  южной части Индийского океана у  берегов Мадагаскара, у северо-западного

побережья Австралии  и в южной части Тихого океана – от побережья Австралии до 140° з.д. 
 
 

Облака.

 Водяной пар – это вода в газообразном состоянии. Если воздух не способен удерживать большее

количество водяного пара, он переходит в состояние  насыщения, и тогда вода с открытой

поверхности перестает  испаряться. Содержание водяного пара в насыщенном воздухе находится 

в тесной зависимости  от температуры и при ее повышении  на 10° С может увеличиться не более,

чем вдвое. Относительная влажность – это отношение фактически содержащегося в воздухе

водяного пара к  количеству водяного пара, соответствующему состоянию насыщения.

Относительная влажность  воздуха вблизи земной поверхности  часто велика утром, когда 

прохладно. С повышением температуры относительная влажность  обычно уменьшается, даже

если количество водяного пара в воздухе мало изменяется. Предположим, что утром при

температуре 10° С относительная влажность была близка к 100%. Если в течение дня

температура понизится, начнется конденсация воды и выпадет  роса. Если же температура 

повысится, например до 20° С, роса испарится, но относительная влажность составит лишь ок.

50%.

Облака возникают  при конденсации водяного пара в  атмосфере, когда образуются либо капельки

воды, либо кристаллы  льда. Формирование облаков происходит, когда при подъеме и охлаждении

водяной пар переходит  через точку насыщения. При подъеме  воздух попадает в слои все более 

низкого давления. Ненасыщенный воздух с подъемом на каждый километр охлаждается примерно