Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной? - Игорь Кароль

Кое-кто из читателей наверняка видел метеорологические площадки (рис. 16 цв. вклейки). В центральной ее части располагается так называемая психрометрическая будка, в которой на высоте двух метров находятся термометры для измерения температуры воздуха и психрометр для измерения влажности (а также самописцы – термограф и гигрограф). Над площадкой, на высоте до десяти метров, возвышается флюгер и (или) анеморумбограф для измерения скорости и направления ветра. Осадки собираются в ведро, защищенное от их выдувания, и измеряются осадкомером. Белый цилиндр, стоящий на столбике, заключает в себе самописец осадков – плювиограф. А на небольшом участке взрыхленной почвы в углах метеорологической площадки помещаются термометры для измерения температуры почвы.

До 1936 г. основные наблюдения проводились три раза в сутки (в 7, 13, 21 час по местному солнечному времени (времени данного часового пояса)), а в период с 1936 по 1966 г. – четыре раза в сутки (в 0, 7, 13, 19 часов). Сегодня такие наблюдения осуществляются восемь раз в сутки в часы, значения которых кратны трем (0, 3, 6, 9 … часов по московскому декретному времени). Наблюдатель выходит на площадку и снимает показания термометров, фиксирует скорости и направления ветра по флюгеру; контролирует показания анеморумбографа – самописца (его показания снимаются с экрана внутри помещения метеостанции) и визуально определяет форму и количество облаков, дальность видимости, а также отмечает характер погоды и атмосферные явления (туман, грозу, шквал, метель, пыльную бурю и др.), если они возникли. Осадки измеряются реже, всего два раза в сутки.

Состояние площадки и приборов на ней, правильность наблюдений и их записи время от времени выборочно проверяются инспекторами методического отдела Главной геофизической обсерватории. Здесь же проходят проверку метеорологические приборы, а также разрабатываются методические указания (наставления гидрометеорологическим станциям и постам по производству наблюдений).

Дальнейшее совершенствование измерительной метеорологической техники идет по пути создания автоматических измерителей метеорологических элементов, объединенных в одном комплексном приборе. Такие станции уже работают во многих труднодоступных пунктах РФ без непосредственного участия человека. В развитых странах на метеостанциях и в крупных аэропортах используются автоматические приборы для измерения всего набора метеорологических элементов.

Результаты ежедневных метеорологических наблюдений на станциях кодируются и передаются во Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации – Мировой центр данных (ВНИИГМИ – МЦД) в г. Обнинске под Москвой. Часть данных публикуется в метеорологических ежемесячниках. Аналогичные ежемесячники и ежегодники издаются также и в других странах. В последнее время метеорологические данные мировой сети данных размещаются в Интернете.

При использовании этих материалов следует учитывать наличие различий в сроках измерений (например, где-то измерения производят один раз в три часа, а где-то ежечасно; где-то в 0, 3, 6… часов, где-то в 0, 4, 8, 12… часов местного времени, да еще с учетом сдвига времени в разных странах), единицах измерения метеоэлементов между странами. Так, атмосферное давление в одних странах измеряется в миллибарах, в других – в дюймах, температура – в градусах Цельсия или Фаренгейта и т. д. Даже долгота размещения самих станций может отсчитываться по-разному: встречаются отсчеты долготы не от Гринвича, а от Парижа и Мадрида.

В программу работ ряда метеорологических станций входят актинометрические наблюдения (наблюдения за лучистой энергией Солнца). В России они проводятся в настоящее время на 186 станциях. В Главную геофизическую обсерваторию им. А. И. Воейкова, как в Мировой центр сбора актинометрических данных, поступает информация о солнечной радиации с актинометрической сети станций всего мира.

Система аэрологических наблюдений, в задачу которой входит вертикальное зондирование атмосферы (измерения на разных высотах), включает ряд пунктов радиозондирования. 30 января 1930 г. в Павловске (под Петербургом) был запущен первый в мире радиозонд, сконструированный сотрудником Главной геофизической обсерватории П. А. Молчановым (рис. 18 цв. вклейки). Прибор достиг высоты 9 км, и его сигналы были приняты на земле. На основании аэрологических данных рассчитываются климатические характеристики на различных высотах в атмосфере, используемые в дальнейшем при анализе состояния приземного слоя воздуха и более высоких его слоев.

Аэрологическая сеть России в доперестроечный период насчитывала более 150 станций, измерения на некоторых из них производились до четырех раз в сутки. Сейчас сократилась как сама сеть, так и число проводимых суточных измерений – до одного…

Глобальная аэрологическая сеть наблюдений за климатом включает около 150 станций, сравнительно равномерно расположенных по территории Земли. В их число входит 10 аэрологических станций на территории РФ и два принадлежащих России пункта в Антарктике. К сожалению, эта сеть не в полной мере отвечает требованиям обнаружения климатических изменений в свободной атмосфере (т. е. выше пограничного слоя Земли), особенно на севере и северо-востоке России.

В некоторой степени этот пробел восполняют спутниковые наблюдения, главным достоинством которых являются глобальность и уникальность информации. Например, сведения о радиационных процессах на границах атмосферы могут быть получены только с помощью спутников.

В оперативной спутниковой системе наблюдений за окружающей средой используются спутники двух видов: 1) спутники, движущиеся по проходящим вблизи полюса низко расположенным (от 600 до 1500 км над Землей) орбитам; 2) геостационарные спутники, находящиеся на высоте около 36 тыс. км, вращающиеся по экваториальным орбитам. Они постоянно находятся над одним и тем же участком поверхности Земли.

Спутники первого вида над тем или иным районом находятся примерно в одно и то же время (за счет синхронизации скорости вращения спутника со скоростью вращения Земли). Размещенная на них аппаратура позволяет получать снимки достаточно большого разрешения, охватывающие на местности полосу около 1000 км; в некоторых случаях можно разглядеть даже движущуюся машину. Геостационарные спутники находятся в фиксированном положении относительно одной и той же точки на экваторе, так как на высоте их вращения орбитальная скорость спутника совпадает со скоростью вращения Земли. Эти спутники могут обеспечивать почти непрерывные наблюдения за участками земного шара, находящимися в их зоне видимости. Однако снимки с них имеют гораздо меньшее разрешение (видны только крупные особенности земной поверхности).

Со спутников ведутся телевизионные, инфракрасные, микроволновые, радарные и лазерные съемки. Они помогают получить информацию об облачности, снежном и ледяном покрове, температуре, влажности, отражательной способности почвы, компонентах радиационного баланса Земли и атмосферы, эволюции туманов, дрейфа айсбергов. Новые косвенные методы позволяют определять с помощью снимков многие производные характеристики, например осадки и ветер, вертикальное распределение температуры и влажности.

На рис. 24 изображена существовавшая в 2004 г. система метеорологических спутников Земли, состоявшая из 8 геостационарных спутников (США, России, Индии, Японии, Китая, Европейского космического агентства и полярных спутников США и России).

В РФ к настоящему времени не осталось спутниковых систем, измерения с которых можно было бы использовать для наблюдений за климатом. С этой целью работают спутники США и ЕС, но два российских геостационарных спутника готовятся к запуску.

Рис. 24. Система метеорологических спутников Земли в 2004 г.

* EUMETSAT – Европейская организация по эксплуатации метеорологических спутников

Дополняет атмосферный мониторинг система радиолокационных наблюдений (наблюдений с помощью метеорологического радиолокатора), поставляющая сведения о полях облачности и связанных с ними явлениях погоды (гроза, град, ливневые осадки и др.) в радиусе до 300 км. В нашей стране функционирует более 100 радиолокационных станций в окрестностях аэропортов и больших городов. Наблюдения по полной программе проводятся 8 раз в сутки или даже чаще (при сложной метеорологической обстановке). В результате обработки и анализа первичной радиолокационной информации получают карты облачности и явлений погоды, на которых отмечаются горизонтальные размеры и вертикальная протяженность облачности, направление и скорость перемещения облачных систем, грозовые явления.