Метеорология и климатология. Метеорология изучает явления, происходящие в земной атмосфере Принципы изучения погоды

Это наука об атмосфере, изучающая ее состав, свойства и протекающие в ней физические и химические процессы. Метеорологию кратко и емко называют физикой атмосферы. Метеорология составляет часть более общей науки - геофизики, которая изучает явления и процессы, происходящие в атмосфере, на поверхности суши и в толще почвогрунтов (рисунок 1).

Рисунок 1. Структурная схема науки – геофизики.

Основные задачи метеорологии:

• изучение всех физических и химических процессов и явлений, происходящих в атмосфере;
• изучение закономерностей, по которым эти процессы и явления происходят;
• прогнозирование наступления и развития атмосферных процессов и явлений;
• организация системы наблюдений за атмосферными явлениями и процессами;
• разработка методов управления процессами, происходящими в атмосфере;
• использование результатов метеорологической информации в отраслях народного хозяйства: прежде всего в авиации, для морского, железнодорожного и автомобильного транспорта, при проектировании и строительстве различных ответственных сооружений (линий электропередачи, зданий, водохранилищ, газопроводов и электростанций).

В прямой и непосредственной зависимости от метеорологической информации находится сельскохозяйственное производство.

Решение проблем по экологии и охране окружающей среды также связаны с метеорологическими наблюдениями за процессами загрязнения атмосферы и водных объектов.

Перечисленные основные задачи метеорологии базируютсяна решении следующих конкретных, отдельных задач или подзадач:

• изучение основных характеристик атмосферы: состава, вертикального расслоения, горизонтальной неоднородности, атмосферного давления и др.;
• изучение солнечной, земной и атмосферной радиации: потоки солнечной энергии в атмосфере, спектр солнечной радиации, приход и расход солнечной энергии;
• тепловой режим почвы и водоемов: нагревание и охлаждение почвы, суточный и годовой ход температуры поверхности почвы, изменение температуры почвы с глубиной, температурный режим водоемов;
• тепловой режим атмосферы: нагревание и охлаждение воздуха, суточные и годовые колебания температуры, влияние растительного покрова, географическое распределение температуры приземного слоя атмосферы, изменение температуры по высоте, адиабатические процессы в атмосфере;
• водяной пар в атмосфере: испарение, влажность, конденсация водяного пара, образование различных видов и разновидностей облаков;
• образование атмосферных осадков: разновидность осадков и их характеристики, распределение осадков по земной поверхности;
• воздушные течения в атмосфере: изменение скорости и направления ветра, влияние препятствий на ветер, изменение скорости и направления ветра по высоте;
• оптические явления и электрические процессы в атмосфере: рассеяние и поглощение света, дальность видимости, преломление и отражение света в атмосфере, электрическое поле и электрическая проводимость атмосферы, грозовое электричество;
• звуковые явления в атмосфере: скорость звука, преломление и отражение звука, ослабление звука в атмосфере.

Поскольку метеорология решает очень большой круг задач, то она подразделяется на несколько отдельных направлений .

Синоптическая метеорология - направление метеорологии, которое изучает закономерности развития атмосферных процессов, определяющих условия погоды, и разрабатываются методы ее прогноза.

Погодой называется состояние атмосферы и совокупность наблюдаемых в ней в данный момент явлений.

Климатология - направление метеорологии, которое изучает условия и закономерности формирования климата, распределение по земному шару и изменение климата во времени.

Климатом данной местности называется режим погоды, характерный для этой местности в многолетнем разрезе и обусловленный солнечной радиацией, характером подстилающей поверхности (поверхность, на которую направлена солнечная радиация) и циркуляцией атмосферы.

Неоднородность подстилающей поверхности определяет различный климат. Изучением особенностей климата, связанных с неоднородностью подстилающей поверхности, занимается микроклиматология .

Актинометрия - направление метеорологии, которое изучает солнечное, земное и атмосферное излучение в условиях атмосферы.

Физика атмосферы - направление метеорологии, которое изучает физические закономерности процессов и явлений, происходящих в приземном, то есть нижних слоях атмосферы, в свободной атмосфере (аэрология) и в верхних слоях атмосферы.

Иногда актинометрию относят к физике атмосферы. Физика атмосферы подразделяется на атмосферную оптику, атмосферное электричество и атмосферную акустику .

Динамическая метеорология - направление метеорологии, которое изучает динамику атмосферы (движение) и связанные с ней преобразования энергии на основе законов гидромеханики и термодинамики.

Одной из важных задач этого направления является разработка математических моделей атмосферных процессов для составления прогнозов погоды, исследования экологии окружающей среды, изменений климатических явлений.

Прикладная метеорология - направление метеорологии, которое изучает влияние различных метеорологических процессов на функционирование различных отраслей народного хозяйства.

Различают сельскохозяйственную метеорологию (агрометеорология), медицинскую метеорологию (биометеорология), авиационную метеорологию и др.

Поначалу я думал, что метеопрогнозы нужны только для того, чтобы знать, во что одеться и брать ли с собой зонтик. Но потом я узнал, что работа метеорологов важна во многих сферах жизни, а впоследствии я даже сам немножко познакомился с этой дисциплиной (у нас при воинской части была своя метеослужба). Так что, постараюсь ниже рассказать про метеорологию максимально интересно и с подробностями.

Метеорология - это наука

По сути, метеорология - это наука, которая занимается изучением атмосферы, климата. Если говорить проще, то метеорологи занимаются прогнозированием погоды. Вообще, люди пытались делать это издавна, но более-менее научный характер эта деятельность приобрела лишь в XIX веке. Именно тогда прогнозы появились и в прессе, первой их стала печатать английская газета «Таймс».

С развитием науки и техники появлялись все более совершенные теории. На данный момент метеорология занимается исследованием таких процессов:

• процессы в атмосфере, имеющие физический и химический характер;
• атмосферу, ее состав и строение;
• влагообмен и тепловой режим в атмосфере.
• различные атмосферные явления (ветра, циклоны/антициклоны и прочее).

Метеорология используется как в сугубо научных и бытовых целях, так и в транспорте (особенно это важно в авиационном и морском сообщении). Наверное, не у меня одного были отмены рейсов из-за «нелётной погоды».

Используют метеорологию и военные, притом не только летчики и моряки. Артиллеристы и снайперы тоже очень уважают метеорологов, поскольку от данных об атмосфере, ветре, влажности и т. д. очень зависит точность выстрела. Я немало повозился в свое время с метеосводками... Трудно было, зато и стреляли точно, в отличие от тех, кто метеоданными пренебрегал.

Развитие метеорологии в России

Впервые изучать погоду стали еще в XVII веке, но дальше простой фиксации дело не пошло. Лишь со второй половины XVII века постепенно стала расширяться сеть метеорологических станций, а в 1849 - создана обсерватория в Петербурге. При советской власти метеорологическую службу тоже не забыли, декрет о ней был подписан Лениным еще в 1921 году.

С момента своего возникновения человечество постоянно подвергалось благоприятным или неблагоприятным влияниям атмосферы. К настоящему времени, несмотря на высокий уровень развития, большую защищенность людей от естественных катаклизмов, такие стихийные бедствия, как засуха, наводнения, смерчи наносят потери хозяйственной деятельности людей. Все это вызывает необходимость исследования метеорологических элементов и прогнозирование погоды. Для этого надо иметь знание об использовании исследовательских приемов метеорологических элементов на наземных метеорологических станциях, аэрологических станциях, с помощью самолетов, космических ракет.

◙ Основные положения, которые необходимо знать после изучения данного модуля.

1. знать определение метеорологии и климатологи и главные разделы метеорологии;

2. знать программу наблюдений на метеорологических станциях;

3.знать и уметь использовать метеорологические приборы;

4. знать методы аэрологических наблюдений;

5. знать роль метеорологической службы и Всемирной метеорологической организации.

Проблемная лекция 1 из модуля 1

«ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ МЕТЕОРОЛОГИИ. МЕТОДЫ МЕТЕОРОЛОГИИ

И КЛИМАТОЛОГИИ. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТЕОРОЛОГИИ И КЛИМАТОЛОГИ.

ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ МЕТЕОРОЛОГИИ

Воздушная оболочка, которая окружает земную пулю, называется атмосферой. В атмосфере непрерывно происходят разнообразные физические, химические, биологические процессы, которые изменяют состояние как нижних, так и более высоких слоев атмосферы.

Метеорологией называется наука об атмосфере - воздушной оболочке Земли. Она относится к геофизическим наукам, поскольку в ней, на основе законов физики, изучаются определенные категории физических процессов, присущие Земному шару.

Климатология - это наука о климате, то есть о совокупности атмосферных условий, присущих определенной местности в зависимости от ее географической обстановки.

Климат есть, таким образом, одной из физико-географических характеристик местности. Он влияет на хозяйственную деятельность людей: на специализацию сельского хозяйства, географическое размещение промышленности, воздушный, водный и наземный транспорт. Итак, климатология - собственно говоря, географическая наука.

Основные задачи климатологии – изучение закономерностей формирования климата; исследование факторов, которые приводят к изменению климата; исследование взаимодействия климата с естественными факторами, сельским хозяйством и производственной деятельностью человека.

Климатология тесно связана с метеорологией. Понимание закономерностей климата возможно на основании тех общих закономерностей, каким подчинены атмосферные процессы. Поэтому при анализе причин возникновения разных типов климата и их распределения по Земному шару климатология исходит из понятий и законов метеорологии.

Одной из основных задач метеорологи есть объяснение сущности процессов, которые происходят в атмосфере. Поэтому метеорология может успешно развиваться только в связи с другими науками.

В первую очередь метеорология связана с географией, гидрологией, океанологией, физикой, математикой, химией. Вопрос атмосферных движений, фазовых превращений в атмосфере, температурный и тепловой режим атмосферы изучаются на основе законов гидромеханики и термодинамики. Оптические, электрические, акустические явления изучаются на основе законов физики. В метеорологии широко применяются методы математического моделирования.

Главные разделы метеорологии:

Синоптическая метеорология – наука о погоде и методах ее прогнозирования.

Физика атмосферы – наука, которая изучает термодинамические процессы в атмосфере, ее состав и строение, процессы образования облаков, туманов, осадков; изучает радиационные, оптические, электрические и акустические явления в атмосфере.

Динамическая метеорология – основана на теоретических методах исследования и широко использует аппарат математического моделирования при изучении процессов атмосферной турбулентности, переноса лучистой энергии в атмосфере и т. др.

Можно выделить еще ряд разделов метеорологии, которые развивались несколько более позднее:

агрометеорология – изучает влияние метеорологических условий на объекты и процессы сельскохозяйственного производства;

биометеорология – изучает влияние атмосферных условий на человека и другие живые организмы;

ядерная метеорология – изучает естественную и искусственную радиоактивность атмосферы, распространение в ней радиоактивных примесей, влияние ядерных и термоядерных взрывов на атмосферу;

радиометеорология – изучает влияние метеорологических условий на распространение радиоволн в атмосфере, а также исследует атмосферные процессы с помощью радиолокации.

Основная задача метеорологии – изучение атмосферных явлений за счет накопления данных об изменениях в пространстве и во времени. Конечной целью метеорологии есть отыскание возможностей и конкретных путей управления атмосферными явлениями и изменения их в желательном для нас направлении.

Промежуточные задачи, которые решает метеорология, сводятся к следующему:

получение точных данных, которые характеризуют атмосферные процессы и явления;

объяснение атмосферных процессов и явлений, то есть установление законов, управляющих их развитием;

использование найденных закономерностей для разработки методов прогнозирования атмосферных процессов;

применение найденных закономерностей развития атмосферных процессов для активной борьбы против опасных и вредных метеорологических явлений, для более полного использования сил природы в практической деятельности человека.

Для решения первой задачи в метеорологии широко используется метод наблюдений. На всем земном шаре существуют метеорологические обсерватории, станции и посты, на которых ведутся наблюдения за состоянием атмосферы по всей ее толще. Существуют также самолетные, вертолетные, спутниковые наблюдения. В последнее время все более широко используется экспериментальный метод, который состоит в том, что как в естественных, так и в лабораторных условиях специально создаются или искусственно воссоздаются те или другие атмосферные явления, что позволяет изучить закономерности их развития. Для решения трех последних задач широкое применение получи теоретический метод, основанный на использовании законов физики, термодинамики, гидромеханики, методов математического моделирования. Для решения четвертой задачи успешно практикуется искусственное рассеяние туманов и облаков.

Метеорологические наблюдения делятся на прямые и косвенные.

К прямым относятся непосредственные инструментальные и визуальные наблюдения за метеорологическими характеристиками, например, температурой воздуха, количеством облаков.

К косвенным относятся такие наблюдения, на основании которых получают сведение о других, непосредственно не наблюдаемых характеристиках. Например, при наблюдениях за движением облаков получают сведения о ветре на высотах; по результатам наблюдений за полярным сиянием определяют газовый состав высоких слоев атмосферы и т.д.

Метеорология-наука об атмосфере. При возрастающей и характерной для нашего времени тенденции к специализации, содержание понятия под общим названием «метеорология» можно разбить на несколько отделов или направлений. Они определяются отчасти теоретическим подходом, а отчасти зависят от применения метеорологии в деятельности человека. С теоретической точки зрения метеорологию можно разделить на следующие части:

1. Динамическая метеорология занимается силами, создающими и поддерживающими движение, и связанными с ними преобразованиями тепла. В области динамической метеорологи часто выделяют гидродинамику, которая занимается силами и движениями, и термодинамику, которая занимается теплотой. Термин аэродинамика обычно относится к исследованиям взаимодействия между воздушными течениями и внешними объектами, как, например, плоскостями самолётов.

2. Физическая метеорология занимается такими чисто физическими процессами, как радиация, теплота, испарение, конденсация, осадки, нарастание льда, а также оптическими, акустическими и электрическими явлениями.

3. Климатологи я, или статистическая метеорология, определяет статистические зависимости, средние величины, нормальные величины, повторяемость, изменение, распределение и т. п. метеорологических .
С точки зрения практического применения метеорология обычно подразделяется на ряд отделов, из которых наиболее важны следующие:

4. Синоптическая метеорология , имеющая целью координированное исследование процессов в атмосфере, базирующееся на одновременных наблюдениях на большом пространстве. Чтобы получить возможность одновременного обозрения состояния , синоптическая метеорология применяет как динамическую, так и физическую метеорологию и, в меньшей степени, климатологию. Главная её цель-анализ и прогноз явлений погоды.

5. Лётная, или аэронавигационная, метеорология занимается применением метеорологии к проблемам авиации. В вопросах, относящихся к условиям погоды, она связана с синоптической метеорологией; в отношении нормального состояния атмосферы она связана с климатологией.

6. Морская метеорология таким же образом относится к мореплаванию, как аэронавигационная метеорология к авиации.

7. Сельскохозяйственная метеорология занимается применением метеорологии в сельском хозяйстве и в сохранении плодородия почвы.

8. Гидрометеорология занимается мет.е-орологическими проблемами, относящимися к водоснабжению, регулированию паводков, ирригации и т. п.

9. Медицинская метеорология имеет дело с действием погоды и климата на организм человека.

10. Аэрология представляет собой отрасль метеорологии, которая на основе непосредственных наблюдений занимается выявлением условий в свободной атмосфере.

Иногда слово аэрология употребляют вместо слова метеорология, подразумевая при этом науку об атмосфере вообще.

Метеорологические службы разных стран имеют большое число станций, функции которых заключаются в наблюдениях в соответствии с международными постановлениями и правилами и в передаче этих наблюдений через небольшие промежутки времени в центральные метеорологические учреждения. Внутри каждой страны сводки результатов наблюдений собирается и распространяются при помощи радио и телеграфа. По международным соглашениям все страны обязаны организовать радиопередачу метеорологических сводок для международного использования. Все вопросы международного значения решаются Международной метеорологической организацией, имеющей постоянный секретариат в Лозанне (Швейцария). Метеорологические наблюдения ведутся также на большом числе судов, сводки с которых сообщаются по радио на материк.
Метеорологические станции можно разделить на три группы, а именно:

1. Обычные материковые и судовые станции, сообщающие об условиях погоды у земной поверхности и о состоянии неба.
2. Шаропилотные станции, измеряющие силу и направление ветра в свободной атмосфере.
3. Аэрологические станции, выпускающие шары или самолёты, снабжённые приборами для измерения давления, температуры и влажности в свободной атмосфере.

Земной шар со всех сторон окружен воздушной оболочкой, которая называется атмосферой. Под воздействием тепла, посту­пающего от Солнца, в атмосфере постоянно совершаются раз­нообразные физические процессы: меняется температура, усили­вается и затихает ветер, образуются и исчезают облака, выпада­ют осадки, нередко возникают грозы и т. п. Изучение совокуп­ности физических явлений в атмосфере составляет предмет ме­теорологии.

Можно сказать, что метеорология, в широком ее понимании, является учением о погоде и климате.

Погодой называется состояние атмосферы в определенный момент или промежуток времени, характеризуемое совокуп­ностью метеорологических элементов в том или ином их сочета­нии и количественном значении. К числу метеорологических элементов относятся температура и влажность воздуха, атмосфер­ное давление, видимость, ветер, облачность, осадки, а также ту­маны, метели, грозы, шквалы и т. п.

С понятием о погоде тесно связано и понятие о климате.

Климатом данной местности называется характерный для нее многолетний режим погоды, обусловленный притоком сол­нечного тепла, циркуляцией атмосферы и характером подстилаю­щей поверхности.

Погода неустойчива, часто меняется, но в данной местности ее повторяемость является более или менее определенной, ха­рактерной именно для данной местности. Поэтому климат, как режим погоды, в течение длительного времени ос­тается почти неизменным.

За последние несколько десятилетий метеорология как наука, изучающая разнообразные свойства земной атмосферы, получила весьма широкое развитие. Из нее выделился ряд родственных, но самостоятельных наук:

1. Синоптическая метеорология, изучающая за­кономерности атмосферной циркуляции и причины изменении погоды в целях ее предсказания.

2. Динамическая метеорология, изучающая фи­зические процессы в атмосфере на основе физико-математическо­го анализа.

3. Аэрология, изучающая свойства высоких слоев ат­мосферы.

4. Климатология, изучающая климаты земного шара.

5. Актинометрия изучающая солнечное, земное и атмосферное излучение, а также разрабатывающая ме­тоды его измерения.

В задачи метеорологии входят:

повсеместные и непрерывные метеорологические наблюдения;

обобщение и изучение материалов наблюдений с целью уста­новления причин изменения метеорологических элементов и яв­лений погоды, установление законов, управляющих их развитием:

разработка методов предсказания погоды и отыскание путей управлении погодой, т. е. подчинения ее воле человека.

Метеорология в своей основе является физической наукой. Многочисленные и разнообразные явления погоды весьма слож­ны и представляют собой результат многих взаимосвязанных физических процессов. Движение воздуха, изменение теплового режима атмосферы, фазовые превращения воды в ней и другие процессы вызываются притоком солнечного тепла. Изучение этих процессов возможно только на основе законов физики, термоди­намики, гидромеханики. То же самое можно сказать и об элек­трических, оптических и звуковых явлениях в атмосфере, изу­чение которых требует непременного использования достижении соответствующих разделов физики.