Секретарь соревнований _________________________________
Климатология и метеорология
(Краткий конспект лекций по курсу «Науки о Земле)
Климатология – наука, изучающая условия формирования климата, климатический режим различных стран и районов. Климатология рассматривает взаимосвязи между отдельными климатообразующими факторами и взаимодействие их с подстилающей поверхностью.
Прикладные отросли климатологии:
1. Агроклиматология - учение о климате, как факторе плодородия.
2. Биоклиматология - учение о влиянии климата на живые организмы.
3. Медицинская климатология - влияние климата на ход болезней.
Задачи климатологии:
Выяснение генезиса климата;
Описание климатов различных областей земного шара, их классификация;
Изучение климатов исторического и географического прошлого;
Прогноз изменения климата.
Метеорология - наука о земной атмосфере и происходящих в ней процессах.
Основной раздел метеорологии - физика атмосферы. Она изучает состав, строение атмосферы, теплообмен, тепловой режим атмосферы, влагооборот, фазовые превращения воды в атмосфере, движение воздушных масс, а так же акустические, оптические и электрические явления в атмосфере.
Из метеорологии выделяют:
1. Актинометрия - раздел изучает перенос и превращение солнечной энергии в атмосфере.
2. Аэрология изучает физические процессы в атмосфере выше слоя трения.
3. Синоптическая метеорология - изучает влияние крупномасштабных атмосферных процессов и занимается прогнозом погоды.
4. Динамическая метеорология - занимается теоретическим изучением различных атмосферных процессов.
Задачи метеорологии:
Изучение состава и строения атмосферы;
Изучение теплооборота в атмосфере и на земной поверхности;
Изучение влагооборота и фазовых преобразований воды в атмосфере;
Изучение общей циркуляции атмосферы;
Изучение оптических, акустических и электрических явлений в атмосфере.
Климатология и метеорология тесно связаны друг с другом, поэтому их часто рассматривают в одном курсе.
Понимание закономерностей климата возможно на основании общих закономерностей, которым подчинены атмосферные процессы.
Величины, характеризующие физическое состояние атмосферы и атмосферных процессов получили название метеорологических элементов . Метеорологические элементы это: температура, влажность, скорость ветра, облачность, давление.
Атмосферные процессы, характеризующиеся определенным сочетанием метеорологических элементов, называются атмосферными явлениями (гроза, метель, туман, смерч, торнадо и др.).
Состояние атмосферы непрерывно изменяется в пространстве и времени. Состояние атмосферы в конкретный момент времени или за определенный промежуток времени характеризуемое определенным набором метеорологических элементов и явлений называется погодой .
С понятием погоды связано понятие климата. Климат (от греч. наклон солнечных лучей) - статистическое понятие, многолетний режим погоды, одна из основных характеристик географии местности. Климат характеризуется не только многолетним режимом погоды, но и возможный в данной местности условиями погоды.
Фактические сведения о погоде и климате получают путем наблюдения. Для этой цели используют метеорологические обсерватории, авиационные, спутниковые и другие наблюдения.
Краткие сведения по истории метеорологии и климатологии
В древнем Китае, Индии, Египте делались попытки регулярных метеорологических наблюдений, существовало зачаточное представление об атмосферных процессах и о климате. Наиболее выдающиеся атмосферные явления регистрировались в исторических хрониках.
В начале XVII века были изобретены первые метеорологические приборы и появилась возможность инструментальных наблюдений (изобретение термометра, барометра).
Первым метеорологом и климатологом в России считают М.В. Ломоносова. Им было установлено влияние ветров, дующих с морей, на прибрежный климат. Им также объяснены суровые зимы в Сибири, создана теория атмосферного электричества.
В 1849 году в Санкт - Петербурге была основана Главная геофизическая обсерватория. Спустя некоторое время в России появилась сеть метеорологических станций.
В начале XIX веке немецкими учеными Г. Дове и А. Гумбольдтом были заложены основы новой науки – климатологии. В России климатологией занимался А.И. Воейков (фундаментальная работа – «Климаты земного шара, в особенности России»). Весом вклад зарубежных учёных – Форреля (США), Г. Гемгольца (Германия) и др. В развитии сельскохозяйственной метеорологии большую роль сыграли работы Будыко, Броунова, Давитая, Берлянд и др.
Международное сотрудничество в области метеорологии и климатологии началось в 1873 году. После второй мировой войны (1946 год) была образована Всемирная метеорологическая организация при ООН. Всемирную службу погоды возглавляют три мировых центра - Вашингтон, Берлин, Москва.
Первые инструментальные метеорологические наблюдения в России начались еще в 1725 году. В 1834 году была издана резолюция императора Николая I об организации сети регулярных метеорологических и магнитных наблюдении в России. К этому времени метеорологические и магнитные наблюдения уже проводились в различных частях России. Но впервые была создана технологическая система, с помощью которой осуществлялось руководство всеми метеорологическими и магнитными наблюдениями страны по единым методикам и программам.
В 1849 году была учреждена Главная физическая обсерватория - основной методический и научный центр Гидрометслужбы России на протяжении многих лет (сегодня - Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова).
В январе 1872 года вышел первый "Ежедневный метеорологический бюллетень" с полученными по телеграфу сообщениями 26 русских и двух зарубежных станций слежения. Готовился бюллетень в Главной физической обсерватории в Петербурге, где последующие годы начали составляться и прогнозы погоды .
Современная метеорологическая служба России считает датой своего основания 21 июня 1921 года, когда В.И.Ленин подписал декрет Совета Народных Комиссаров "Об организации единой метеорологической службы в РСФСР".
1 января 1930 года в Москве в соответствии с Постановлением Правительства о создании единой метеорологической службы страны было образовано Центральное бюро погоды СССР.
В 1936 году оно было реорганизовано в Центральный институт погоды, в 1943 году - в Центральный институт прогнозов, в котором была сконцентрирована оперативная, научно-исследовательская и методическая работа в области гидрометеорологических прогнозов.
В 1964 году в связи с созданием Мирового метеорологического центра Главного управления гидрометеорологической службы часть отделов была переведена из Центрального института прогнозов в этот центр. Однако уже в конце 1965 году Мировой метеорологический центр и Центральный институт прогнозов были объединены в одно учреждение -Гидрометеорологический научно-исследовательский центр СССР с возложением на него функции Мирового и Регионального метеорологических центров в системе Всемирной службы погоды Всемирной метеорологической организации.
В 1992 году Гидрометцентр СССР был переименован в Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации (Гидрометцентр России).
В 1994 году Гидрометцентру России присвоен статус Государственного научного центра Российской Федерации (ГНЦ РФ).
В январе 2007 года по решению Правительства Российской Федерации этот статус был сохранен.
В настоящее время исследовательский Гидрометеорологический Центр Российской Федерации занимает ключевые позиции в развитии основных направлений гидрометеорологической науки. Гидрометеорологический Центр России, наряду с методической и научно-исследовательской работой, ведет большую оперативную работу, а также выполняет функции Мирового метеорологического центра и Регионального специализированного метеорологического центра Всемирной службы погоды в системе Всемирной метеорологической организации (ВМО). Кроме того, Гидрометеорологический Центр России является региональным центром зональных прогнозов погоды в рамках Всемирной системы зональных прогнозов. В региональных масштабах такую же работу проводят региональные гидрометеорологические центры.
Научная и оперативно-производственная деятельность Гидрометцентра России не исчерпывается прогнозом погоды. Гидрометцентр активно работает в области гидрологии вод суши, океанографии и морской метеорологии, агрометеорологии и выпускаем широкий спектр различной специализированной продукции. Прогноз урожайности основных сельскохозяйственных культур, прогнозирование качества воздуха в городах, долгосрочный прогноз уровня Каспийского моря и других внутренних водоемов для управления водными ресурсами, прогноз речного стока и связанных с ним наводнений и паводков и т.д. также являются областями научной и практической деятельности Гидрометцентра России.
Научные исследования Гидрометцентр России проводит в тесной кооперации с зарубежными метеорологическими организациями в рамках Всемирной службы погоды и других программ Всемирной метеорологической организации (Всемирная программа метеорологических исследований, Всемирная программа исследования климата, Международный полярный год и др.). На основе Соглашений по двустороннему научно-техническому сотрудничеству - с метеослужбами Великобритании, Германии, США, Китая, Монголии, Польши, Финляндии, Франции, Югославии, Южной Кореи, Вьетнама, Индии, а также в рамках Межгосударственного совета по гидрометеорологии стран СНГ. 11 сотрудников Гидрометцентра России являются членами различных экспертных групп ВМО.
В ходе реализации постановления Правительства Российской Федерации от 8 февраля 2002 года "О мерах по обеспечению выполнения обязательств Российской Федерации по международному обмену данных гидрометеорологических наблюдений и осуществлению функций Мирового метеорологического центра (ММЦ) в г. Москве" во второй половине 2008 года в ММЦ-Москва был установлен новый суперкомпьютер производства компании SGI с пиковой производительностью порядка 27 терафлопс (триллионов операций в секунду). Суперкомпьютер весит 30 тонн и состоит из 3 тысяч микропроцессоров.
Новое оборудование позволит Росгидрометцентру делать прогнозы на восемь дней (старое оборудование позволяло делать прогнозы на 5 6 дней), а также повысить точность прогнозов погоды на одни сутки с 89 до 95%.
По словам директора Главного вычислительного центра Гидрометцентра России Владимира Анциповича, уникальность данного компьютера в той производительности, которую он дает для построения технологических схем для того, чтобы считать прогноз погоды в определенное технологическое время. Суперкомпьютер позволит рассчитать прогноз погоды на завтра в течение 5 минут.
Материал подготовлен редакцией rian.ru на основе информации РИА Новости и открытых источников
Первая информация по метеорологическим данным о погоде сохранилась в документах в приказе тайных дел царя Алексея Михайловича. В 20-х годах 18 века начались постоянные инструментальные наблюдения в России. По приказу царя Петра I вице — адмирал К. Крюйс начал производить подробные записи о погоде с 1722 года.
Участниками Великой Северной экспедиции, которой руководил Беринг, были открыты станции для производства метеонаблюдений в 1733 году в Казани, в 1734 году в Екатеринбурге, Томске, Енисейске, Иркутске, Якутске, Нерчинске. Позднее сеть метеостанций в России постоянно расширялась и во второй половине 20 века охватывала территорию всей страны.
История создания первых метеорологических приборов.
Наиболее распространенные приборы термометр и барометр были созданы несколько веков назад. Первый образец термометра был изготовлен Г. Галилеем в 1597 году. В этом году им был изготовлен термоскоп, который представлял собой стеклянный шар с водой с погруженной в него трубкой. В более поздний период его учеником господином Сагредо были нанесены на трубку деления, прибор стал в состоянии выдавать количественные значения.
Позднее на смену термометрам на воде, которые имели ряд существенных недостатков, пришли спиртовые термометры. Первое их появление зафиксировано в 1641 году во Франции. В 1715 году в городе Данциге Д. Фаренгейтом был налажен выпуск ртутных термометров.
В 1643 году учеником Галилея Э. Торричелли был изобретен барометр — прибор, при помощи которого можно было измерять атмосферное давление.
Силу и направление ветра определяли до изобретения барометра при помощи простейшего прибора, который по конструкции и принципу действия напоминал ветряную мельницу.
Появление комплекса приборов позволило вести регулярные записи давления и температуры в местах замера, но практического значения, в связи с отсутствием методики обработки обобщающих данных и выработки прогноза на последующий период не имело.
И лишь в наше время, когда используются более совершенные метеорологические приборы и работают на орбите специальные метеорологические спутники, когда обработка данных и прогноз подготавливаются при помощи мощнейших компьютеров, появилась возможность давать более совершенные и долгосрочные метеорологические прогнозы.
Многие уже заметили, что летняя жаркая погода вынуждает людей искать прохладные места. Качественное строительство бассейнов под ключ — одно из возможных и удачных решений борьбы с летней жарой. Главное, что бы для размещения бассеина были условия.
Метеорология – это наука, исследующая физические и химические процессы в атмосфере, которыми определяются погодные явления. Важной частью работы является составление текущих прогнозов погоды, но метеорологи также заранее предупреждают об опасных погодных явлениях и следят за их возникновением. Информация к метеорологам поступает из разных источников. Наземные и морские метеостанции измеряют температуру, давление, скорость ветра, количество осадков, изучают облачный покров и отслеживают выявленные изменения. Спутники облачные образования. К этому добавляются данные с морских буев.
Древние греки первыми начали изучение погоды. Слово метеорология происходит от названия книги «Метеорологика», написанной в 4 веке до н. э. греческим философом Аристотелем. Метеорос означает очень высокий, а логос- слово, учение.
В своей книге Аристотель объяснял образование облаков, града, ветра, дождя и штормов, основываясь во многом на учениях египетских и вавилонских мудрецов. Ученик и друг Аристотеля Теофраст, известный благодаря своим исследованиям в области ботаники, тоже написал два небольших труда о погоде: «О приметах погоды» и «О ветрах».
Он описал приметы, связанные с погодой и ветрами, которые использовались людьми для предсказания погоды.
Позднее другие греческие и римские авторы дополнили этот список. У древних греков и римлян не было специальных инструментов для изучения погоды и атмосферных явлений. Первый такой инструмент – термометр (так называемый воздушный термоскоп) изобрел в 1593 году итальянский естествоиспытатель Галидео Галилей.
В последующие годы изучение атмосферы развивалось значительно быстрее. Роберт Бойль, Эдые Мариотт, Жак Александр Сезар Шарль и другие обнаружили тесную связь между температурой воздуха, его давлением и объемом.
В 1753 году английский метеоролог Джордж Хэдли опубликовал довольно точное описание путей циркуляции воздуха по всему миру. Однако главный прорыв в области метеорологии произошел с появлением в 1844 году. Новая форма связи дала возможное!, собирать актуальные метеорологические данные из отдаленных мест, так что прогноз погоды мог быть подготовлен гораздо точнее и быстрее.
Башня ветров. Башня Ветров была построена в Афинах в 1 веке до н. э. Она сориентирована по сторонам света. В верхней части каждой из восьми ее граней находятся аллегорические изображения основных ветров, одно из них видно на иллюстрации. В центре башни был установлен флюгер, который показывал направление ветра.
Шар-зонд. Этот шар, запущенный в Антарктиде, поднимется на высоту 20-30 км, а затем лопнет. Инструменты, подвешенные под шаром, передадут данные на наземную метеостанцию. По всему миру около 500 станций ежедневно запускают такие радиозонды.
Радио и прогноз погоды. Гульельмо Маркони принял первый трансатлантический радиосигнал в 1901 году. Радиосвязь позволила метеорологам обмениваться данными в режиме реального времени, что значительно улучшило прогнозирование погоды.
Погода. Изображения со спутников позволяют ученым наблюдать за образованием и развитием всей климатической системы. 2 апреля 1978 года спутник «Нимбус-5» сфотографировал циклон, который бушевал над Беринговым морем (изображение показано слева). Облачный слой закрывает Камчатку. Эффект искусственного цвета был добавлен к изображению справа: красный цвет указывает на высокую концентрацию водяных капель.
Метеорологический спутник. 1 апреля I960 года был успешно запущен первый метеорологический спутник ТИРОС-1 (Television InfraRed Observation Satellite). На этом изображении ученые готовят ТИРОС-1 к запуску. Позднее были запущены и другие спутники, известные как спутники NOAA-класса. Они запускаются на полярные орбиты, которые позволяют им за 24 часа проходить над всей поверхностью Земли. Они передают изображения, сделанные в видимом и инфракрасном свете.
Предсказание электрических штормов. Молния – это искровой разряд, возникающий между положительными и отрицательными электрическими зарядами, разделенными в результате турбулентности внутри штормовых облаков. Метеорологи, противопожарная служба, специалисты по электромагнетизму определяют вероятную степень электрической активности и прогнозируют продолжительность и силу шторма с помощью специальных детекторов молнии и погодного радара.
Погода и атмосфера вызывали интерес учёных ещё в античные времена. Попытки регулярных метеонаблюдений делались в древности в Китае, Индии, Средиземноморье.Первым научным трактатом в этой области знания является «Метеорологика» – один из физических трактатов Аристотеля , снискавший ему славу «отца метеорологии». Написанная 2300 лет назад, «Метеорологика» ценна и жива для нас и сегодня, поскольку характеризует и состояние античной науки в годе ее расцвета, и круг ее знаний, и пути их накопления. Первые эксперименты проводились в древней Греции. Во ІІ веке до н.э. Герон Александрийский доказал, что воздух при нагревании расширяется. Существовали зачаточные научные представления об атмосферных процессах и климате. В средние века велись наблюдения и регистрация наиболее выдающихся явлений в атмосфере.
Современный этап развития берет отсчет с XVII в., когда были заложены основы физики. Метеорология в то время была частью физической науки. Около 1600 г. великий математик и астроном Г. Галилей создал первый термометр, а через 40 лет его ученик Э. Торичелли придумал первый надёжный барометр. В середине XVII в. во Флоренции под покровительством великого герцога Фердинанда II была организована Академия дель Чименто (академия эксперимента). Там были поставлены многие метеорологические эксперименты и было положено начало метеорологии. Во второй половине XVII в. – первой половине XVIII в. наблюдения начали проводиться в немногих пунктах Европы. В 1654 г впервые параллельные наблюдения были проведены на сети станций (10) в Италии. В 1668 г была создана первая карта ветров (Галлей , директор Гринвичской обсерватории). К этому периоду относится и возникновение первых метеорологических теорий на основе этих наблюдений.
(http://atmos.phys.spbu.ru/info/info1.htm)
В середине XVIII века, по мнению М.В. Ломоносова , метеорология стала самостоятельной наукой со своими задачами и методами. М.В. Ломоносов сам создал первую теорию атмосферного электричества, разрабатывал метеоприборы (анеморумбометр и морской барометр). Считал возможным научное предсказание погоды. Он первым в России стал изучать верхние слои атмосферы, предвидел, что «наступит время, когда с помощью различных приборов смогут предсказывать погоду: тогда не будут зной, ни дождь опасен в поле, а корабли будут плавать по морю безбедно и спокойно». В работе «О слоях земных» Ломоносов одним из первых высказал мысль об изменении климата нашей планеты в процессе ее развития. Изменение климата он связывал с астрономическими причинами: колебаниями наклона полярной оси и плоскости орбиты Земли.
Во второй половине XVIII веке по частной инициативе была организована международная сеть метеостанций в Европе, которая объединяла свыше 30 учреждений. Она функционировала 12 лет. Результаты наблюдений были опубликованы и способствовали дальнейшему развитию метеорологических исследований. В 1749 г. для проведения исследований на высотах применялись бумажные змеи.
В начале XIX в. во многих странах Европы, в т.ч. и в Беларуси, возникают первые государственные метеостанции, объединяемые в сети.
А. Гумбольдт и Г. Дове (ученые из Германии) закладывают в своих трудах основы климатологии. А Гумбольдт в труде «Космос» дает новое определение климата, в котором учитывались наряду с наклоном солнечных лучей и другие факторы (влияние океана с его течениями и суши с разнообразными свойствами подстилающей поверхности).
В 1826 г. были вычерчена первые синоптические карты. Авторство этого метода исследования принадлежит ученому из Германии Г. В. Брандесу .
С середины XIX века, после изобретения телеграфа (1837 г. Морзе Самюэль), по инициативе знаменитого астронома У. Леверье (Франция) и адмирала Р. Фицроя в Англии синоптический метод исследования атмосферных процессов быстро вошел в широкое употребление.
К середине XIX века относится и организация первых метеорологических институтов, в т.ч. Главной физической (геофизической) обсерватории в Петербурге (1849 г.). В России получило развитие направление в метеорологии, увязывающее климат с общей географической обстановкой (А.И. Воейков ). В. Феррелем (США) и Г. Гельмгольцем (Германия) закладываются основы динамической метеорологии. В ходе метеорологических исследований применяли воздушные шары. К концу XIX века усилилось изучение радиационных и электрических процессов в атмосфере.
В 20 веке развитие метеорологии шло нарастающими темпами. 1920 г. Л. Ричардсон сделал первый математический прогноз погоды. В 20-е годы прошлого века использовались самолеты, оборудованные аэрометеорографами (измеряли атмосферное давление, температуру и влажность воздуха). В 1930-е годы Молчанов изобрел радиозонд (это позволило проводить трехмерный анализ атмосферных процессов), начали анализировать карты погоды.
Эксперименты по численному анализу карт погоды начали проводиться с 1953 года. Применение спутников, измерение вертикальных профилей температуры, сложные программы для ЭВМ – обозначало новую эру развития метеорологии. Это дало возможность наблюдать за атмосферными процессами в масштабе всей планеты.
Следующий резкий скачок качества прогнозов погоды приходится на 1961-1967 гг. К этому времени метеорологической информации стало так много, что синоптики не успевали ее обрабатывать за то короткое время, которое отведено на подготовку прогноза. Сначала ЭВМ использовались для подготовки информации к прогнозу, но вскоре они стали составлять прогнозы погоды по схеме, разработанной человеком. Эта схема основывалась на применении теоретических законов гидромеханики и термодинамики для условий земной атмосферы. Таким образом, метеорология обрела свою теорию, которая оказалась, как свидетельствуют графики оправдываемости прогнозов, достаточно эффективной.
Вполне логично связать дальнейший прогресс оправдываемости прогнозов с использованием данных метеорологических ИСЗ, ведь с их помощью можно собирать информацию со всей поверхности планеты, и даже океан им не помеха. Первые метеорологические ИСЗ были запущены еще в 60-х годах, и автор этой книги вместе с другими метеорологами искренне радовался первым изображениям облачности циклонов и фронтов, полученным из космоса. Но все-таки тех данных, которые нужны для расчетов на ЭВМ, – о температуре, давлении и влажности воздуха на разных уровнях в атмосфере – с ИСЗ долгое время получать не могли. Только в самые последние годы появилась аппаратура (многоканальные радиометры), которая позволяет по излучению атмосферы в разных участках инфракрасной части спектра восстанавливать вертикальные профили давления, температуры и влажности воздуха.
Таким образом, ИСЗ теперь в состоянии заменить радиозонды и собирать данные о вертикальной структуре атмосферы над любым участком поверхности земли. В этом заключается наиболее ценный вклад ИСЗ в решение проблемы прогноза погоды. Рост успешности прогнозов в 80-х годах в значительной степени был связан именно с передовой технологией сбора метеорологической информации. Справедливости ради следует отметить и заслуги ученых, создающих новые схемы прогноза погоды и продолжающих изучение атмосферы. Как бы совершенны ни были ЭВМ и ИСЗ, без понимания механизма формирования погоды ее прогноз будет малоуспешен.