Прогноз для метеоролога. Как родилась наука о погоде
Какую куртку выбрать с утра, пора ли менять сезонную обувь и покрышки на автомобиле? Эти и многие другие вопросы мы решаем, исходя из прогноза погоды. Мы настолько привыкли к этому благу цивилизации, что даже не задумываемся над тем, что за лентой градусов и осадков на экране смартфона стоит ежедневный труд огромного количества людей – от метеорологов, работающих на метеостанциях по всему миру, до инженеров и математиков, которые круглосуточно обрабатывают колоссальные массивы данных. Как предсказывают погоду, чем занимаются метеорологи, чем они отличаются от климатологов и синоптиков и почему современный мир не может существовать без людей этой профессии, расскажем в нашем материале.
История метеонаблюдений
Первые попытки систематизировать знания об атмосфере и погодных явлениях были предприняты греком Аристотелем в IV веке до нашей эры. В своем труде «Метеорологика» он описал такие атмосферные явления, как ветер, дождь, снег, град, выделил типы осадков и даже указал на некоторые закономерности, предшествующие их появлению. Конечно, часть выводов Аристотеля впоследствии оказались ошибочными, но начало было положено. В Греции же появился и первый метеорологический прибор, который служил для определения направления ветра – флюгер, а произошло это в I веке до нашей эры.
В XV-XVII веках наступившая эра Великих географических открытий многократно увеличила количество дальних путешествий и, чтобы плавать на парусных судах в открытом океане, морякам и ученым пришлось всерьез изучать ветра и выделять закономерности в устройстве атмосферных процессов. Так появились знания о пассатах – ветрах, которые круглый год дуют в тропиках и помогают европейцам быстро доплыть до Америки, и о конских широтах – областей, где почти не бывает ветров. А названы они были так потому, что нередко при прохождении этой области путешественникам приходилось избавляться от взятых на борт лошадей. Из-за полного штиля корабли неделями беспомощно болтались на одном месте. При этом на борту заканчивался запасенный фураж и, что было куда хуже, пресная вода. И хотя никому не хотелось терять такую ценность, как лошади, которых в Новом Свете не было и которых испанцы завозили туда из Европы, несчастных животных поневоле приходилось выкидывать за борт.
Параллельно с практическим изучением атмосферы и ветров шло и всестороннее развитие и накопление фундаментальных естественно-научных знаний, и к XVII веку в распоряжении людей было уже немало изобретений, помогавших вести наблюдения в области метеорологии:
- 1450 год: Леон Баттиста Альберти описал прибор для измерения скорости ветра – анемометр;
- конец XV века: Леонардо да Винчи изобретает первый гигрометр – прибор для измерения влажности воздуха;
- 1597 год: Галилео Галилей сконструировал первый термометр для измерения температуры;
- 1643 год: Эванджелиста Торичелли создал ртутный барометр – прибор для измерения атмосферного давления.
Таким образом, к середине XVII века о метеорологии уже можно было говорить как о науке, в рамках которой появились фундаментальные научные труды, метеорологические станции и прогноз погоды. К слову, все метеорологические приборы из приведенного списка, хотя и в усовершенствованном виде, до сих пор используются на метеостанциях.
Метеорологические службы
Первые станции, где ежедневно снимали показания метеорологических приборов и вели наблюдения за погодой, появились в Италии в середине XVII века. В России сеть метеорологических станций из 24 опорных пунктов была организована почти на 100 лет позже: в 1733 году. Регулярные прогнозы погоды начали выходить в английской газете «Times» с 1 августа 1860 года – то есть почти 165 лет назад!
К началу ХХ века метеорологические службы в разных странах мира вели ежедневные наблюдения и делали прогнозы, а еще полвека спустя, с развитием средств связи, в мире стали все чаще говорить о необходимости международного сотрудничества для обмена данными. Так появилась Всемирная метеорологическая организация (ВМО), которая была создана 23 марта 1950 года – ровно 75 лет назад. С тех пор ежегодно в этот день отмечается Всемирный метеорологический день, который является профессиональным праздником метеорологов и синоптиков. А какая между ними разница?
Метеорологи и синоптики – близкие по профилю специалисты. Метеоролог собирает данные о состоянии атмосферы, обобщает их и анализирует, а синоптик специализируется на прогнозировании. Что касается климатологов, то они занимаются анализом метеоданных в глобальном масштабе, определяют временные закономерности, следят за изменением климата, сравнивает его с прошлыми эпохами.
Метеорологические станции: как оборудованы и где расположены
Любой прогноз погоды начинается с получения метеорологических данных. Есть три основных типа станций, на которых в современном мире получают исходную метеорологическую информацию.
- Наземная метеостанция. По всему земному шару рассредоточено около 10 000 наземных метеостанций, а на территории нашей страны их около 1600. В этих опорных пунктах собирают данные о приземном слое воздуха и параметрах атмосферы у поверхности земного шара.
- Метеорологические спутники. Космические аппараты наблюдают за озоновым слоем, фиксируют облачность, тепловое излучение земной поверхности и другие параметры на разной высоте в атмосфере планеты: они дополняют данные с наземных станций. У России 20 таких космических аппаратов, и в этом году планируется запуск еще 5.
- Метеорологические зонды. Это одноразовый аэростат с оборудованием, который запускается с Земли в атмосферу. Шар заполнен легким водородом или гелием и поднимается на высоту до 30-40 километров, по пути передавая сведения о давлении, скорости ветра, температуре воздуха. Метеозонды позволяют делать точные прогнозы погоды, передавая данные о ветрах в верхних слоях атмосферы. В последнее время к метеозондам добавились и более совершенные инструменты – метеодроны.
Где делают прогноз погоды и можно ли ему верить?
Все данные, полученные со станций, спутников и зондов стекаются в единый центр обработки данных. В России это Гидрометцентр. И вот здесь уже за дело берутся метеорологи, которые анализируют синоптические карты, обрабатывают огромные массивы данных при помощи компьютерных программ, проводят сравнительный анализ. А синоптики на основании этих данных составляют прогноз погоды.
Над синоптиками нередко любят подшучивать, дескать, верить им нельзя. Но для расхождений между прогнозом и реальной погодой есть свои причины. Дело в том, что атмосферная циркуляция – процесс очень сложный и труднопрогнозируемый, даже при наличии вычислительной техники и физико-математических моделей.
А как же популярные сайты с прогнозами, где можно увидеть данные на 7, 10 дней или даже на месяц вперед? Можно ли доверять долгосрочному прогнозу погоды на 2 недели? С этим вопросом портал «ПОИСК» обратился к нашему эксперту – руководителю прогностического центра МЕТЕО Александру Шувалову: «Точность прогнозов погоды заметно возросла за последние полвека. Если в 70-х годах прошлого столетия максимальный срок точного прогноза составлял 2-3 суток, то сейчас синоптики могут уверенно прогнозировать погоду на 5-7 суток. Прогнозы имеют высокую точность, когда в атмосфере наблюдается более или менее стабильная и хорошо предсказуемая ситуация, например, устойчивый блокирующий антициклон или глубокие ложбины: при таких условиях можно делать прогноз на 7 и даже на 10 дней, и он будет иметь высокую точность».
Почему метеорологи так важны
Глобальное предназначение метеорологических наблюдений и прогнозов выходит далеко за рамки наших бытовых нужд. Можно сказать, что без метеорологов и синоптиков в нашем мире случился бы настоящий коллапс. Вот лишь некоторые сферы человеческой деятельности, где никак не обойтись без метеорологов.
- Авиация. Благополучие полетов любых летательных аппаратов напрямую зависит от метеоусловий и своевременного реагирования на такие опасные для авиации явления, как туман, ураган, гроза, метель, пониженная температура или повышенная влажность воздуха, способные вызвать обледенение. Из-за того, что атмосфера очень динамична, для метеослужбы аэропорта выпускают обновленный прогноз каждый час.
- Автотранспорт. Этот вид транспорта тоже зависит от погоды: метель, гололед, шквалистый ветер – все это служит сигналом для закрытия трасс. Особенно опасны сильные метели, когда автомобилисты оказываются заблокированы снежными заносами. Работа ледовых переправ в зимнее время тоже зависит от данных метеорологов.
- Морской транспорт. Штормовая погода – это всегда дополнительный риск для судна и экипажа, а в случае крушения высока вероятность экологической катастрофы из-за разлива топлива или опасного груза. Ну а навигация в северных широтах требует дополнительных данных по толщине ледового покрова, прогнозу образования и таяниях льдов.
- Сельское хозяйство. Специалисты, занимающиеся выращиванием сельскохозяйственных культур, нуждаются в прогнозе осадков и температуры воздуха на предстоящий сезон, им нужно знать накопление влаги в почвенном слое после зимы, сроки последних заморозков и другие параметры.
- Спасательные службы. Министерство по чрезвычайным ситуациям и профильные службы тоже тесно сотрудничают с метеорологами: даты наступления весеннего паводка связаны с такими параметрами, как температура воздуха, вскрытие ледового покрова на реках, уровень снежного покрова, а летняя жара и суховеи являются предвестниками пожаров, и это иногда приводит к катастрофическим последствиям, как, например, этой зимой в Калифорнии.
- Зеленая энергетика. Развитие «зеленой энергетики», особенно тех ее направлений, что связаны с использованием силы ветра и солнечной энергии, тоже базируется на метеорологических данных. Для того, чтобы выбрать оптимальное место для расположения ветряной электростанции, нужно знать, где чаще дует ветер и с какой скорость. А чтобы поставить солнечную электростанцию, нужно учитывать такой метеорологический параметр, как продолжительность солнечного сияния – то есть сколько часов в год солнце светит в той или иной точке земного шара, и будет ли эта станция эффективна.
Перспективы развития метеорологии в нашей стране
Что ждет метеорологию в ближайшем будущем? Заменят ли метеорологов, работающих на станциях, автоматические пункты сбора данных? Ответить на этот вопрос мы попросили нашего эксперта Александра Шувалова: «Мне кажется, что метеорологи-наблюдатели – это та специальность, которая будет востребована всегда. Ни автоматические станции, ни метеорологические спутники не дают полного спектра данных. Его могут получить только люди, работающие на станциях: это и распределение температуры в слое почвы, и параметры снежного покрова, и многие другие данные. К тому же любая автоматическая станция нуждается в контроле и проверке оборудования, поэтому специалисты-метеорологи будут востребованы всегда».
А где можно получить эту профессию? В нашей стране – на географических факультетах, где есть кафедра метеорологи и климатологии. Например в Московском государственном университете или в Приволжском федеральном университете в Казани. Ну а ведущим ВУЗом страны по подготовке метеорологических кадров является Российский государственный гидрометеорологический университет в Санкт-Петербурге.
Ольга Фролова
Изображение на обложке: Freepik
Родные озера: топ-10 самых необычные российских озер с уника...
Озер в России много – более 2 миллионов. И все они разные: пресные и соленые; глубокие и не очень; те, о которых знает каждый школьник или известные только узкому кругу ученых-лимнологов. Мы подобрали список самых необычных озер России, история и свойства которых наверняка удивят многих.
1. Озеро Ядерное, Пермский край. На первый взгляд – обычное озеро, каких на Урале тысячи. Однако название водоема не может не настораживать. И хотя радиационных отходов и урановых руд ни в озере, ни поблизости от него нет, физики-ядерщики все же причастны к его появлению. Водоем возник в 1971 году на месте трех подземных атомных взрывов, суммарная мощность которых составила 45 килотонн, что более чем в 2 раза превышает силу взрыва над Хиросимой. Но целью взрывов были не подземные ядерные испытания. Озеро создавалось в рамках другого проекта, носившего кодовое название «Тайга». Проект «Тайга» предусматривал строительство водного канала для переброски стока северных рек в мелеющий Каспий: уровень моря-озера стремительно снижался с 1930-х годов и, чтобы остановить этот процесс, инженеры решили направить часть водного стока Печоры в реку Колву, входящую в Волго-Камский бассейн, питающий Каспийское море. Канал планировалось построить с помощью нескольких ядерных взрывов, но из-за опасности радиационного заражения местности от проекта в итоге решили отказаться, а в память о грандиозном плане преобразования природы осталось название небольшого озера. Удивительно, но радиационный фон этого водоема и его окрестностей не превышает природные показатели: это выяснили участники научной экспедиции из Пермского государственного национального исследовательского университета, которые побывали здесь летом 2024 года.
2. Озеро Церик-Кёль, Кабардино-Балкария. Название этого живописного водоема переводится с балкарского как «Вонючее озеро». Столь дурная репутация закрепилась за ним из-за запаха сероводорода, который содержится в воде. Водоем по площади небольшой, всего 0,02 кв. км, но водная гладь озера скрывает под собой настоящую бездну глубиной 292 метра! Чтобы представить эту глубину нагляднее, добавим, что внутрь воронки такого размера может целиком поместиться главное здание МГУ на Воробьевых горах, и даже место останется. Такая узкая и глубокая форма котловины связана с карстовым происхождением озера: вода растворяет горные породы, приводя к появлению воронок. Церик-Кёль – это самое глубокое карстовое озеро в России. Еще одна уникальная особенность озера связана с его гидрологическим режимом. Из водоема вытекает река, которая уносит 70 миллионов литров воды в сутки. При этом наземных притоков озеро не имеет. То есть весь этот колоссальный объем поступает из подземных источников, питающих озеро. На дно озера многократно опускались водолазы и глубоководные аппараты. Ученые обнаружили, что в отвесных стенах котловины озера есть расщелины и даже целые подводные пещеры, по которым поступает вода. А вот то, куда ведут эти подземные реки, ученым еще предстоит выяснить.
3. Озеро Карымское, Камчатский край. Невероятно красивое озеро находится прямо на вулкане со знаковым названием Академия Наук: после очередного извержения верхняя часть вулкана разрушилась, стенки кратера осыпались, и образовалась широкая котловина – кальдера, которую заполнила вода. В 70-х годах прошлого века Карымское в числе нескольких камчатских озер вошло в программу интродукции нерки, ценного вида лососевых, а точнее, ее озерной формы – жилой нерки, или кокани. Ее природные популяции обитали только в 4 озерах Камчатки и, чтобы повысить численность редкой формы, ихтиологи заселили мальками еще 7 озер, то есть интродуцировали вид в новые места обитания. Озеро Карымское с площадью 12 кв. км и глубиной до 80 метров отлично подошло для переселенцев, но соседство с вулканом оказалось для популяции гибельным. В 1996 году вулкан проснулся, чем очень удивил ученых, ведь его считали потухшим. В кальдере прогремел мощный взрыв, а с пресным Карымским озером произошли необратимые изменения: температура воды повысилась до 28 °C, минерализация с 0,1 г/л увеличилась до 0,9 г/л, в воду в большом количестве попали сера и хлор, а показатель pH понизился с нейтрального значения в 7,1 до 3,2, то есть среда стала очень кислой. В итоге вся нерка и другие обитатели Карымского озера погибли. Сейчас показатели в озере несколько лучше, например, pH увеличился до 5,5, но химический состав все еще не соответствует параметрам пресного водоема: на берегу озера действуют горячие источники с высокой минерализацией и даже планктон в Карымском пока не появился.
4. Озеро Могильное, Мурманская область. Озеро Могильное находится на острове Кильдин в Баренцевом море, недалеко от материка, в районе Кольского залива. Для туристов и рыбаков оно не представляет особого интереса, да и добраться сюда не так просто. А вот гидрологи и микробиологи приезжают сюда регулярно еще с конца XIX века, чтобы изучить уникальное озеро и его обитателей: ученых не пугают ни мрачное название, ни сложности путешествия. Все дело в том, что Могильное – это уникальная экосистема, водоем, в котором одновременно существуют слои с разными химическими составами, в каждом из которых обитают свои флора и фауна, и которые не перемешиваются между собой. В гидрологии такие необычные озера называют меромиктическими. Верхний слой Могильного имеет соленость 5-7 промилле, и здесь живут пресноводные обитатели. С глубины 2-3 метра начинается падение содержания кислорода, рост плотности воды и солености, которая к 6-7 метрам достигает величины 28-30 промилле: в этом слое уже живет морская фауна. А с глубины 7-9 метров и до 17 м располагается слой с высоким содержанием сероводорода, где соленость держится на уровне 30 промилле, и в нижней части Могильного обитают специфические бактерии. Соленая вода в озеро попадает из соседнего моря – перемычка между ними очень тонкая, а разные по физическим свойствам слои воды не перемешиваются, так как на дне находится более соленая, а значит, и более тяжелая вода. Озеро с подобными характеристиками в России единственное, да и вообще в мире подобных водоемов единицы, поэтому Могильное имеет статус гидрологического памятника природы.
5. Эльгыгытгын, Чукотский автономный округ. У озера Эльгыгытгын очень редкое происхождение. Возникло озеро 3,6 млн лет назад, когда на этом месте упал метеорит. Образовавшийся после его падения ударный кратер диаметром около 12 километров заполнился водой: на спутниковых снимках хорошо видно округлую форму водоема и границы воронки. Глубина озера тоже впечатляет – 174 метра. Не менее интересны и его обитатели. В районе Эльгыгытгына очень суровый климат, и даже название озера переводится с языка чукчей как «Белое озеро» – из-за того, что 10-11 месяцев в году оно сковано льдом. Здесь действительно очень холодно: вокруг вечная мерзлота, нет ни одного дерева, а температура воды в Эльгыгытгыне не превышает + 3°C. Но самое удивительное, что даже в таких невероятных условиях в ледяной воде существует жизнь, да не просто одноклеточные водоросли и рачки, а целых три вида палий – лососевых рыб из рода гольцов, причем два из них живут только в Эльгыгытгыне и не встречаются больше нигде в мире. Конечно, столь необычное озеро и его эндемики находятся под охраной: здесь создан одноименный государственный природный заказник.
6. Озеро Сладкое, Челябинская область. Название озера полностью отражает его уникальную особенность: вода в нем действительно сладковатая на вкус. Пить ее в больших количествах, конечно, не стоит, но попробовать можно, для жизни не опасно. Необычный вкус воде придают растворенные в ней химические вещества – соли натрия, железа, бор, салициловая кислота, которые попали в воду из окружающих осадочных горных пород. Вода в озере Сладком имеет соленость около 12 промилле и щелочную реакцию. Но такая вода подходит не всем, а точнее, никому не подходит: в озере никто не живет, даже простейшие организмы и водоросли.
7. Озеро Зеленое, Камчатский край. Еще одно необычное озеро на Камчатке, которое находится в кратере вулкана Малый Семячик. Несмотря на название, цвет воды у него не зеленый, а скорее серо-голубой. Это относительно молодое озеро, оно сформировалось после извержения вулкана, произошедшего в 40-х годах ХХ века. И когда ученые впервые его увидели, водоем действительно был яркого изумрудно-зеленого цвета. Но уже в 1970 годах цвет озера сменился на бирюзовый, а в 2008 году ученые зафиксировали новый облик: цвет воды в озере стал серо-голубым. Вы уже наверняка догадались, что причина этих метаморфоз кроется в действующем вулкане, который находится прямо под водой: через подземные трещины в озеро попадают продукты активности Малого Семячика. В озере скорее не вода, а химический раствор из очень агрессивных кислот – плавиковой, соляной, серной, а также различных минеральных элементов. Их состав периодически меняется, а вместе с ними и цвет водоема. Из-за высокой концентрации кислот уровень pH в озере Зеленом один из самых низких в мире – около 1, и такие показатели, конечно, несовместимы ни с какой жизнью. Несмотря на то, что водоем давно уже не зеленый, топоним менять не стали: не исключено, что озеро-хамелеон снова обретет свой первозданный цвет.
8. Озеро Баскунчак, Астраханская область. Это крупнейшее соленое озеро нашей страны, размером 13 на 18 километров и площадью 106 кв. км. По химическому составу местная соль – это чистейший NaCl, то есть всем нам знакомая поваренная соль. Соль здесь добывали с незапамятных времен, а ее промышленные пласты уходят на глубину до 15 метров. Только за период с 1870 по 1980 годы здесь было извлечено 150 миллионов тонн соли, а в настоящее время с озера Баскунчак ежегодно вывозят около 1,5 миллионов тонн, что покрывает большую часть российского рынка поваренной соли. Баскунчак очень мелкий водоем, максимальная глубина его весной не превышает 3-х метров, а соленость сравнима с показателями Мертвого моря и достигает 300 промилле: то есть на каждый 1 килограмм воды приходится 300 грамм растворенной в ней соли. Еще одна интересная особенность озера связана с событиями советской эпохи. В 1960-х годах идеально гладкая поверхность пересыхающего соленого водоема служила трассой для автомобильных гонок: здесь проводились скоростные заезды и было установлено много уникальных рекордов. Но в итоге традиции гонщиков нарушили соледобытчики, которым понадобились новые площади для разработки, и от заездов по «соленой автостраде» пришлось отказаться.
9. Озеро Имандра, Мурманская область. В заливе Молочная губа, расположенном на озере Имандра, работает крупное рыбное хозяйство, где разводят радужную форель – до 50 тонн ценной рыбы в год. Особенность этой фермы в том, что рыба здесь растет быстрее, чем на всех остальных рыбных фермах Карелии, потому что вода в заливе теплая. Залив Молочная губа не замерзает даже зимой, и это несмотря на то, что озеро Имандра находится за Полярным кругом. Причина температурной аномалии – расположенная по соседству Кольская атомная станция, которая и сбрасывает в залив теплые технические воды. Велик соблазн предположить, что рыба не совсем безопасна, но нет, все пробы Роспотребнадзора говорят о том, что и вода в озере, и выращенная в нем рыба соответствуют всем санитарным нормам. Технические воды, поступающие в озеро Имандра, не контактируют с реакторами и проходят несколько степеней очистки, поэтому радиационное заражение исключено.
10. Озеро Байкал, Иркутская область, Республика Бурятия. Все знают, что озеро Байкал – самое глубокое на нашей планете, но мало кто задумывается над тем, почему оно такое глубокое. Если говорить упрощенно, то озеро Байкал – это гигантская трещина в земной коре глубиной 1642 метра, которая заполнена пресной водой. Котловина Байкала имеет тектоническое происхождение, а прямо по дну проходит грандиозный разлом земной коры – Байкальская рифтовая зона. Именно в этом месте идут глобальные геологические процессы: Амурская плита со стороны юго-восточного берега Байкала отодвигается от Евразийской плиты, граница которой проходит по северо-западному побережью. Скорость расширения байкальской котловины – примерно 3-4 миллиметра в год, и через 200 миллионов лет на месте озера будет полноценный океан. Рифтовая зона не ограничена котловиной озера, она продолжается и за его пределами, а на суше она проявляется в виде трещин и небольших разломов, хорошо заметных с самолета. Зона рифтового разлома имеет высокую сейсмическую активность, поэтому в районе озера много термальных источников и часто бывают землетрясения. Похожие структуры есть и в других местах планеты, например, разлом Сан-Андреас в Северной Америке или Восточно-Африканская рифтовая долина в Африке, в пределах которой находится второе по глубине озеро планеты – Танганьика.
Ольга Фролова
Изображение на обложке: Freepik
