Как работает прогноз погоды?

Как метеорологи составляют прогноз погоды? Почему жара может за день смениться похолоданием? И что такое антициклон?

«Бумага» публикует отрывок из книги «Воздух
Неожиданные факты о том, без чего нельзя прожить» Натальи Голубевой — популяризатора науки и инженера систем вентиляции и кондиционирования воздуха, проектировавшего воздушные системы при строительстве «Зенит-арены» и «Адмиралтейства».

Человек — любопытное создание, стремящееся заглянуть в будущее. Гадания на картах, нумерология, гороскопы, руны и кофейная гуща: всё, что объединяет эти способы, — полное отсутствие связи с реальностью. Не обижайтесь, пожалуйста, если верите во что-то из вышеперечисленного. Я инженер, поэтому всю жизнь опираюсь на факты, а они свидетельствуют о том, что узнать будущее невозможно. И всё же, если обладать определенными знаниями, можно кое-что предсказать. Речь идет о погоде.

Погода переменчива, это ее основное свойство. Чтобы дать прогноз на завтра, необходимо тщательно отследить все происходящие в атмосфере процессы сегодня. Изучением погоды занимается отдельная наука — метеорология, объединяющая в себе знания об атмосфере, наблюдения за протекающими процессами и моделирование.

Какая бывает погода? Основные ее параметры таковы:

• температура воздуха;
• атмосферное давление;
• влажность воздуха;
• скорость и направление ветра;
• наличие осадков;
• наличие облаков.

Эти показатели тесно связаны. Изменение одного из них ведет за собой перемены в остальных. Например, пошел дождь. Если описывать процесс крайне схематично — это случилось потому, что ветер принес облака. А ветер появился из-за изменения давления, а оно поменялось из-за перемены температуры.

За погодой тщательно следят отовсюду. На поверхности Земли с помощью метеостанций, в воздухе — самолетов и метеозондов. Даже из космоса за ней присматривают: метеоспутники постоянно передают погодные данные на Землю. В России полученная информация собирается в Гидрометцентре, затем передается во Всемирную метеорологическую организацию, объединяющую 185 стран. После обмена данными Гидрометцентр рассчитывает прогноз погоды.

Точность прогноза погоды на ближайшие сутки обычно более 95%. Предугадать погоду с такой же точностью на более длительный срок пока не всегда удается. Метеорология постоянно развивается, а способы отслеживать и предсказывать погоду совершенствуются. Но всё равно эта наука относится к самым неточным наукам в мире.

Что такое метеостанция?

Это наблюдательный пункт с метеорологическими измерительными приборами, которые непрерывно следят за изменениями параметров погоды и фиксируют их. Крупные государства располагают тысячами метеостанций, откуда постоянно поступают данные. Некоторые метеостанции устанавливают вдалеке от больших населенных пунктов, в настолько труднодоступных местах (пустынях, на горных вершинах, Крайнем Севере и юге), что сотрудники таких станций в прямом смысле слова живут как отшельники.

Все метеостанции, вне зависимости от того, где они находятся, работают по общему Всемирному времени: по Гринвичу. Это время, которое сейчас в Лондоне, без учета летнего. Основная задача сотрудников метеостанций — замерять и передавать параметры погоды каждые три часа.

Основные приборы, которые есть на каждой метеостанции:

• ТЕРМОМЕТРЫ — ими измеряют температуру воздуха на поверхности и в глубине почвы. Чтобы исключить ошибку, сотрудник станции снимает показания с нескольких приборов и высчитывает среднее арифметическое значение.
• БАРОМЕТР — устройство для измерения атмосферного давления. Самые точные — ртутные барометры, поэтому именно они используются на метеостанциях.
• ГИГРОМЕТР — измеритель влажности воздуха.
• АНЕМОРУМБОМЕТР определяет скорость и направление ветра.
• ОСАДКОМЕР — прибор, в котором собирают осадки для измерения их количества. Снег и дождь считаются по величине слоя, в миллиметрах.

Когда погода не меняется на протяжении нескольких дней, она называется устойчивой. Если, наоборот, изменений много — изменчивой.

Короткая, но яркая жизнь метеозонда

Чтобы получить данные для прогноза погоды, недостаточно наблюдать за ней только с земли. За погодой наблюдают еще и с воздуха, а занимаются этим ученые-аэрологи. Чтобы заглянуть в небо, специалисты запускают различные приборы: зонды и даже настоящие метеорологические ракеты. Делают они это со специальных точек, вблизи метеостанций или аэродромов.

Самый популярный прибор для наблюдения — метеозонд. Все аэрологи Земли запускают их дважды в день в одно и то же время: в полдень и в полночь по Гринвичу. Метеозонд похож на большой воздушный шар, который надувают водородом или гелием. На нем расположено оборудование для того, чтобы измерять температуру, давление, влажность, а также скорость и направление ветра в высоких слоях атмосферы. Данные на землю передаются по радиосвязи до тех пор, пока есть сигнал. Каждый метеозонд — одноразовый, и после того, как его выпускают, он уже не возвращается обратно, поэтому специалисты каждый раз собирают новый прибор.

Зонд находится в небе в течение нескольких часов. Затем он теряет высоту и падает на землю. Думаю, каждому стоит быть готовым к внезапной встрече с ним, потому что точку падения предсказать невозможно. Конечно, большая часть метеозондов падает вдали от человеческих глаз, где-нибудь в поле или в лесу. Однако бывали ситуации, когда он падал прямо в городе или залетал в чей-нибудь огород. Часто его принимают за НЛО.

Как работает прогноз погоды

Знать, как поведет себя погода, необходимо не только нам с вами, чтобы захватить зонтик с утра, но и различным отраслям: авиации, железнодорожному транспорту, МЧС, сельскому хозяйству. Именно ради экономики и безопасности за погодой так пристально и сплоченно следят по всему земному шару.

Почему книга о воздухе, а говорим мы о погоде? Какая между ними связь? Дело в том, что воздух — источник погоды и главная причина ее изменений.

Воздушные массы — огромные скопления воздуха над определенной климатической зоной. Поверхность Земли прогревается неравномерно. Чем больше тот или иной участок Земли получает солнечных лучей, тем выше там температура и больше испарение влаги. Над каждой областью Земли свой микроклимат, «свой» воздух, а значит, и собственная погода. Например, на экваторе максимальное количество солнечных лучей, которые падают на землю практически отвесно. Воздух на экваторе теплый и влажный, погода — жаркая и дождливая. Обратная ситуация в полярных широтах: в Арктике и Антарктике. Здесь солнечных лучей мало, они скользят по поверхности, поэтому воздух холодный и сухой. Погода летом прохладная, зимой — морозная.

Воздушные массы разделяют на четыре типа, по их географическому происхождению: арктические, умеренные, тропические, экваториальные. Они постоянно перемещаются, принося с собой ту или иную погоду на разные территории. Зона, где сталкиваются две разные по своим свойствам воздушные массы, называется атмосферным фронтом. Там происходит резкое изменение погоды.

Например: в городе N всю неделю стояла теплая погода. В пятницу весь день было тепло, даже немного жарко. К вечеру погода резко испортилась: начался сильный ветер, гроза и ливень. Вслед за ливнем в город пришло похолодание, которое продержалось все выходные. Что случилось? Ничего необычного, просто в пятницу над городом прошел холодный фронт, который вытеснил собой теплую воздушную массу и принес вместо нее холодную.

На погоду и движение воздушных масс влияет еще один важный момент: планета постоянно вращается вокруг своей оси. Это значит, что эти массы движутся не только навстречу друг другу, но и закручиваются в спирали, которые называют циклонами. Кстати, они никогда не образуются на экваторе, ведь там, если говорить простым языком, нет сил, которые их закручивают.

Циклон — область низкого давления, он всегда связан с ухудшением погоды и осадками. Вы помните, воздух всегда движется из области высокого давления в область низкого, поэтому циклон буквально притягивает облака и «засасывает» плохую погоду.

В противовес циклону всегда образуется антициклон — область повышенного давления. Воздух в антициклоне движется от центра в стороны, поэтому он словно выталкивает из себя облака и непогоду. Антициклон приносит ясную, безветренную и безоблачную погоду. Казалось бы, это гораздо лучше, чем циклон. Но и антициклон таит в себе недостатки: летом из-за ясной и жаркой погоды могут развиваться лесные пожары; зимой — из-за того, что воздух неподвижен, — сильные морозы.

Подведем итог: чтобы узнать и предсказать погоду на ближайшее будущее, необходимо измерить ее параметры сейчас, причем одновременно во многих пунктах на Земле. Это нужно для того, чтобы отследить и отобразить на карте положение воздушных масс, атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов. Затем необходимо просчитать, в какую сторону они движутся, в какой период будут находиться над той или иной местностью и какая погода придет туда вместе с ними. Опираясь на эту модель, строится прогноз погоды.

Мы настолько привыкли к тому, что погода на завтра известна, ее можно узнать в любой момент времени, что даже не задумываемся, какой это колоссальный труд. Только представьте огромное количество людей, работающих вместе ради достижения результата. Надеюсь, теперь вы не будете фыркать и подшучивать над синоптиками, если их прогноз окажется неточным?

Что еще почитать:

• В Петербурге меняется климатический подрайон. Говорят, погода будет как в Грузии. Это правда?
• Вы тоже заметили, что в этом году в Петербурге много тополиного пуха? Мы спросили биолога, с чем это связано