Роль метеорологических станций в климатологии

     Поскольку метеорологические наблюдения нужны  для ежедневного прогноза погоды, большое значение для развития метеорологической сети в наше время имеет радиосвязь, позволяющая срочно передавать результаты наблюдений из отдаленных районов.

     В настоящее время существуют и  автоматические станции, длительное время  работающие без вмешательства человека. Их устанавливают в труднодоступных или неудобных для жизни районах, например на льдах Арктики; наблюдения их автоматически передаются по радио. В близком будущем автоматические и полуавтоматические метеорологические станции должны получить широкое применение.

     Сеть  аэрологических станций возникла позднее, лишь в XX веке, и густота ее еще невелика в сравнении с сетью обычных метеорологических станций. Общее число станций с наблюдениями над давлением, температурой и влажностью в высоких слоях с помощью радиозондов составляет на Земном шаре около 1000, из них в СССР свыше 200. Значительно больше станций для наблюдений над ветром на высотах. Производятся также многочисленные наблюдения с самолетов. 

7. Программа наблюдений на метеорологических станциях

     На  наземных метеорологических станциях во всем мире производятся одновременные (синхронные) наблюдения через каждые три часа по единому - гринвичскому - времени (времени нулевого пояса). Результаты наблюдений за эти сроки немедленно передаются по телефону, телеграфу или по радио в органы службы погоды. Там по ним составляются синоптические карты и другие материалы, служащие для предсказания погоды.

     На  метеорологических станциях основного  типа регистрируются следующие метеорологические элементы:

• Температура воздуха на высоте 2 м над земной поверхностью.
• Атмосферное давление.
• Влажность воздуха - упругость водяного пара в воздухе и относительная влажность.
• Ветер - горизонтальное движение воздуха на высоте 10- 12 м над земной поверхностью. Измеряется его скорость и определяется направление, откуда он дует.
• Облачность - степень покрытия неба облаками, типы облаков по международной классификации, высота нижней границы облаков, ближайших к земной поверхности, скорость и направление движения облаков.
• Количество осадков, выпавших из облаков, их типы (дождь, морось, снег и пр.).
• Наличие и интенсивность различных осадков, образующихся на земной поверхности и на предметах (росы, инея, гололеда и пр.), а также тумана.
• Горизонтальная видимость - расстояние, на котором, вследствие мутности атмосферы, перестают различаться очертания предметов.
• Продолжительность солнечного сияния.
• Температура на поверхности почвы и на нескольких глубинах в почве.
• Состояние поверхности почвы.
• Высота и плотность снежного покрова.
• На некоторых станциях - испарение воды с водных поверхностей или с почвы.
• Регистрируются также метели, шквалы, смерчи, мгла, пыльные бури, грозы, тихие электрические разряды, полярные сияния и некоторые оптические явления в атмосфере (радуга, круги и венцы вокруг дисков светил, миражи).

     На  береговых метеорологических станциях производятся также наблюдения над  температурой воды и волнением водной поверхности. Программа наблюдений на судах отличается в деталях от наблюдений на сухопутных станциях. На большом числе дополнительных станций (постов) производятся наблюдения только над осадками и снежным покровом, так как для лучшего выяснения распределения этих элементов нужна более густая сеть наблюдений. В программу работы станций, имеющих определенный производственный профиль, например сельскохозяйственных, транспортных, авиационных, включаются особые дополнительные наблюдения.

     Не  все метеорологические элементы наблюдаются в каждый срок наблюдений. Например, количество осадков измеряется четыре раза в сутки, высота снежного покрова - один раз в сутки, плотность снега - один раз в пять дней и т. д.

     В программы наблюдений обсерваторий и отдельных станций входят еще  актинометрические наблюдения над солнечной радиацией, земным излучением, отражательными свойствами (альбедо) поверхности земли и воды; уточненные наблюдения над температурой и влажностью воздуха на разных высотах в приземном слое воздуха (градиентные наблюдения); измерения содержания в воздухе пыли, химических примесей, радиоактивных продуктов и пр.; атмосферно-электрические наблюдения над ионизацией воздуха, т. е. над содержанием в нем электрически заряженных частиц, и над изменениями электрического поля атмосферы.  

8. Метеорологические приборы

     Наблюдения  на метеорологических станциях в  основном имеют характер измерений и ведутся с помощью специальных измерительных приборов; лишь немногие метеорологические элементы количественно оцениваются без приборов (степень облачности, дальность видимости и некоторые другие). Качественные оценки, например определение характера облаков и осадков, производятся без приборов.

     Для сетевых приборов необходима однотипность, облегчающая работу сети и обеспечивающая сравнимость наблюдений.

     Метеорологические приборы устанавливаются на площадке станции под открытым небом. Только приборы для измерения атмосферного давления (барометры) устанавливаются в закрытом помещении станции, так как разница между давлением воздуха под открытым небом и внутри помещения ничтожно мала (практически отсутствует).

     Приборы для определения температуры  и влажности воздуха защищают от действия солнечной радиации, от осадков и порывов ветра, и для этого их помещают в будках особой конструкции. Отсчеты по приборам делаются наблюдателем в установленные сроки наблюдений. На станциях устанавливаются также самопишущие приборы, дающие непрерывную автоматическую регистрацию важнейших метеорологических элементов (особенно температуры и влажности воздуха, атмосферного давления и ветра). Самопишущие приборы нередко конструируют так, что их приемные части, помещенные на площадке или на крыше здания, имеют электрическую передачу к пишущим частям, установленным внутри здания.

     Принципы  ряда метеорологических приборов были предложены еще в XVII-XIX веках. В настоящее время в метеорологическом приборостроении наблюдается быстрый прогресс. Создаются новые конструкции приборов с использованием возможностей современной техники: термо- и фотоэлементов, полупроводников, радиосвязи и радиолокации, различных химических реакций и т. п. Особенно нужно отметить применение в последние годы в метеорологических целях радиолокации. На экране радиолокатора (радара) можно обнаружить скопления облаков, области осадков, грозы и даже большие атмосферные вихри (тропические циклоны) в значительном отдалении от наблюдателя и прослеживать их эволюцию и перемещение.

     Как упоминалось выше, достигнуты большие  успехи в конструировании автоматических станций, передающих свои наблюдения в течение более или менее длительного времени без вмешательства человека. 

9. Методы аэрологических наблюдений

     Наиболее  простым видом аэрологических наблюдений является ветровое зондирование, т. е. наблюдения над ветром в свободной атмосфере с помощью шаров-пилотов. Так называются небольшие резиновые шары, наполняемые водородом и выпускаемые в свободный полет. Наблюдая в теодолиты за полетом шара-пилота, можно установить скорость и направление ветра на тех высотах, на которых летит шар. В настоящее время при аэрологических наблюдениях над ветром все шире применяются методы радиообнаружения, т. е. радиопеленгация радиозондов и радиолокация (радиоветровое зондирование), обеспечивающие получение сведений о ветре при наличии облачного покрова. Наблюдения над ветром, помимо их научной роли, имеют непосредственное значение для обслуживания действий авиации. Такое, же значение имеет и описываемое ниже температурное зондирование.

     Температурным зондированием называются регулярные (обычно два раза в сутки) выпуски в высокие слои атмосферы шаров-зондов с резиновыми оболочками достаточно большого размера, к которым прикреплены автоматические приборы для регистрации температуры, давления и влажности воздуха. До тридцатых годов эти приборы - метеорографы - давали только запись наблюдаемых величин на ленте самописца. На той или иной высоте шар, раздуваясь, лопался, а прибор спускался на землю на втором, дополнительном шаре или на парашюте. Однако возвращение прибора в место выпуска зависело при этом от случая, и не могло быть речи о срочном использовании наблюдений.  
С 1930 г. распространился метод радиозондирования (впервые примененный в СССР). Прикрепленный к шару прибор - радиозонд, находясь еще в полете, посылает радиосигналы, по которым можно определить значения метеорологических элементов в высоких слоях.

     Метод радиозондирования создал переворот в методах аэрологических наблюдений и во всей современной метеорологии. Радиозондовые наблюдения можно без всякого промедления использовать для службы погоды, что особенно повышает их ценность. Благодаря радиозондированию несравнимо возросли наши знания о слоях атмосферы до высоты 30-40 км. Однако точность показаний современных радиозондов еще недостаточно велика.

     Радиозондирование вытеснило другие методы температурного зондирования - подъем метеорографов  на змеях, привязных аэростатах, самолетах и пр. Самолет остается, однако, важным средством для специальных сложных наблюдений, требующих участия наблюдателя, например для изучения физического строения облаков, для актинометрических и атмосферно-электрических наблюдений. Для тех же целей применяются аэростаты, а изредка стратостаты с герметически закрытыми гондолами. Последний рекорд высоты подъема на стратостате в США близок к 35 км.

     В последние годы начали практиковать выпуски шаров без людей не только с радиозондами, но и с более сложными автоматическими приборами для разного рода наблюдений. Такие шары большого диаметра с оболочкой из полиэтилена (трансокеанские зонды) достигают со значительным грузом приборов высот порядка 30-40 км. Они могут лететь на определенной заданной высоте (точнее, на заданной изобарической поверхности, т. е. в слое с одним и тем же атмосферным давлением), находясь при этом в воздухе много дней подряд и передавая радиосигналы. Определение траекторий полета таких шаров имеет значение для изучения переноса воздуха в высоких слоях атмосферы, особенно над океанами и в низких широтах, где сеть аэрологических станций недостаточна.

     Для исследования еще более высоких  слоев атмосферы производят выпуски  метеорологических и геофизических ракет с приборами, показания которых передаются по радио. Потолок подъема ракет в настоящее время стал уже неограниченным.

     В 1957-1958 гг. в СССР, а затем в США  удалось запустить, первые спутники Земли с автоматическими приборами в высшие слои атмосферы. Теперь уже большое количество таких спутников вращается вокруг Земли, причем орбиты некоторых из них достигают высот в десятки тысяч километров. С 1960 г. регулярно запускаются так называемые метеорологические спутники, предназначенные для исследования нижележащих слоев атмосферы. Они фотографируют и передают телевизионным путем распределение облачности по Земному шару, а также измеряют поступающую от земной поверхности радиацию.

     Кроме того, важным методом исследования высших слоев являются наблюдения над  распространением радиоволн. 

10. Метеорологическая служба

     Во  всех странах существуют специальные  государственные организации, так  называемые метеорологические службы, в состав которых входят сети станций и научные метеорологические учреждения. Задачей метеорологической службы является научное исследование атмосферы и практическое обслуживание народного хозяйства информацией о погоде и климате и прогнозами погоды. В Советском Союзе в состав Гидрометеорологической службы СССР вместе с метеорологическими входят и гидрологические станции и учреждения. Руководство этой службой осуществляется Главным управлением гидрометеорологической службы при Совете Министров СССР и подведомственными ему республиканскими и областными управлениями. Кроме многотысячной сети станций, она включает ряд научных институтов, центральных и периферийных, ряд областных гидрометеорологических обсерваторий и многочисленные органы службы погоды по всей стране (бюро прогнозов, авиаметеорологические станции и др.).

     Несколько крупных центральных институтов Гидрометеорологической службы работают в области метеорологии и климатологии. Это Главная геофизическая обсерватория имени А. И. Воейкова в Ленинграде, основанная в 1849 г., Гидрометцентр СССР в Москве (вначале называвшийся Центральным бюро погоды СССР, а затем, до 1966 г., Центральным институтом прогнозов), основанный в 1930 г., Центральная аэрологическая обсерватория под Москвой, основанная в 1943 г., Институт аэроклиматологии в Москве, основанный в 1943 г. Метеорологические и климатологические исследования ведутся и в некоторых других центральных институтах Гидрометеорологической службы (Институт гидрометеорологического приборостроения, Арктический и Антарктический институт, Институт прикладной геофизики, Государственный океанографический институт), в нескольких гидрометеорологических институтах на периферии (в Киеве, Тбилиси, Алма-Ате, Владивостоке, Ташкенте), в местных гидрометеорологических обсерваториях, а также в университетах и других высших учебных заведениях, в учреждениях Академии наук СССР (например, в Институте физики атмосферы и в Институте географии в Москве) и академий наук союзных республик, воздушного и морского флота, железнодорожного транспорта и др. 

11. Всемирная метеорологическая организация

     Атмосферные процессы не знают государственных  границ, и метеорологические наблюдения и исследования ведутся во всех странах. Поэтому существует настоятельная необходимость в единообразии методики наблюдений и их обработки, в обмене информацией, в унификации форм оперативного обслуживания метеорологической информацией и прогнозами, а стало быть, в согласовании работы метеорологических служб всего мира. Это является задачей Всемирной метеорологической организации (ВМО).