Привет! Мы много писали про прогнозы погоды, опасные явления в атмосфере, ветры, облака. Но откуда берётся информация об этих явлениях? Сегодня расскажем про метеорологические наблюдения.
Метеорологические наблюдения бывают очень разными.
Есть те, которые образуют наблюдательную сеть. Они производятся регулярно и поступают в центры сбора данных, где участвуют в прогнозах погоды. А есть специальные наблюдения, которые производят только для научных исследований.
Ещё наблюдения бывают контактными и дистанционными. Контактное наблюдение — это, например, обычный термометр. Он контактирует с воздухом определённой температуры и сам приобретает такую же. И каким-то образом (обычно за счёт расширения/сжатия жидкости, залитой в него) может эту температуру показать. С дистанционными наблюдениями всё по-другому. Наверняка, во время пандемии всем мерили температуру цифровым термометром, который наводят на руку или лоб, но не прикладывают к телу.
Этот термометр “ловит” идущее от вас инфракрасное излучение и использует физические законы, чтобы преобразовать его в температуру вашего тела. Наверное, все замечали, что получается менее точно, чем обычным термометром.
Конечно, это не все отличия наблюдений друг от друга, но этого хватит, чтобы познакомиться с главными их видами. Приступим.
Главные наблюдения во всём мире ведутся на метеостанциях. Сеть метеостанций начали создавать в Европе в середине XIX века. Тогда сильный шторм потопил больше 50 кораблей у берегов Крыма. Разбираясь с трагедией, специалисты заметили, что та буря прошла сотни километров через всю Европу. И если бы на карте заранее нарисовали ее маршрут, то поняли бы, что скоро она придёт в Крым. Стало очевидно, что нужна слаженная сеть наблюдений с международным обменом данными, причём чем быстрее данные приходят, тем лучше. На сегодняшний день метеостанции есть почти в каждой стране мира, и у всех есть свободный доступ к данным друг друга.
Чтобы данные можно было сравнивать, все метеостанции организованы одинаково. Это участок земли, максимально типичный для местности. Приборы везде очень похожи. Обязательно наблюдают давление, температуру, влажность, облачность, осадки и некоторые другие параметры. Есть специальные станции, которые дополнительно ведут какие-нибудь специальные наблюдения: за активностью Солнца, чистотой воздуха и т.д. Наблюдения производятся людьми вручную.
Полноценная метеостанция — это очень сложно и дорого. Нужно найти под неё землю, найти людей, которые будут всё измерять… А если она стоит вдали от цивилизации? Желающих работать там будет немного. Проблему решают автоматические метеостанции.
Это установки, которые работают от сети или от аккумулятора и измеряют всё автоматически, что намного удобнее. Качество данных на таких станциях ниже, чем на обычных, а некоторые параметры (например, атмосферные явления и облачность) они вообще не наблюдают. Зато такие станции можно размещать где угодно и в любом количестве.
Автоматических метеостанций становится всё больше, обычных — всё меньше, это закономерное развитие сети наблюдений. Но полностью отказаться от традиционных метеостанций нельзя. Это образец, проверенный веками, к которому стремятся все остальные измерения. Некоторые метеостанции ведут непрерывные наблюдения десятки лет, эти ряды данных представляют огромную научную ценность, и их нельзя прерывать.
Если метеостанции — это самый популярный вид контактных наблюдений, то спутниковые наблюдения — главные среди дистанционных. Спутники могут проводить самые разные наблюдения над любой точкой Земли. Это их огромное преимущество перед другими видами наблюдений. Многие открытия в метеорологии (например, полярные циклоны) были сделаны только благодаря спутниковым снимкам.
На борту спутников находятся датчики, которые регистрируют электромагнитные волны разных частот. Получаются фотографии, которые потом анализируются специальными программами или людьми. Но если простой фотоаппарат снимает только в видимом диапазоне (т.е. на фотографии изображено то, что мы видим своими глазами), то спутники могут снимать и на других частотах. Разные частоты дают информацию о разных характеристиках, необходимых для прогноза погоды. Например, видимое излучение используется, чтобы определить облачность, наличие льда в море или снега на земле.
Инфракрасное излучение характеризует температуру воздуха или поверхности, а на определённых длинах волн — содержание водяного пара в атмосфере.
Главная проблема спутников в том, что их нужно периодически калибровать, т.е. сравнивать их данные с данными контактных наблюдений и проверять, ничего ли не сбилось. В труднодоступных районах проводить калибровку сложно. Поэтому многим спутниковым данным не очень доверяют и стараются использовать их только когда нет других источников информации.
Другой популярный метод дистанционных измерений — радиолокаторы. Они посылают в атмосферу электромагнитные сигналы, которые отражаются от разных частичек (например, капель дождя) и возвращаются обратно. Видя, как изменился сигнал за время своего “путешествия”, можно понять, где и с какими частицами он взаимодействовал. И можно составить, например, карту осадков, узнать, из каких облаков идёт ливень с градом, а из каких только лёгкая морось. Данные радиолокаторов очень помогают при прогнозе погоды, особенно осадков.
Большинство информации об океанах поступает к нам со спутников, вести там контактные наблюдения довольно сложно. Но это не значит, что их нет совсем. Например, есть метеорологические буи. По сути, это те же самые автоматические метеостанции, только плавающие на воде. Они производят все основные метеорологические измерения. К сожалению, в сеть наблюдений сейчас входит всего около 1000 буёв. Для огромной площади мирового океана это совсем немного. К тому же, буи распределены неравномерно.
Более продвинутые метеостанции устанавливаются на корабли. Есть специальные корабли, предназначенные для научных исследований. Они оборудованы современными лабораториями, на них много приборов. Само собой, такие корабли можно “пересчитать по пальцам”. Иногда на обычные корабли, например, на танкеры, устанавливают автоматические метеостанции. Но такие наблюдения считаются очень неточными.
Метеорологические зонды — главный источник информации на высоте от нескольких метров до 40 км. Это огромные воздушные шары, к которым привязаны коробочки с приборами: выглядят они необычно! Ими измеряют то же самое, что на метеостанциях: температуру, влажность, давление, скорость ветра. Данные с приборов автоматически передаются на землю. Кстати, до изобретения радиосвязи передавать информацию с зонда на землю не умели. Поэтому учёные договаривались с жителями окрестных деревень, что они будут возвращать найденные зонды за небольшое вознаграждение. И это работало — большинство зондов приносили обратно.
Один из самых редких сейчас видов наблюдений — метеорологические ракеты. Их используют для исследования верхних слоёв атмосферы: тех, которые находятся слишком высоко для зондов. Ракета долетает до высоты 100-120 км, после чего у неё раскрывается парашют, на котором она медленно опускается вниз и проводит измерения.
Такие исследования очень точные, но очень дорогие. Популярнее всего они были в 60-х — 70-х годах XX века, на заре покорения околоземного пространства. Сейчас, когда все основные исследования проведены, ракеты запускаются редко, в особых случаях. Их данные используются только в научных целях.
Способов наблюдений ещё очень много. Есть огромные дирижабли, которые могут месяцами висеть на одной высоте. Самолёты с метеоприборами, специально залетающие в центр бури. Есть наблюдатели-любители, например, охотники за торнадо.
Каждое наблюдение — ценный источник информации, а возможности современных приборов и проницательность учёных иногда поражают воображение. Будущее готовит ещё много захватывающих способов познать мир!
