Вы тут

История прогноза погоды


С давних времен люди стремились предугадывать погоду, пытались установить связь между ее изменениями и движением небесных тел, сравнивали смежные сезоны и т. д. Но все эти попытки не имели научной основы и поэтому были безрезультатны. Постепенное накопление сведений о климате различных широт, начиная с эпохи Великих географических открытий (XV – XVІІ вв.), а затем и изобретение приборов для измерения основных метеорологических величин (XVII – XVIII вв.), и в первую очередь барометра, открыли путь к научному предсказанию погоды.

От Иосифа и Аристотеля

Пожалуй, первым метеорологом можно считать библейского Иосифа, правильно истолковавшего сон фараона о семи тучных и семи худых коровах. «И сказал Иосиф фараону: “...семь коров тощих – это семь лет голода”» (Библия, Бытие, гл. 41). Он также продемонстрировал отличный пример правильного использования прогноза, посоветовав фараону запасаться зерном в урожайные годы. Этот пример весьма поучителен для современных метеорологов, поскольку кроме подготовки прогноза они должны стремиться к тому, чтобы он был правильно использован в экономической деятельности.

В IV веке до н. э. греки первыми обратили внимание на то, что характер погоды связан с направлением ветра. Великий мыслитель древности Аристотель обобщил эти наблюдения в трактате “Метеорологика”. С Аристотеля, можно считать, и началась метеорология. Подмеченные им закономерности хорошо укладываются в современную схему атмосферных процессов, а методы прогноза нашего времени – не что иное, как все то же выражение связей погоды с воздушными массами, приходящими с разных сторон горизонта, но связи эти имеют гораздо более сложный, математический вид.

Как изобрели барометр

Время европейского Средневековья пропало для метеорологии, да и для всей науки – настолько велико было влияние религиозных догм. Только через две с лишним тысячи лет после Аристотеля люди убедились, что воздух имеет вес. Установить это помогли опыты с изобретенным в начале 40-х годов XVII века водяным барометром.

Итальянец Эванджелиста Торричелли в 1644 году изобрел компактный барометр, в котором вода была заменена в 10 раз более тяжелой ртутью.

В переводе с древнегреческого название этого прибора – “измеритель тяжести” (βαρος – “тяжесть”, μετρεω – “измеряю”). Как же работает механический барометр? В сосуд с жидкостью вертикально помещают трубку, с верхнего конца которой откачивают воздух, и жидкость начинает подниматься по ней вверх. Почему? Давали самые разные объяснения, но наконец пришли к единственно правильному выводу: это окружающий воздух давит своим весом на жидкость в сосуде и загоняет ее в пустоту трубки. Так было доказано, что воздух имеет вес, и сформировалось понятие об атмосфере – газовой оболочке Земли. Теперь можно было измерить вес воздуха, вернее, его давление, т. е. вес, приходящийся на 1 см2 поверхности Земли. Это проделал бургомистр германского города Магдебурга, а по совместительству и пытливый исследователь Отто фон Герике, построив водяной барометр. Вода в его трубке при откачивании воздуха поднималась примерно до 10 м и дальше “идти не хотела”. Герике сделал вывод: вес 10-метрового водяного столба уравновешивается весом атмосферного воздуха. Отсюда можно подсчитать давление воздуха: если 1000 см3 воды умножить на вес одного ее кубического сантиметра – 1 г, то получится 1 кг на 1 см2 – именно так давит воздух на поверхность любого предмета, находящегося на Земле.

Механический барометр.

Итак, давление воздуха измеряно, но Герике на этом не остановился. Он продолжил свои наблюдения и установил, что давление меняется со временем, волнообразно. И вместе с ним изменяется погода: когда высота водяного столба уменьшается, начинаются дожди и сильные ветры, когда растет – устанавливается ясная солнечная погода. Так родился метод предсказания погоды по барометру. Это был огромный шаг вперед. Правда, с водяным барометром работать было трудно, но тут пришел на помощь итальянец Эванджелиста Торричелли. В 1644 году он изобрел компактный барометр, в котором вода была заменена в 10 раз более тяжелой ртутью. Такой прибор около 1 м высотой можно было переносить и помещать где угодно.

Барометр-анероид.

От штормовых оповещений до метеостанций

Барометр на долгие годы стал незаменимым прибором, особенно для моряков. Адмирал английского флота Роберт Фицрой задумал превратить прогнозы погоды по барометру в регулярно действующую службу штормовых оповещений. Он хорошо знал, во что обходятся людям и кораблям капризы погоды. Поэтому в 1850-х годах Фицрой налаживает производство барометров для рыбаков и составляет руководство, в котором объясняет правила прогноза погоды по изменению давления. Он также добивается разрешения на организацию сети из 24 метеорологических станций, связанных телеграфом с Лондоном. Как только сеть заработала, адмирал приступил к составлению прогнозов погоды на ближайшие несколько дней. Ему хотелось, чтобы как можно больше людей знали о надвигающихся штормах. И вот уже солидная английская газета “Таймс” 5 сентября 1860 года впервые в истории человечества помещает на своих страницах прогноз погоды на завтра.

Адмирал английского флота Роберт Фицрой в 1850 году начал производство барометров для рыбаков.

Однако для обывателей этого было мало – давай абсолютно точные прогнозы, и все тут! Первые “грозовые облака” критики над головой Фицроя сгустились спустя два года после начала публикации прогнозов. Нападки газет на него становились все более вызывающими. Угнетало адмирала и негативное отношение со стороны официальных ученых. Вскоре после трагической смерти Фицроя выпуск прогнозов погоды прекратился, поскольку, как выразились члены специальной комиссии, “еще нет научных оснований для ежедневных предсказаний”.

Балаклавская буря и первая оперативная карта погоды

Во время Крымской войны 14 ноября 1854 года на полуостров обрушилась буря невиданной силы – скорость ветра подчас достигала 37 м/с. Англо-французский флот у берегов Балаклавы, Херсонеса и Качи потерял в этот день не менее 50 судов. Военный министр Франции Жан Батист Вальян узнал, что за день до того, как буря разразилась над Балаклавой, она прошла над Средиземным морем, а значит, была не такой уж внезапной. Он обратился к известному астроному Леверье с просьбой изучить обстоятельства ее возникновения.

Французский математик и астроном Урбен Леверье представил первую в истории оперативную карту погоды.

Запросив метеорологов и астрономов всех стран Европы о погоде 12-16 ноября 1854 года, Урбен Леверье получил 250 ответов. На их основании он проследил путь бури и понял, что пора создавать постоянную сеть метеорологических станций. 19 февраля 1858 года энергичный астроном собрал метеорологические сведения по Франции и вечером того же дня представил национальной академии первую в истории оперативную карту погоды. Теперь такие карты мы называем синоптическими – они позволяют одновременно обозреть погоду на больших пространствах.

Организация службы погоды в России — заслуга Михаила Рыкачева.

Первая синоптическая карта в России была составлена в 1872 году в Главной физической обсерватории в Петербурге. Она стала составной частью ежедневного бюллетеня погоды, и с этого момента в России начала постоянно действовать служба погоды. Ее организация, выпуск бюллетеня и составление штормовых предупреждений – заслуга моряка по профессии и метеоролога по призванию Михаила Рыкачева.

Почему “забуксовала” математическая модель

В 1888 году немецкий физик Герман фон Гельмгольц сформулировал фундаментальные законы движения воздуха, необходимые для описания атмосферных процессов. Эти математические законы представляли собой систему гидродинамических и термодинамических уравнений. В конце XIX века норвежский физик и метеоролог Вильгельм Бьеркнес высказал идею, что погода может быть предвычислена количественно с помощью этих уравнений на основе тщательного анализа первоначального состояния атмосферы.

Современные карты погоды.

Идея Бьеркнеса вдохновила известного математика и метеоролога Льюиса Ричардсона, и он предпринял попытку предвычислить погоду с помощью уравнений. Однако после опубликования его трудов был сделан вывод о бесперспективности таких прогнозов – не столько из-за плохого их качества, сколько из-за необходимости огромного объема вычислений. Ричардсон подсчитал, что для получения одного прогноза на сутки потребуется 64 тысячи человек. Поэтому развитие прогностической метеорологии в 20-30-е годы ХХ века пошло главным образом по пути создания физических моделей.

Прогноз все точнее и быстрее

Крупный вклад в решение проблемы прогноза погоды внесли известные ученые норвежской школы Якоб Бьеркнес, Хальвор Солберг и Тор Бержерон, а в России – Сергей Хромов. Ими был разработан фронтологический метод синоптических прогнозов. Созданные к этому времени во многих странах сети метеорологических наблюдений позволили специалистам постоянно следить за состоянием погоды, составлять карты, выделять на них циклоны и антициклоны, определять границы воздушных масс и готовить прогнозы.

Изобретение Павлом Молчановым радиозонда в 1930 году открыло новую эпоху в развитии синоптической метеорологии. Была создана сеть аэрологических станций, и началось составление карт барической топографии в научных целях.

Первый практически приемлемый подход к решению проблемы гидродинамического прогноза был реализован в СССР в 1940 году математиком Ильей Кибелем. Однако применять в оперативной практике гидродинамические модели и развивать их стало возможным только после появления электронно-вычислительных машин. С этого времени численные методы стали быстро развиваться.

Современные численные модели позволяют с достаточной степенью точности прогнозировать значения многих метеорологических величин для определенных точек географической сетки. Существенное улучшение прогнозирования связано с широким использованием данных, поступающих с искусственных спутников Земли.

Современные карты погоды.

Сегодня по всей планете ежедневно и ежечасно собираются миллиарды метеорологических данных. Они направляются в центры обработки метеоинформации, оснащенные, как правило, самыми современными компьютерами, так как прогноз на следующий день нужен уже сейчас, а не завтра.

Мощности суперкомпьютеров растут, и они будут находить свое применение в метеорологии. Все новые инструменты для наблюдения за погодой выводятся в космос, растет сеть метеорадаров. Развивается новое направление в прогнозировании погоды – наукастинг, позволяющий выпускать сверхкраткосрочный прогноз об опасных явлениях на ближайшие несколько часов.

Дарья ШПАК,

инженер-синоптик отдела краткосрочных прогнозов погоды, неблагоприятных и опасных явлений службы метеорологических прогнозов

Людмила ПАРАЩУК,

начальник сектора сопровождения метеорологических прогнозов, Республиканского центра по гидрометеорологии, контролю радиоактивного загрязнения и мониторингу окружающей среды Минприроды

 

Выбар рэдакцыі