После того как мы узнали, что такое погода и от чего зависят ее изменения, посмотрим, каким образом ее можно предсказывать.
Для предсказания погоды надо следить за движением воздушных масс, учитывая их взаимодействие с подстилающей поверхностью земли, развитием или исчезновением фронтов, циклонов и антициклонов. Для того чтобы следить за ними, надо уметь их обнаруживать. Чем раньше мы их обнаружим, тем с большей заблаговременностью сможем предсказать и связанную с ними погоду’.
Предсказания погоды на ближайшие часы, сутки или на более длительное время составляются Бюро погоды на основании достижений современной науки, техники и опыта.
Для предсказания погоды существует весьма действенный прием изучения процессов в атмосфере. Он заключается в составлении так называемых синоптических карт, или карт погоды, по данным тысяч метеорологических станций. На контурные географические карты условными знаками и цифрами наносятся данные наблюдений над давлением, температурой и влажностью воздуха, формой и количеством облаков, над скоростью и направлением ветра и другими элементами и явлениями погоды. Карты составляются за один и тот же момент времени для всех стран, что освещает погоду одновременно на всем земном шаре или его части.
Синоптические карты изготавливаются в Бюро погоды через каждые 6 часов. Кроме синоптических карт, составляются аэрологические карты, на которые наносятся данные наблюдений на различных высотах атмосферы. На синоптических и аэрологических картах хорошо отображаются воздушные массы, фронты, циклоны и антициклоны — «носители» той или иной погоды.
Синоптики в Бюро погоды непрерывно следят за движением, возникновением и исчезновением таких носителей погоды и на основании этого дают прогнозы погоды, которые передаются по различным каналам связи (телефону, телеграфу и радио) для широкого круга населения городов и сел.
Если же прогноз погоды не может быть получен из Бюро погоды, на помощь приходят местные признаки погоды.
Даже в тех случаях, когда прогноз из Бюро погоды получен, целесообразно уточнить его по местным признакам. Известно, что Бюро погоды составляет прогноз для области или для района в целом и не выделяет прогноз для отдельных пунктов, кроме крупных городов. Может быть, что в ста населенных пунктах района пройдет ожидаемый по прогнозу дождь, а в пяти его не будет. То же самое можно сказать и относительно туманов, гроз и других явлений. Такие расхождения прогнозов с действительностью происходят потому, что Бюро погоды не может учесть все детали множества разнообразных местных влияний.
Что же следует считать местными признаками погоды и как ими пользоваться?
Воздушные массы, фронты, циклоны и антициклоны, о которых говорилось в предыдущей главе, охватывают большие пространства земного шара, распространяются на многие километры в высоту и перемещаются от одного географического пункта к другому. Поэтому их первые признаки могут быть обнаружены задолго до прихода их в пункт наблюдений.
В качестве пояснения приведем вертикальные разрезы атмосферы при наступлении теплого и холодного фронтов. На рисунке показано, что перистые и перисто-слоистые облака, располагающиеся на высоте 7—8 км, являются передним краем всей системы облаков теплого фронта. Наблюдатель видит их за 200—300 км от пункта наблюдения. Осадки же наблюдаются за передним краем облаков, на расстоянии 700—800 км от него. Известно, что фронт в среднем проходит около 50 км в час. Значит, осадки, связанные с прохождением фронта, могут выпадать в пункте наблюдении приблизительно через сутки.
Передним краем системы об таков холодного фронта являются перисто-кучевые облака (мелкая рябь), располагающиеся на высоте 5—6 км от поверхности земли, и чечевицеобразные— на высоте 4—5 км. Наблюдатель может заметить их тоже примерно за 200 км от своего пункта. Зона осадков же находится в 100—200 км за передним краем облаков. Отсюда становится ясным, что выпадение осадков в пункте наблюдений может начаться через 6—8 часов.
Известно, что на погоду оказывают влияние местные условия: рельеф, распределение водоемов, близость которых ослабляет колебания температуры, характер и распределение растительности, а также степень прогретости подстилающей поверхности, над которой проходят воздушные массы и фронты. Эти условия могут усилить или ослабить основные факторы формирования погоды и вместе с тем увеличить или уменьшить вероятность появления тумана, возникновения дождя, степень ночного охлаждения почвы и т. п. Большое влияние оказывают они на возникновение весенних и осенних заморозков.
Чем резче выражены общие процессы погоды, тем слабее сказывается влияние местных условий.
Таким образом, местными признаками погоды будем считать те явления в природе, по которым заблаговременно можно обнаружить процессы, вызывающие ту или иную погоду. Такими признаками служит появление облаков, изменение направления и скорости ветра как у поверхности земли, так и на высотах, цвет неба, характер изменения давления, температуры и влажности воздуха и др.
К местным признакам погоды нужно также отнести колебания температуры воздуха ото дня к ночи, разницу ее на возвышенностях и в низинах, на открытых местах и среди растительности, появление росы или инея, степень ночного охлаждения почвы под различным покровом.
Известный русский ученый профессор П. И. Броунов составил сводную таблицу местных признаков погоды по оптическим явлениям в атмосфере. Она и в настоящее время может быть хорошим пособием для предсказания погоды на местах.
Мы уже знаем, что в атмосфере возникают особые вихри, определяющие погоду, — циклоны и антициклоны. Рассмотрим признаки их появления и прохождения.
Передняя часть циклона обычно связана с теплым фронтом, поэтому и признаки его приближения такие же, какие наблюдаются при приближении теплого фронта. Тыловая часть циклона очень часто связана с прохождением холодного фронта и нередко ее одного. Следовательно, признаки ее аналогичны признакам холодного фронта.
При приближении циклона важно всегда знать, какой частью — левой или правой — он пройдет над пунктом наблюдения. От этого тоже зависит характер изменения погоды.
Циклоны чаще всего перемещаются с запада на восток, но бывают случаи, когда они идут в других направлениях. О таких циклонах нужно дополнительно заметить следующее. Циклоны, проходящие с севера на юг, сопровождаются в тыловой части более значительными, чем обычно, похолоданиями. Южные циклоны, наоборот, приносят потепление и обильное количество осадков (летом — ливни, зимой — сильные снегопады, метели).
Для того чтобы решить вопрос, с какой стороны горизонта подходит циклон, существует хорошее правило. Надо стать спиной к ветру, вытянуть левую руку вдоль плеча и отвести ее на 30° вперед. Рука укажет направление, в котором находится циклон, а следовательно, и то направление, откуда он может подойти, если признаки указывают на его приближение.
Признаком приближения циклона служит появление нитеобразных перистых облаков с загнутыми концами, резкое падение давления воздуха. Если циклон подходит с запада, то вечером наблюдаются красные зори, если же с востока, то красные зори наблюдаются не вечером, а в утренние часы.
При приближении циклона температура воздуха по сравнению с предыдущими днями резко повышается к вечеру, количество влаги в воздухе увеличивается, о чем свидетельствуют не расходящиеся к вечеру облака. Если циклон приближается к месту наблюдения своим центром, то ветер не меняет направления и через 12—20 часов после появления перистых облаков наступает ненастье. В передней части циклона наблюдается более теплая погода. С приближением тыловой части циклона ветер меняет направление на противоположное, давление воздуха начинает расти и наступает прохладная погода с просветами в облаках, иногда с кратковременными дождями летом и снегом зимой.
Если ветер при подходе циклона к месту наблюдения меняет свое направление по часовой стрелке, например с южного на юго-западное, это значит, что циклон проходит над местом наблюдения своей правой частью. В таком случае надо ждать погоды, связанной с прохождением сначала теплого фронта, а затем в тыловой части циклона, холодного фронта. Если же направление ветра меняется против часовой стрелки, например с южного на восточное, значит циклон проходит над местом наблюдения своей левой частью. Это обусловит прохладную погоду с меняющейся облачностью и проходящими осадками.
Посмотрим теперь, о чем говорят признаки другого характера. Давление воздуха упорно растет. Ветер сохраняет свое направление. Облака к вечеру тают (исчезают). Зори — желтые и золотистые. Температура воздуха сначала понижается, а затем в течение суток резко колеблется с понижением ночью и повышением днем. Это признаки передней части наступающего антициклона. При его прохождении ожидается сухая погода, малооблачная, летом теплая или жаркая, зимой морозная. Весной и в особенности осенью, когда такой антициклон образовался в результате прихода холодной массы воздуха, появляются заморозки.
Выше уже говорилось об изменении скорости и направления ветра при прохождении фронтов. К этому следует добавить, что в передних, тыловых и боковых частях циклонов и антициклонов он меняет направление и скорость с высотой по-разному. Это обстоятельство может служить прекрасным местным признаком для определения, какой стороной циклон или антициклон проходит над местом наблюдения.
Направление и скорость ветра на высотах можно определять по движению облаков, а также шара-пилота, наполненного водородом (газом легче воздуха) и выпущенного в свободный полет. Такой шар легко подчиняется всем движениям воздуха. Следя за его полетом с помощью специального прибора (теодолита), находят скорость и направление ветра в верхних слоях воздуха. Эти наблюдения производятся на метеорологических станциях.
Посмотрим, какое изменение ветра с высотой характерно для циклона и антициклона и их различных частей.
Значительное правое вращение ветра с высотой, например, внизу ветер имел южное направление, а с высотой он сменил его на юго-западное и затем западное, может служить признаком приближения циклона к месту наблюдения. Правая сторона циклона характеризуется постоянством направления ветра и большими скоростями начиная с некоторой высоты (около 500 м). Левое вращение ветра с высотой наблюдается в тылу циклона. В левой части циклона ветер с высотой ослабевает и направление его становится неустойчивым.
В передней части антициклона ветер с высотой отклоняется влево, увеличивая свою скорость. На окраинах антициклона, в стороне, граничащей с циклоном, ветер с высотой сохраняет наблюдающееся у поверхности земли направление и постепенно увеличивает скорость. При этом не исключена возможность постепенного ухудшения погоды. Если антициклон не перемещается, то ветер сохраняет постоянную скорость и направление до значительных высот. В центральной части антициклона ветер с высотой неустойчив по направлению и близок к штилю.
Возьмем теперь ряд перечисленных признаков и определим по ним, какой из известных нам процессов атмосферы наблюдается над данным местом или какой из них приближается или удаляется от места наблюдения. Допустим, появились следующие признаки. Ясное небо, летом в дневные часы возникают небольшие плоские кучевые облака, к вечеру они исчезают. Закат солнца ясный. Ветер слабый, а летом часто появляется только днем и к вечеру стихает. После захода солнца на траве оседает роса, исчезающая после восхода солнца. Поздней осенью вместо росы к утру образуется иней — белый ледяной налет на поверхности земли и на крышах зданий. Ночью над низкими местами, главным образом над болотами, появляется туман, который исчезает после восхода солнца. Давление воздуха большое, Почти не меняется. Температура воздуха понижается ото дня к ночи.
По этим признакам можно определить, что над данной местностью располагается малоподвижная воздушная масса центральной части антициклона и что поблизости нет ни циклонов, ни фронтов. Поэтому и в ближайшие сутки будет сохраняться безоблачная сухая погода с той же температурой. Воздушная масса, из которой состоит антициклон, взаимодействует только с подстилающей поверхностью, т. е. нагревается или охлаждается от нее. В таких условиях очень сильно могут сказываться на степень нагревания воздуха днем и охлаждение ночью лесистость, близость водоема, рельеф и прочие местные условия. Растительность и водоемы сглаживают нагревание днем и охлаждение ночью. Открытые места и отсутствие по соседству водоемов, наоборот, способствуют перегреву поверхности днем и охлаждению ночью. Ночью в низины со склонов стекает охлажденный, более тяжелый воздух и понижает температуру, усиливая этим ночное охлаждение. Остановимся несколько подробнее на этом явлении охлаждения.
Степень возможного ночного охлаждения до заморозков учитывается многими способами.
Наиболее простым из них является способ проф. П. И. Броунова. Для расчетов по этому способу требуются наблюдения только над температурой воздуха. Измеряют температуру воздуха в тени в 13 и в 21 час.
Высчитывают разность между этими показаниями, например, днем температура была 10,5°, а в 21 час 2,3°. Разность между ними равна 8,2°-
Для удобства расчеты проводятся по специальному графику. На нем по горизонтали нанесены разности между дневными и вечерними температурами от 0 до 11°. По вертикали отложена температура в 21 час. На графике находим температуру в 21 час, равную 2,3°. Определив эту точку, проводим прямую линию вправо до пересечения с линией, идущей вертикально от значений разности температур, указанных на нижней шкале графика, в нашем примере 8,2°. Точка пересечения линий обозначена буквой А. Она лежит ниже косой линии, показывающей вероятность заморозка 100%. Из этого следует, что заморозок будет.
Возьмем другой пример. В 13 часов температура была 13,3°, а в 21 час 12°. Разность между ними равна 1,3°. Находим пересечение линии температуры в 21 час, идущей по горизонтали, и линии разности температур, идущей по вертикали. Эта точка обозначена буквой Б. Она находится выше косой линии, показывающей вероятность заморозка 10%. Следовательно, заморозка не будет.
Теперь посмотрим, о чем свидетельствуют другие признаки. С западной или юго-западной стороны горизонта появляются тонкие с загнутыми концами быстро двигающиеся облака (перистые). Они закрывают небо и постепенно переходят в более плотный слой перисто-слоистых облаков. Солнце или луна, просвечивающие сквозь такой слой, окружены беловатым кольцом. Заря с вечера приобретает ярко-красную окраску. Подобный цвет зари обусловлен наличием влаги в верхних слоях атмосферы.
Чистый воздух рассеивает голубые лучи, испускаемые солнцем, и мы видим голубое небо. При наличии в воздухе большого количества водяных частиц рассеиваются и лучи другого цвета; тогда небо приобретает красноватый и оранжевый оттенок. Обычно такое явление наблюдается при прохождении фронтов или циклопов, когда влага выносится потоками воздуха высоко вверх. Ветер к вечеру усиливается. Его направление не совпадает с направлением движения облаков — облака отклоняются вправо. Отсутствует разница в температурах воздуха в лесу и в поле, на возвышенностях и в низинах, так как наличие облачного покрова и ветра сглаживает влияние рельефа места и растительного покрова на нагревание и остывание поверхности. Облака являются хорошим покрывалом для земной поверхности, а воздух благодаря ветру не застаивается и перемешивается. Давление воздуха уменьшается. Небо затягивается плотным серым покровом. Начинается дождь, который может продолжаться несколько часов или при задержке фронта целые сутки. Иногда наблюдается гроза. Перистые облака, как самый первый признак теплого фронта, обычно появляются примерно за 20 часов до наступления ненастья.
Перечисленные признаки характеризуют приближение теплого фронта и связанной с ним погоды.
Приведем еще случай. Допустим, что на горизонте появляются перисто-кучевые облака, а за ними — высоко-кучевые, похожие на чечевицу или барашки морских волн. Это — признаки приближения холодного фронта. Они появляются за 6—8 часов до начала ненастья. Иногда перисто-кучевые облака отсутствуют, и наблюдатель видит только чечевицеобразные облака. За ними надвигаются плотной массой кучево-дождевые облака с ливнями и грозами. Обычно ненастье, вызванное холодным фронтом, продолжается два-три часа, а после прохождения фронта наступает похолодание.
Грозы часто перемещаются вместе с фронтами, особенно с холодным, но они не всегда наблюдаются сплошной линией по фронту, а иногда возникают только на отдельных его участках. Остановимся на особых признаках их приближения к данному месту. Прежде всего с той стороны горизонта, откуда может приблизиться гроза, появляются в утренние часы на высоко-кучевых или высоко-слоистых облаках башенки, наросты. В дневные часы кучевые облака растут быстро вверх, напоминая поднимающееся тесто, и превращаются в облако с наковальней — грозовое облако. Температура воздуха перед грозой высокая, чувствуется духота от наличия в воздухе большого количества водяного пара (большая влажность). Давление воздуха падает. Ветер чаще всего юго-восточный или южный. Внизу ветер дует в сторону грозы, а на высоте облака отклоняются вправо от направления ветра или даже движутся в обратную сторону.