11. Наблюдение и эксперимент в метеорологии

Фактические сведения об атмосфере, погоде и климате дают наблюдения. Анализ результатов наблюдений служит в метеоро­логии и климатологии средством выяснения причинных связей визучаемых явлениях.

12. Статистический и физико-математический анализы

12.1. Метеорология имеет дело с огромными массивами на­блюдений, которые нужно анализировать для выяснения законо­мерностей, существующих в атмосферных процессах. Поэтому в метеорологии широко применяются статистические методы ана­лиза больших массивов наблюдений.

Особенно широко и часто статистические методы использу­ются в климатологии. Климатология берет в качестве исходного материала результаты метеорологических наблюдений сети метео­рологических станций всего земного шара, подвергает их статисти­ческой обработке. Первым шагом такой обработки является опе­рация осреднения. Осредненные величины затем сопоставляются во времени и пространстве. Для полного представления о клима­те недостаточно наблюдений единовременных или в течение ко­ротких промежутков времени. Атмосферные процессы настолько изменчивы и многообразны, что для изучения современного кли­мата, всех его особенностей необходимо располагать многолетни­ми наблюдениями.

Применение мощных современных статистических методов помогает яснее представить факты и лучше обнаружить связи между ними. Однако статистика не объясняет фактов и связей. А именно их объяснение открывает наиболее надежный путь к предвидению (прогнозу) дальнейшего развития атмосферных про­цессов и к сознательному воздействию на них.

12.2. Поскольку в метеорологии рассматриваются физические явления, их объяснение может быть дано только на основании законов физики. Наиболее совершенный путь для этого — физи­ко-математический анализ. В XX столетии достигнуты большие успехи в его применении к задачам метеорологии. Опираясь на общие законы физики, в частности законы движения сплошной среды, составляются дифференциальные уравнения, описываю­щие атмосферные процессы. Затем, используя фактические на­блюдения в качестве начальных данных, решают (интегрируют) Дифференциальные уравнения. Уравнения эти достаточно сложны, поэтому решаются обычно численными методами с применением ЭВМ. Таким путем можно находить количественные закономер­ности атмосферных процессов и прогнозировать их дальнейшее течение. В силу чрезвычайной сложности атмосферных процессов невозможно одной системой уравнений описать все встречающи­еся в атмосфере движения. Возникает необходимость упрощать уравнения путем построения моделей атмосферы различной сложности, в которых стараются сохранять главные факторы, влияющие на атмосферные движения, и отбрасывать второсте­пенные совсем или учитывать их в упрощенном виде. Получен­ная в результате решения этих уравнений модельная картина ат­мосферных движений сравнивается с фактической, на основании сравнения судят о степени правильности описания реальной ат­мосферы данной моделью. Такой метод математического модели­рования приобрел в настоящее время широкое распространение как в прогнозе погоды, так и в теории климата. Именно он явля­ется сейчас основным инструментом изучения атмосферы и ее взаимодействия с океаном и поверхностью суши.