1.2. Атмосфера - об'єкт вивчення метеорології

Вище було визначено, що метеорологія це наука про атмосферу. Виходячи з цього, предметом вивчення метеорології є атмосфера. Атмосфера являє собою повітряну оболонку навколо земної поверхні, яка приймає участь в обертанні Землі. В нижніх шарах цієї оболонки (атмосфери) відбувається життєдіяльність людини.

Повітря – це суміш газів яка має властивість стискуватись. Тому з висотою щільність повітря зменшується і поступово, на значних висотах, атмосфера зникає і починається безповітряний простір. Чіткої верхньої межі атмосфера немає. Близько половини маси атмосфери зосереджено в нижніх 5км, 3/4 маси - в 10 км, 9/10 - в 20 км. Наявність повітря, хоча і більш розрідженого, виявляється до значно більших висот (до 20 тис. км).

Основну увагу метеорологія приділяє вивченню нижнього шару атмосфери (до 20 км). Атмосферні процеси цього шару особливо важливі з практичної точки зору і впливають на стан погоди у земної поверхні. Але і вищі шари атмосфери, віддалені на сотні і тисячі кілометрів від земної поверхні, також досліджуються все більш інтенсивніше, за допомогою геофізич­них ракет і супутників.

1.3. Історія розвитку метеорології

Початок вивчення атмосферних явищ відноситься до часів древнього Китаю, Індії коли ще існували примітивні уявлення про атмосферні процеси і клімат. Сучасна наукова метеорологія бере свій початок з 17 століття, коли були закладені основи фізики, частиною якої, на перших порах, була і метеорологія. В цей же час були сконструйовані (Галілеєм і його учнями) перші метеорологічні прилади (термометр) і з'явилася можливість інструментальних спостережень. Починаючи з другої половини 17 ст. в окремих пунктах Європи почалися більш менш постійні спостереження. В цей же час ви­никають перші метеорологічні теорії.

Великий російський вчений М.В. Ломоносов в середині 18 ст. доводив, що метеорологія є самостійною наукою з своїми завданнями і методами дослідження. Він розробив низку метеорологічних (термометр, універсальний барометр, анемометр) приладів і висунув ідею наукового прогнозування погоди за рахунок створення мережі метеорологічних станцій з єдиною методикою спостереження.

В другій половині 18 ст., з приватної ініціативи, була організована міжнародна мережа метеорологічних станцій в Європі (більше 30 станцій), яка існувала 12 років. Дані цих спостережень були опубліковані і дали подаль­ший розвиток метеорологічним дослідженням.

На початку 20 ст. виникають перші державні метеорологічні станції в Німеччині, Англії, Франції, а науковими працями німецьких вчених А. Гумбольда і Г.В. Дове закладені основи кліматології.

В 1820 році німецький вчений Г.В. Брандес склав перші синоптичні карти. В подальшому, з 50-х років 19 ст., після винаходу телеграфу, з ініціативи У. Леверьє з Франції і Р. Фіцроя з Англії, синоптичний метод дослідження широко увійшов у загальне користування. На його основі виникла служба погоди і нове відгалуження в метеорології  синоптична метеорологія.

Спостереження за станом атмосфери на різних висотах були розпочаті в горах, а після винаходу аеростату (кінець 18 ст.)  в вільній атмосфері. З кінця 19 ст. для спостережень за метеорологічними елементами використовуються шари-пілоти, шари-зонди з самописцями. В 1930 році радянський вчений-метеоролог П.А. Молчанов запропонував радіозонд  прилад, який передає відомості про стан атмосфери по радіо. Це стало основним методом дослідження атмосфери на аерологічних станціях, який використовується і в наші дні.

В другій половині 19 ст. були закладені основи динамічної метеорології, яка застосовує закони механіки і термодинаміки для дослідження атмосферних процесів. Великий вклад в розвиток динамічної метеорології зробили В. Феррель в США, Г. Гельмгольц в Німеччині і А.І. Воєйков в Росії.

Метеорологія в Росії досягла високого рівня вже в 19 ст. В 1849 році в Петербурзі була заснована Головна геофізична обсерваторія - одна з перших у світі наукових метеорологічних установ. Г.І. Вільд, який керував обсерваторією багато років, в другій половині 19 ст. створив в Росії систему метеорологічних спостережень і службу погоди. За останні роки 19 ст. і на початку 20 ст. були утворені нові наукові метеорологічні установи: Гідрометцентр, Центральна аерологічна обсерваторія, Інститут фізики атмосфери. Основоположниками радянської школи динамічної метеорології були А.А. Фрідман, Н.Є. Кочин, Є.Н. Блінова, Г.І. Марчук, А.С. Монін.

В працях А.А. Камінського, Б.П. Алісова, О.А. Дроздова був детально вивчений клімат території колишнього СРСР і досліджені атмосферні процеси, які визначають кліматичні умови цієї території.

Значних результатів було досягнуто по активному впливу на атмосферні процеси. Дослідження впливу на хмари і опади, розпочаті В.Н.Оболенським, отримали широкий розвиток у 50-х роках 20 ст. Під керівництвом Є.К. Федорова, була створена перша система, яка дала можливість ослабити градобиття на великих територіях.

В 20 ст. продовжується подальший розвиток сітки метеорологічних станцій (МС), які з'явилися на всіх континентах, в тому числі в Арктиці і Антарктиці. Сьогодні функціонує багато тисяч МС. Тільки на території СНД зараз діє близько 4000 метеорологічних станцій і декілька тисяч постів.

Таким чином, методи досліджень в метеорології з часом суттєво змінювалися. На перших етапах мали перевагу візуальні спостереження та епізодичні виміри окремих параметрів атмосфери у поверхні Землі. Починаючи з 18 століття, з застосуванням мережі метеорологічних станцій, проводяться систематичні візуальні спостереження й виміри за допомогою однотипних приладів.

Впровадження в практику синоптичних карт у другій половині 19 століття дозволило перейти до вивчення процесів та явищ більшого масштабу, а також більш детально визначити вплив фізико-географічних умов на ці процеси.

У 20 столітті отримали широке поширення методи дослідження атмосфери за допомогою радіозондів, авіації, аеростатів, ракет, штучних супутників Землі, радіотехнічних засобів, почав широко застосовуватися експериментальний метод дослідження атмосфери, особливо хмар, туманів, оптичних та електричних явищ. На сьогодні дослідження проводяться як у лабораторіях, так і у природних умовах.