МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ И ПРОГНОЗ ПОГОДЫ
О.А. Спенглер
Успех туристского похода или полевых исследований в значительной степени зависит от того, какая будет погода — хорошая или ненастная, поэтому прогноз погоды должен представлять для каждого натуралиста несомненный интерес. В прогнозах, выпускаемых местными Бюро погоды, не дается подробных сведений о характере ожидаемой погоды в ближайшие часы для отдельных населенных пунктов и небольших районов. Уточнить прогноз для отдельного пункта или небольшого района можно по местным признакам погоды — то есть по тем признакам, которые можно непосредственно наблюдать в самом этом пункте.
К числу местных признаков, по которым можно судить о предстоящей погоде и ее изменениях, относятся форма облаков и вид атмосферных осадков, сила и направление ветра, ход давления и температуры воздуха, образование росы и тумана, цвет зари и др. Большинство этих признаков можно наблюдать без приборов («визуально») или при помощи простейших самодельных приспособлений.
Если прогноз Бюро погоды неизвестен, то во многих случаях эти наблюдения позволят самостоятельно составить прогноз погоды для своего района на ближайшие часы, а иногда и на целые сутки. Кроме того, эти наблюдения, если их производить регулярно, без пропусков, в течение всего похода и аккуратно записывать в путевой дневник или специальный журнал, могут быть использованы для подробной характеристики метеорологических условий.
Чтобы правильно судить об ожидаемой погоде по ее местным признакам и уметь давать ее прогноз, необходимо иметь хотя бы элементарное представление о причинах, обусловливающих тот или иной характер погоды или вызывающих ее изменение.
Погода и ее изменения
В процессе общей циркуляции атмосферы, как известно, происходит перемещение воздушных масс из одних широтных зон и географических районов в другие, например из арктического района в область умеренных широт. Воздух, находившийся некоторое время в каком-либо географическом районе с более или менее однородной «подстилающей поверхностью» (поверхность почвы, воды, льда или снежного покрова), например в тропической части Атлантического океана, приобретает определенные физические свойства — определенную температуру, влажность, прозрачность, — зависящие от воздействия на него подстилающей поверхности, а также от условий солнечной радиации в этом районе.
При перемещении в другой географический район с иной подстилающей поверхностью воздух в течение некоторого времени сохраняет свои свойства. Воздух, пришедший в умеренные широты из Арктики, будет отличаться низкой температурой, малой абсолютной влажностью (так как в холодном воздухе может содержаться только небольшое количество водяного пара), большой прозрачностью (в арктических районах нет пыли); воздух, поступивший из тропической части Северной Атлантики, будет теплым и влажным. Поэтому в атмосфере можно выделить обширные массы воздуха, различающиеся между собой по физическим свойствам; в метеорологии их принято называть воздушными массами. Каждая воздушная масса по своим физическим свойствам приблизительно однородна и перемещается как единое целое.
Размеры воздушных масс в горизонтальном направлении составляют сотни и тысячи километров; часто такие обширные районы, как Западная Европа, Средняя Азия, Западная Сибирь, бывают заняты одной воздушной массой; в вертикальном направлении воздушные массы простираются на несколько километров. В пределах одной и той же воздушной массы погода изменяется медленно и постепенно, а на границе двух масс — скачкообразно.
Погода внутри теплых и холодных воздушных масс.
Теплой воздушной массой называется такая, которая приходит из теплых районов в более холодные, обычно из южных районов в более северные, и движется над более холодной подстилающей поверхностью. От соприкосновения с ней теплый воздух непрерывно охлаждается, поэтому после первоначального резкого потепления, вызванного приходом теплого воздуха, начинается постепенное медленное похолодание.
Если пришедший теплый воздух достаточно влажен, то в результате охлаждения начинается конденсация содержащегося в нем водяного пара и образуются характерные для этой воздушной массы формы тумана, облаков и осадков. Охлаждающийся воздух не может подниматься вверх, поэтому при прохождении теплой воздушной массы облачность бывает очень низкой, высота облаков часто не превышает нескольких десятков метров, а туман в виде сплошной пелены заволакивает небо и распространяется на обширную территорию. Образующиеся таким путем туманы называются адвективными (возникающими в результате адвекции — горизонтального перемещения воздуха).
При дальнейшем понижении температуры туман обычно переходит в сплошной покров низких серых облаков, носящих название слоистых.
По внешнему виду это типичные облака пасмурной погоды (но не ненастья!). Ровным или слегка волнистым сплошным покровом они заволакивают все небо и тянутся иногда на сотни километров. Толщина слоя таких облаков невелика — от нескольких десятков до сотен метров, поэтому из них могут выпадать только слабые моросящие осадки («морось»).
Туман и облака в теплой воздушной массе образуются лишь при условии ее достаточной влажности и при значительной разнице в температуре воздуха и подстилающей поверхности. Такие условия на суше создаются преимущественно в холодную половину года, поэтому низкая слоистая облачность с моросящими осадками и туманами является характерным признаком прохождения теплой воздушной массы осенью и зимой. Летом вследствие меньшего контраста между температурой воздуха и температурой поверхности почвы, а также из-за большой сухости воздуха прохождение теплой воздушной массы над материком сопровождается преимущественно безоблачной теплой погодой.
Холодной воздушной массой называется такая масса воздуха, которая приходит из более холодного района в более теплый (обычно из северного в южный) и которая движется над более теплой подстилающей поверхностью. От соприкосновения с этой поверхностью масса воздуха постепенно прогревается, поэтому приход холодного воздуха вызывает сначала резкое похолодание, сменяющееся затем постепенным медленным потеплением. Нагреваясь от соприкосновения с более теплой поверхностью, воздух в холодной воздушной массе летом поднимается вверх отдельными струями, образуя восходящие потоки над участками суши, наиболее легко прогреваемыми солнечными лучами. Поднявшийся воздух охлаждается от расширения, и содержащийся в нем водяной пар конденсируется, образуя облака. Формируясь в отдельных восходящих потоках, они не создают сплошного облачного покрова, а представляют собой отдельные плотные белые облачные массы с ровным горизонтальным основанием и резко очерченными округлыми контурами. Основание таких облаков находится обычно на высоте 1000—1500 м, а вершины могут достигать высоты нескольких километров. Они отбрасывают резкую тень на землю, солнце сквозь них не просвечивает. На фоне неба хорошо заметно движение облаков, а на открытых местах — в степи, в поле, на море — видно, как бегут их тени. Такие облака называются кучевыми. При мощном развитии летом они переходят в кучево-дождевые (или ливневые) и из них выпадают обильные осадки, часто с грозами.
Кучевые облака появляются обычно на ясном небе утром, когда почва начинает прогреваться солнечными лучами и образуются восходящие токи воздуха. К полудню кучевые облака вырастают из мелких, округлых, почти плоских облаков в мощные облачные нагромождения, не закрывающие, однако, всего небосвода, но оставляющие просветы синего неба. К концу дня с уменьшением нагрева почвы солнцем кучевые облака постепенно тают, рассасываются и исчезают. Наступает ясная, безоблачная ночь. Ясное небо ночью способствует сильному остыванию земной поверхности вследствие излучения тепла, а это в свою очередь приводит к образованию росы и тумана. Роса — это сконденсировавшийся и осевший на холодной земной поверхности водяной пар, всегда содержащийся в воздухе. Конденсация водяного пара при ночном выхолаживании может происходить не только на поверхности земли, но и в толще охлажденного приземного слоя воздуха, в результате чего образуется туман, который по своему происхождению относится к радиационным туманам (образовавшимся в результате излучения тепла — радиации).
Радиационные туманы не образуют сплошной пелены, как туманы адвективные, а ложатся на местности отдельными пятнами. Чаще всего они образуются в низинах и вблизи болот, где ночное выхолаживание особенно сильно. Туманы эти невысокие и неустойчивые, они распространяются на высоту всего лишь нескольких метров или десятков метров. Утром, как только солнце нагреет почву, туман рассеивается, чему способствует, кроме того, и ветер. При значительном ветре радиационный туман вообще не может образоваться. Зимой, когда над материком проходит холодная воздушная масса, устанавливается малооблачная морозная погода, иногда с радиационными туманами.
Таким образом, облака, осадки и туманы в теплой и в холодной воздушной массе различны и обладают крайне противоположными свойствами; неодинаков также и ход температуры: летом в теплой воздушной массе при сплошной облачности температура в течение суток почти не меняется, в холодной днем она резко повышается, а ночью понижается.