6.1.3. Метеорологические наблюдения, метеорологическая сеть и метеорологическая служба

Без наблюдений за погодой невозможно ее описать, и тем более прогнозировать. Еще сложнее понять формирование и изменение климата – для этого нужны не эпизодические наблюдения, а длительные серии наблюдений.

Метеорологические наблюдения - это измерения и каче­ственные оценки метеорологических величин. К ме­теорологическим величинам относятся температура и влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, количество и высота облаков, количество осадков, потоки тепла и др. К ним присоединяются величины, тесно связанные с ними. Таковы температура почвы или поверхностного слоя воды в море, испарение, высота и состояние снежного покрова, продолжительность солнечного сияния и т.п. На неко­торых метеостанциях производятся наблюдения над солнечным и зем­ным излучением и над атмосферным электричеством. Таким образом, метеорологическая величина – это измеряемая или оцениваемая характеристика атмосферы.

Метеорологические наблюдения над состоянием атмосферы вне приземного слоя, до высот около 40 км, носят название аэрологических наблюдений. По методике отличаются еще и наблюдения в более высоких слоях атмосферы, называемые аэрономическими наблюдениями.

Наиболее полные и точные наблюдения производятся в метеорологических и аэрологических обсерваториях. Число таких обсерваторий, однако, невелико. Кроме того, даже самые точные наблюдения в немногочисленных пунктах не могут дать исчерпывающего представления обо всей атмосфере, поскольку атмосферные процессы протекают в разной географической обстановке по-разному. Поэтому, кроме метеорологических обсерваторий, наблюдения над основными метеорологическими вели­чинами ведутся еще на метеорологических и аэрологических станциях на всей планете. Кроме того, попутные наблюдения за погодой ведут все суда, находящиеся в море, в том числе и не научные. Самолеты также ведут метеонаблюдения. Наблюдения выполняются и полярными станциями с дрейфующего льда.

Для изучения географического распределения метеорологиче­ских величин и сравнения состояния атмосферы (погоды и климата) в различных местах Земли необходимо, чтобы метео­рологические станции во всех странах мира вели наблюдения по возможности однотипными приборами, по единой методике, в определенные моменты времени. Иными словами, станции в каждой стране и в мировом масштабе должны состав­лять единое целое: сеть метеорологических станций - метеоро­логическую сеть. В каждой стране суще­ствует основная государственная сеть метеорологических станций, отвечающая указанному выше требованию – единообразной и согласованной работе. Помимо нее существуют и метеороло­гические станции специального назначения, связанные с раз­личными потребностями науки и народного хозяйства (напри­мер, станции на курортах, на транспорте, в аэропортах и т. п.). Метеорологические станции общегосударственной сети уста­навливаются по возможности равномерно в местах, характер­ных для данного района. Стремятся к тому, чтобы по­казания станции были репрезентативными, т. е. характерными не только для ее самых ближайших окрестностей, но и для возможно большего окружающего района. Это определяет особые требования к выбору места для станций.

Как для метеорологии, так и в особенности для климатологии важно еще одно - длительность и непрерывность наблюдений. От­дельные годы сильно отличаются друг от друга по режиму атмо­сферных процессов. Этим определяется необходимость при изу­чении климата иметь многолетние ряды систематических на­блюдений. Для изучения изменений климата метеорологические наблюдения теоретически должны производиться вообще неограниченно долго. Важно также, чтобы станции как можно дольше не ме­няли своего местоположения: перенос станции в другое место обрывает многолетний ряд наблюдений или, по крайней мере, нарушает его однородность. Вредно сказывается на однород­ности рядов наблюдений застройка местности, а также смены приборов. К сожалению, мировая метеорологическая сеть более или менее сформировалась только в XX веке. Более длительные ряды отдельных метеовеличин имеются лишь для некоторых крупных пунктов, да и то начинались они лишь в XVIII веке с использованием приборов, существенно отличающихся от современных по точности.

Нынешнее развитие всемирной сети происходит по двум направлениям. Первое – массовые закрытия метеостанций на территории бывшего СССР, прервавшие накопление ценнейших рядов. Так, поистине непоправимый ущерб развитию мировой климатологии нанесло закрытие станций на крайнем севере России, являвшихся незаменимыми. Закрытие множества станций на европейской территории России и сопредельных стран существенно ухудшило качество прогнозов погоды. Второе направление – широкое развитие сети автоматических метеостанций, предпринятое в последние десятилетиями зарубежными странами. Такие станции устанавливают в труднодоступных местах (например, полярные области, дрейфующие льды), откуда передача измеренных данных ведется автоматически по радио.

На наземных метеорологических станциях во всем мире про­изводятся одновременные (синхронные) наблюдения через каждые три часа по единому (гринвичскому) времени. Результаты наблюдений за эти сроки немедленно передаются в органы службы погоды. Там по ним составляются синоптические карты и другие материалы, служащие для прогнозирования погоды. На метеорологических станциях основного типа регистрируются следующие величины:

1. Температура воздуха на высоте 2 м над земной поверхностью;

2. Атмосферное давление;

3. Влажность воздуха;

4. Горизонтальное движение воздуха на высоте 10 м над земной поверхностью. Измеряется его скорость и определяется направление, откуда он дует.

5. Облачность - степень покрытия неба облаками, типы обла­ков по международной классификации, высота нижней границы облаков;

6. Количество осадков, выпавших из облаков, их типы;

7. Наличие и интенсивность различных осадков, образующихся на земной поверхности и на предметах (росы, инея, гололеда и пр.), а также тумана;

8. Горизонтальная видимость - расстояние, на котором пере­стают различаться очертания предметов;

9. Продолжительность солнечного сияния;

10. Температура на поверхности почвы и на нескольких глубинах в почве;

11. Состояние поверхности почвы;

12. Высота и плотность снежного покрова;

На некоторых станциях регистрируется также испарение воды с водных поверх­ностей или с почвы. Регистрируются также метели, шквалы, смерчи, мгла, пыль­ные бури, грозы, электрические разряды, полярные сияния и некоторые оптические явления в атмосфере (радуга, миражи).

На большом числе дополнительных станций (постов) производятся наблю­дения только над осадками и снежным покровом, так как для лучшего выяснения распределения этих величин нужна густая сеть наблюдений. В программу работы станций, имею­щих определенный производственный профиль, например сель­скохозяйственных, транспортных, авиационных, включаются осо­бые дополнительные наблюдения. Не все метеорологические величины наблюдаются в каждый срок наблюдений. Например, количество осадков измеряется четыре раза в сутки, высота снежного покрова - один раз в сутки, плотность снега - один раз в пять дней.

В программы наблюдений обсерваторий и отдельных стан­ций входят еще актинометрические наблюдения над солнечной радиацией, земным излучением, отражательными свойствами поверхности земли и воды; наблюдения над темпера­турой и влажностью воздуха на разных высотах в приземном слое воздуха; измерения содержания в воздухе пыли, химических примесей, радиоактивных продуктов и пр.; атмосферно-электрические наблюдения.

Для сетевых приборов необходима однотипность, облег­чающая работу сети и обеспечивающая сравнимость наблю­дений. На станциях ставят приборы, отсчеты с которых снимают вручную, используют и самопишущие приборы, дающие непрерывную автомати­ческую регистрацию важнейших метеовеличин (особенно температуры и влажности воздуха, давления и ветра). Самопишущие приборы нередко конструи­руют так, что их датчики, помещенные на площадке или на крыше здания, имеют электрическую передачу к пишущим частям, установленным внутри здания. В последнее время дистанционные измерения с записью непосредственно в компьютер (или с радиопередачей) все более широко распространяются.

Принципы действия ряда метеорологических приборов были пред­ложены еще в XVII—XIX вв. В настоящее время в метеороло­гическом приборостроении наблюдается быстрый прогресс. Со­здаются новые приборы с использованием воз­можностей современной техники: термо- и фотоэлементов, полупроводников, биметаллов, радиосвязи и радиолокации, различных химических реакций и т.п., все шире используется радиолокация. Большие успехи достигнуты в конструирова­нии автоматических станций, передающих наблюдения в течение длительного времени без вмешательства человека.

Аэрологические наблюдения, выполняются не на всех станциях. Простейшим видом аэрологических наблюдений явля­ется ветровое зондирование, т. е. наблюдения над ветром в сво­бодной атмосфере с помощью шаров-пилотов. Это небольшие резиновые шары, наполняемые водородом и выпус­каемые в свободный полет. Наблюдая в теодолит за пролетом шара-пилота, можно установить скорость и направления ветра на тех высотах, на которых летит шар (скорость подъема шара постоянна). В настоящее время при аэрологических наблюдениях над ветром все шире применя­ются методы радиолокации (радиоветровое зондирование), обеспе­чивающие получение сведений о ветре даже при наличии облачного покрова. Прикреплен­ный к шару прибор - радиозонд, находясь в полете, посы­лает радиосигналы, по которым можно передать значения ме­теорологических величин. Практиковать выпуски шаров не только с радиозондами, но и с более сложными авто­матическими приборами для разного рода наблюдений. Такие шары большого диаметра со значительным грузом приборов достигают высот около 30 - 40 км.

Во всех странах существуют специальные государственные организации, так называемые метеорологические службы, в со­став которых входят сети станций и научные метеорологиче­ские учреждения. Задачей метеорологической службы является научное исследование атмосферы и практическое обслуживание народного хозяйства информацией о погоде и климате и про­гнозами погоды. В России руководство метеорологи­ческой службой осуществляет федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. В ее систему, кроме сети станций, входят научные институты, гидрометеорологические обсервато­рии и многочисленные органы службы погоды по всей стране (бюро прогнозов, авиаметеорологические станции и др.).

Атмосферные процессы не знают государственных границ, а метеорологические наблюдения и исследования ведутся во всех странах. Поэтому существует настоятельная необходимость в единообразии методики наблюдений и их обработки, в обмене информацией, в унификации форм оперативного обслуживания метеорологической информацией и прогнозами, а стало быть, в согласовании работы метеорологических служб всего мира. Это и является главной задачей Всемирной метеорологической организа­ции (ВМО). Международное сотрудничество в области метеорологии на­чалось во второй половине XIX в. В 1873 г. состоялся первый Международный метеорологический конгресс, заложивший ос­новы Международной метеорологической организации После второй мировой войны организация была восстановлена на новой основе, как ВМО при ООН. Каждые четыре года соби­раются всемирные конгрессы ВМО, избирающие Исполнитель­ный комитет и президента; регулярно работает ряд комиссий и групп. Важнейшей задачей ВМО является организация Всемирной службы погоды, которая занимается постановкой метеонаблюдений на планете, распространением информации и прогнозов погоды. Существует три мировых метеорологических центра в Вашингтоне, Москве и Мельбурне.