Синоптическая метеорология

Синоптическая метеорология — это раздел метеорологии, который ответственен, пожалуй, за самую важную, с точки зрения потребителя, часть науки об атмосфере — за прогноз погоды. Синоптическая метеорология — наука относительно молодая. Мы знаем, что барометр был изобретен очень давно, еще в XVII веке. Но только от изобретения барометра и умения измерять давление до прогноза погоды было еще очень и очень далеко. Хотя многие пытались, давно пытались: и шаманы, и крестьяне в деревнях по народным приметам пытались прогнозировать погоду, но тем не менее как наука синоптическая метеорология сформировалась лишь в середине XIX века. У ее истоков стояли такие замечательные ученые, как известный адмирал Роберт Фицрой (величайший деятель мореплавания и военного дела, в том числе метеорологии) и два Генриха — немецкие ученые Генрих Дове и Генрих Брандес.

Что они придумали? Почему именно их можно назвать тремя китами синоптической метеорологии? Они впервые придумали наносить на карту данные метеонаблюдений. Сейчас это кажется очевидным, а вот в середине XIX века это было совершенно неочевидно. Монахи с XIV века измеряли температуру и давление в монастырях и вели записи. Мореплаватели на кораблях тоже измеряли многие характеристики, но никому в голову не приходило, что если нанести это на карту и посмотреть, как же это распределено по пространству, то можно сделать очень далеко идущие выводы. В частности, Брандес, который первый нанес на карту отклонения давления от нормы, обнаружил, что области пониженного и повышенного давления занимают очень большие пространства: это не в одной точке высокое давление, а в соседней точке низкое, а на самом деле это такие обширные зоны, области, которые мы теперь прекрасно знаем и называем циклонами и антициклонами.

Дове пошел дальше: он анализировал не только давление, но и температуру. Оба они наносили на карту еще и ветер и обнаружили, что ветер связан с атмосферным давлением — это тоже на тот момент было неизвестно. А дальше всех, пожалуй, пошел Роберт Фицрой, который уже стал говорить о взаимодействии циклонов и антициклонов, то есть областей высокого и низкого давления, с зонами раздела между теплым и холодным воздухом — то, что теперь мы называем атмосферным фронтом. Так вот, Фицрой говорил об этом в 50-х годах XIX века, ему тогда не поверили. И вообще говорят, что Роберт Фицрой (это первая такая печальная история) — жертва в синоптической метеорологии, потому что, как известно, он покончил жизнь самоубийством. И одна из версий, что это потому, что его не признавали, ругали за плохие прогнозы погоды, что они не всегда оправдываются. Нервная система его не выдержала этих бесконечных нападок и практически довела до самоубийства. Так что, синоптическая метеорология — наука неоднозначная и трудная, прогноз погоды дается нелегко.

Идеи Фицроя благополучно забыли, а вернулись к ним только в 20-х годах XX века. И это были уже знаменитые норвежские ученые, так называемая Норвежская школа, которая для целей прогноза погоды ввела так называемый фронтальный анализ. То есть обнаружила, что у воздуха не как-то равномерно изменяется температура, а существуют достаточно большие объемы воздуха, называемые воздушными массами, где свойства атмосферы достаточно однородны и несильно изменяются на расстоянии в сотни, даже пять сотен километров, а между ними существуют резкие переходные зоны, где эти воздушные массы между собой граничат. Эти зоны назвали атмосферными фронтами.

Тоже неудивительно, откуда появилась такая военная терминология (Норвежская школа, как я уже сказала, — это 20-е годы XX века, появилась сразу после Первой мировой войны). И на самом деле то, что сейчас мы видим на синоптических картах, если вы сравните обозначение атмосферных фронтов: теплый фронт — красный, а синий — фронт холодный, а также то, как они представляются, эти линии, то видно очень много общего с военными картами. И символика, и терминология во многом пришли из военного дела именно благодаря тому, что это случилось после Первой мировой войны.

Но это я немного забежала вперед и уже сразу перекинулась к XX веку, забыв сказать об еще одной важной дате, которую считают датой основания синоптической метеорологии. Прогноз погоды актуален, когда мы можем по сегодняшним данным дать прогноз хотя бы на завтра. Во времена, когда перемещались на лошадях и самым быстрым средством передачи информации были, наверное, почтовые голуби, получить данные с разных метеорологических станций, нанести их на карту и по этой карте сделать еще и прогноз и кому-то его разослать было совершенно невозможно. Поэтому, конечно, отправной точкой стало изобретение телеграфа. Но второй очень важной точкой, как очень часто бывает в нашей жизни, оправдывается прекрасная русская поговорка «гром не грянет — мужик не перекрестится». Именно так случилось с синоптической метеорологией. Идеи были, что нужно создать метеорологическую сеть, обмениваться информацией, составлять карты, но никто на это выделять денег не хотел.

В 1854 году случилась знаменитая Балаклавская трагедия, когда в Балаклавской бухте практически полностью погиб английский и французский флот. И вот французский астроном Леверье проанализировал всего-навсего газетные сводки и обнаружил, что похожая буря была не только в Балаклавской бухте, а она наблюдалась и в других районах Черного моря. Проанализировав даты этих газетных сводок, он обнаружил, что это были не разные бури, а, скорее всего, это была одна буря, которая перемещалась. И тогда он предположил, что, если бы они заранее знали о направлении перемещения этой бури, можно было предупредить флот, тогда бы не было таких потерь. И это сообщение он донес до французского правительства, а поскольку потери были огромны, то в этом случае французское правительство выделило деньги на организацию метеорологической службы.

Во время войны, пока не было заключено перемирие, это было только в пределах Франции, а дальше, когда уже было подписано перемирие и был налажен международный обмен, метеорологическая сеть стала развиваться. Появлялось все больше и больше станций, с помощью телеграфа данные с этих станций быстро передавались в какие-то центры, там их наносили на карту. Конечно, на тот момент никаких еще ни гидродинамических моделей, ни расчетных методов не было, но, даже анализируя текущее состояние погоды, синоптики (тогда их так уже называли), обозревая эту карту, могли давать какие-то, может быть, еще не очень хорошие, но прогнозы погоды.

Я не случайно использовала слово «обозревая», чтобы сказать о происхождении термина «синоптическая метеорология». Это от греческого слова συνοψις — ‘одновременно обозревающий’. Именно с идеи, что надо смотреть на температуру, давление и ветер не в одной точке, а на большом пространстве, и зародился синоптический метод, то есть анализ погоды, анализ метеорологических условий с помощью географической карты. А карту такую назвали синоптической.

Следующий очень важный этап, как я сказала, — это появление Норвежской школы, фронтального анализа, который успешно до настоящего времени применяется на всем земном шаре, и, анализируя и текущую погоду, и будущую погоду, синоптики обязательно уделяют внимание распределению трех главных синоптических объектов. Это воздушные массы: теплые, холодные, арктические, тропические, а также их распределение. Это атмосферные фронты — зоны раздела между разными воздушными массами. Не случайно их, кстати, назвали фронтами, потому что на фронтах всегда происходит какое-то противостояние. Когда сталкиваются теплый и холодный воздух, тоже происходит противостояние в атмосфере, и самые опасные явления: катастрофические осадки, град и шквалы — связаны именно с атмосферными фронтами. Но даже если они не такие страшные, то чаще всего осадки выпадают именно на атмосферных фронтах. Поэтому, естественно, им уделяется такое большое внимание, и синоптики обращают в первую очередь внимание на воздушные массы и атмосферные фронты.

Конечно, интересует не только то, где эти объекты находятся в настоящий момент, но и куда они будут перемещаться. Интересует атмосферная циркуляция, а в наших умеренных широтах, где мы с вами живем, атмосферная циркуляция в первую очередь представлена такими крупнейшими барическими системами, как циклоны и антициклоны. Именно они определяют распределение давления и направление ветра, а ветер и давление между собой однозначно связаны. И соответственно, зная расположение циклонов и антициклонов, мы можем судить о направлении ветра. А если мы будем знать направление ветра, мы будем знать, куда будут перемещаться атмосферные массы и атмосферные фронты. Следовательно, сможем давать прогноз погоды.

Наверное, третий краеугольный момент в истории синоптической метеорологии — это, конечно, когда от анализа карт перешли к гидродинамическим прогнозам. На настоящий момент прогноз погоды в синоптической метеорологии осуществляется на основании расчетов по физико-математическим моделям. Раньше считали на логарифмической линейке, строили карту распределения давления, ветра, температуры на следующий день с помощью минимальных расчетов. Сейчас, конечно, никакой синоптик ничего не считает, текущие данные в качестве начальных условий закладываются в гидродинамическую модель, сложнейшие, мощнейшие суперкомпьютеры обрабатывают эту информацию, ведут расчет на нужный промежуток времени, например на день, на два, на три и так далее, и на выходе мы получаем карты температуры, давления, ветра, всех характеристик на интересующее нас время: на завтра, послезавтра и так далее.

Можно было бы тогда сказать: зачем тогда вообще нужны синоптики на настоящий момент, если все уже считает суперкомпьютер? Но осталась одна операция, а именно проведение атмосферного фронта, которую не может на настоящий момент сделать компьютер: слишком велик тот объем информации (и она слишком разнородная), которую нужно проанализировать, для того чтобы грамотно, правильно провести атмосферный фронт. Это остается на настоящий момент уделом синоптиков. Они продолжают этим заниматься. Не совсем вручную, не карандашом по бумаге, конечно, — это все делается на компьютере, но тем не менее рука синоптика проводит атмосферный фронт, а не компьютер. Атмосферный фронт — это порождение знаний синоптика, мозга синоптика, а не результат расчетов на компьютере.

В целом, конечно, сейчас очень большой вклад (и я не случайно сказала «краеугольный камень») — это появление гидродинамических расчетов, которые очень облегчили задачу прогноза погоды на настоящий момент. И конечно, еще очень облегчило задачу синоптиков появление спутников, которые дают информацию об обширных пространствах и Мирового океана, и труднодоступных районов на земном шаре, где практически нет метеорологических станций и метеонаблюдений. Когда их не было, были большие проблемы прогноза, ошибки были намного больше. С появлением спутников белые пятна с точки зрения метеонаблюдений во многом закрылись, и информация стала намного более полная, а именно эта информация является начальными условиями для модели. Чем большей информацией модель располагает, тем более точный прогноз она будет давать. Поэтому синоптическая метеорология развивается, развиваются и направления физики и математики, но место творчеству, знаниям и умениям синоптиков всегда было, есть и останется.

Источник: https://postnauka.ru