Метеорология (от греч. meteora — атмосферные явления и logos — слово, учение), наука о земной атмосфере и происходящих в ней процессах. Основной раздел метеорологии — физика атмосферы.
Метеорология изучает состав и строение атмосферы; теплооборот и тепловой режим в атмосфере и на земной поверхности; влагооборот и фазовые превращения воды в атмосфере, движения воздушных масс; электрические, оптические и акустические явления в атмосфере. К метеорологии относятся актинометрия, динамическая и синоптическая метеорология, атмосферная оптика, атмосферное электричество, аэрология, а также прикладные метеорологические дисциплины.
Теоретической основой метеорологии служат общие законы физики и химии, записанные применительно к атмосфере. Главными задачами метеорологии являются описание состояния атмосферы, в данный физический момент времени и прогноз ее состояния на будущее. В некоторых случаях возникает необходимость восстановить состояние атмосферы в прошлом.
Использование в метеорологии и климатологии точных физических законов, а сейчас и сложного математического аппарата роднит эту науку с физико-математическими науками. В то же время все атмосферные движения протекают на планете Земля с характерными только для нее очертаниями материков и океанов, строением рельефа, распределением рек, морей, ледникового, снежного покровов и растительности. Это определяет географичность метеорологии и климатологии и их вхождение в комплекс географических наук.
Понимание закономерностей климата возможно на основании
изучения тех общих закономерностей, которым подчинены атмосферные процессы. Поэтому при анализе причин возникновения различных типов климата и их распределения по земному шару климатология исходит из понятий и законов метеорологии.
Поэтому курсы метеорологии и климатологии излагаются не порознь, а по возможности как единое целое.
Предмет и задачи метеорологии и климатологии.
В земной атмосфере повседневно наблюдаются самые разнообразные явления, создающиеся в результате протекания в ней различных физических процессов. Эти явления и процессы совершаются в атмосфере не изолировано, а в тесном взаимодействии с процессами, происходящими в верхних слоях почвы и воды. Все эти явления и процессы происходят в основном за счет солнечной энергии, поступающей на поверхность земли.
Наука, изучающая и объясняющая физические явления и процессы, происходящие в атмосфере при взаимодействии ее с поверхностью почвы, воды, растительности и т. д. («подстилающая поверхность»), называется метеорологией. Эта наука есть физика атмосферы, поскольку совершающиеся в ней процессы имеют физический характер. Изучение процессов и явлений, наблюдаемых в атмосфере, имеет большое практическое значение и позволяет выяснить законы их развития. Знание же этих законов дает возможность разработать методы прогноза атмосферных процессов, а в отдельных случаях позволяет изменить развитие их в сторону более благоприятную для человека.
С качественной и количественной стороны физическое состояние атмосферы и процессы, совершающиеся в ней, выражаются при помощи так называемыхметеорологических элементов. Наиболее важными для жизни и хозяйственной деятельности человека являются следующие элементы: температура и влажность почвы, давление воздуха, температура и влажность воздуха, облачность, осадки, ветер. Часто эти элементы называются элементами погоды. Они находятся между собой в тесной взаимной связи и всегда действуют совместно, проявляясь в весьма сложных и изменчивых сочетаниях.
Состояние атмосферы над данной территорией и за данное время, определяемое физическими процессами, совершающимися в ней при взаимодействии с подстилающей поверхностью, называетсяпогодой.
Наблюдения над погодой за многолетний период позволяют определить климат данной местности. Климатомназывается закономерная последовательность атмосферных процессов, создающаяся в данной местности в результате взаимодействия солнечной радиации, атмосферной циркуляции и физических явлений, происходящих на подстилающей поверхности, и обуславливающая в этой местности характерный для нее режим погоды.
Очень часто смешивают понятия погода и климат. Между этими понятиями имеется большое различие. Погода представляет физическое состояние атмосферы над данной территорией и за данное время, характеризуемое определенным сочетанием метеорологических элементов. Климат же характеризуется многолетним режимом погоды, причем под многолетним режимом погоды понимаются не только преобладающие, но и вообще возможные в данной местности условию погоды. Из определения понятия климат видно, что основными климатообразующими факторами будут солнечная радиация, циркуляция атмосферы и характер подстилающей поверхности. Под их совместным влиянием происходит формирование климатов в различных местах земного шара.
Большое влияние на климат оказывает также деятельность человека, поскольку она может изменить физические свойства подстилающей поверхности.
Солнечная радиацияявляется важнейшим климатообразующим фактором, так как за счет этой радиации в атмосфере протекают различные физические процессы. На поверхности земли солнечная радиация распределяется неравномерно, что приводит к неодинаковому нагреванию как почвы, так и воздуха в различных широтных поясах земного шара. Эти различия образуют разности в давлении воздуха, а последние вызывают воздушные течения, с которым связан перенос тепла и влаги. Таким образом, солнечная радиация определяет характер воздействия другогоклиматообразующего фактора – атмосферной циркуляции. Циркуляция атмосферы зависит также от характера подстилающей поверхности. Огромную роль в переносе масс воздуха играют материки и океаны. В летнее время материки нагреваются сильнее, чем океаны. Зимой же они, наоборот, сильнее охлаждаются. Температурные различия, образующиеся между материками и океанами, создают разницу в распределении давления воздуха. Над материками в умеренных широтах летом устанавливаются области пониженного давления, зимой – повышенного. Над океанами же, наоборот, летом господствует относительно повышенное давление, зимой – пониженное. Вследствие этого летом ток воздуха на сушу в виде океанического муссона, зимой – с суши на виде материкового муссона.
Помимо материков и океанов, на циркуляцию атмосферы оказывает большое влияние рельеф, особенно крупные формы рельефа – горные хребты и высокие плоскогорья, а также озера и большие водоемы. Таким образом, с одной стороны, между циркуляцией атмосферы и характером подстилающей поверхности имеется тесная связь. С другой стороны, атмосферная циркуляция может влиять на количество солнечной радиации, поступающей на земную поверхность. В тех районах земного шара, где наблюдаются нисходящие токи воздуха, например в областях повышенного давления, большой облачности не образуется, что существенно влияет на приход – расход лучистой энергии. В районах же, где создаются восходящие движения, образуется большая облачность, которая также значительно изменяет радиационный режим.
Подстилающая поверхностьявляется важным климатообразующим фактором, так как от ее характера зависят физические свойства формирующихся над ней воздушных масс. Вода и суша оказывают на климат различное влияние. Также различным будет влияние на климат обнаженной почвы и поверхности, покрытой растительностью. Травянистая растительность оказывает на климат иное влияние, чем лесная.
Область науки, изучающая условия формирования климата и климатический режим различных стран и районов, называется климатологией. Климатология рассматривает взаимосвязи между климатообразующими факторами и взаимодействие их с подстилающей поверхностью. Климатология занимается изучением закономерностей в распределении на поверхности земного шара различных метеорологических явлений и типов климата. Она также занимается разрешением вопросов, связанных с изменением климата под воздействием человека.
Климатология изучает и описывает климатические условия больших территорий. Однако на небольших участках под влиянием местных факторов могут создаваться отдельные особенности климата. Совокупность этих местных особенностей климата называется микроклиматом данного участка. Они особенно резко выражаются в приземном слое воздуха. Отрасль климатологии, занимающаяся изучением формирования климата приземного слоя воздуха и описанием микроклиматических особенностей различных участков, называется микроклиматологией.
Климатология имеет большое практическое значение. Она обслуживает различные отрасли народного хозяйства. Данные климатологии широко используются в производстве.
В процессе обслуживания запросов практики из климатологии выделился ряд отраслей, которые затем получили самостоятельное развитие. Так появилась агроклиматология, лесная климатология, медицинская климатология и др.
Агроклиматология изучает климатические условия, имеющие значение в сельском хозяйстве, причем изучение этих условий производится с учетом взаимодействия их с объектами процессами сельскохозяйственного производства. Она занимается также агроклиматическим описанием и районированием территории для наиболее целесообразного и эффективного размещения сельскохозяйственного производства, а также в целях внедрения приемов агротехники, наиболее отвечающих местному климату и обеспечивающих получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, повышение продуктивности животноводства, составление прогнозов урожайности сельхозкультур, мер борьбы с неблагоприятными и опасными гидрометеорологическими явлениями.
Агроклиматология возникла в России благодаря трудам выдающихся русских ученых – А.И.Воейкова и П.И.Броунова. в 1884-1885 годах.
Лесная климатологиязанимается изучением взаимоотношений, создающихся между климатическими факторами, с одной стороны, и лесом - с другой. Она изучает влияние климатических условий на рост, развитие и производительность лесных насаждений, изучает микроклимат, создающийся на территории, занимаемой лесом, а также влияние лесных насаждений на климат прилегающей к ним местности. Основателями лесной метеорологии и климатологии в России были А.И.Воейков, Г.Н.Высоцкий и А.П.Тольский.
Медицинская климатологиязанимается изучением вопросов, связанных с влиянием погоды и климата на организм человека. Она изучает также климатические условия курортов, лечебные свойства которых используются для восстановления здоровья человека.
Много внимания этим вопросам уделял А.И.Воейков, а также А.А.Каминский и Н.А.Коростелев. Широко поставил разработку вопросов медицинской климатологии П.Г.Мезерницкий.
Транспортная климатология имеет целью изучить влияние метеорологических условий на работу авиации, железнодорожного, водного и других видов транспорта.
Для выяснения климатических условий какой-либо местности широко используют многолетние наблюдения метеорологических станций. Эти наблюдения дают возможность вывести средние и крайние значения метеорологических элементов, повторяемость различных явлений и т.д., которые и служат для количественной характеристики климата данной местности, а также для сравнения климата различных местностей. Эти данные необходимы для удовлетворения запросов народного хозяйства.
В связи с этим возникло направление в методике изучения климата, получившее название комплексной климатологии. По методу комплексной климатологии климат исследуется путем установления повторяемости погоды. Эти типы характеризуются определенными сочетаниями метеорологических элементов. Комплексная климатология в СССР была разработана Е.Е.Федоровым и Л.А.Чубуковым.
Изучение климата идет не только по линии вычисления средних величин, дающих количественную характеристику его, но и по линии изучения климатообразующих процессов, приводящих к образованию тех или иных типов климата. При разрешении этой задачи большое значение имеют методы синоптической климатологоии.Последняя при изучении климата уделяет наибольшее внимание циркуляционным факторам и объясняет различные проявления климата через процессы общей циркуляции атмосферы. В данном случае под циркуляционными факторами понимаются три атмосферных процесса – горизонтальный перенос воздушных масс, их перерождение, или трансформация, над материками и океанами и, наконец, образование поверхностей раздела, или фронтов, между ними. При этом учитывается также влияние солнечной радиации и подстилающей поверхности. По синоптической климатологии много ценных работ создали А.И.Аскназий, Б.П.Алисов, Х.П.Погосян и др.
При решении многих вопросов как теоретических, так и практических климатология базируется на основных законах физики. Благодаря этому возникает возможность рассчитать значение ряда климатических величин, для которых нет непосредственных наблюдений. В этом направлении известны работы М.И.Будыко, С.А.Сапожниковой и др
