Развитие метеорологии в России и СССР.

Эпоху в истории климатологии составило изобретение термометра и барометра (XVI, XVII вв.), но лишь с XVIII в. метеорологические наблюдения приобрели более или менее научный характер. Наиболее длинный, почти непрерывный ряд инструментальных метеорологических наблюдений в России был начат в Петербурге в 1725 г. академиками только что созданной Петром I Академии наук. XVIII в. был веком крупнейших географических открытий, которые оказали большое влияние и на развитие климатологии, так как дали большой материал для изучения климата: По инициативе Петра I была начата первая инструментальная съемка страны. В числе участников этих экспедиций были естествоиспытатель Гмелин и астроном Делиль. Они организовали метеорологические станции в Казани, Екатеринбурге (ныне Свердловск), Тобольске, Енисейске, Томске, Туруханске, Иркутске, Якутске, Селенгинске, Нерчинске. Ряды наблюдений на этих станциях, хотя и не были непрерывными со времени их организации, все же являются одними из наиболее длинных рядов наблюдений и еще в XVIII в. позволили получить представление о климате громадной территории, совершенно до тех пор неисследованной. Скоро, однако, ученые стали понимать, что для развития метеорологии и климатологии существенно важным является сопоставление данных о погоде различных пунктов между собой. Гениальный русский ученый М. В. Ломоносов раньше всех оценил значение такого сопоставления.Работы М. В. Ломоносова показывают, как высоко оценивал он ту пользу, которую может принести человечеству знание метеорологии.М. В. Ломоносов считал метеорологию самостоятельной наукой, главной задачей которой было " предзнание погоды". Было организовано по частной инициативе Маннгеймское метеорологическое общество, которое создало в Европе на добровольной основе сеть из 39 метеорологических станций (в том числе три в России - Санкт-Петербурге, Москве, Пышменский завод), укомплектованных единообразными и проградуированными приборами. Сеть функционировала 12 лет. Гениальный Ломоносов указал в ту эпоху на целый ряд факторов и зависимостей, которые позднее легли в основу климатологической науки.Таким образом, к концу XVIII в. старое представление о разнообразии климатов земли уже было подкреплено рядами инструментальных наблюдений, совершенно ясно определились важнейшие общие причины существования различных климатов, а также наметились и некоторые проблемы практической климатологии. В Главной физической обсерватории был создан отдел климатологии, который приступил к работе по более полному изучению климата СССР и разработке различных теоретических вопросов и проблем по к Большое и постоянное внимание стало уделяться правильному размещению станций с тем, чтобы территория СССР была освещена полностью.В 1956 г. рядом государств, в том числе и СССР были организованы -обширные метеорологические наблюдения на всем пространстве земного шара, включая и Антарктику, а также наблюдения в высоких слоях атмосферы. Эти наблюдения в период 1957--1958 гг. входили в программу Международного геофизического года. Для изучения притока лучистой энергии Солнца в СССР было создано большое количество актинометрических станций. Центром работ по актинометрии являлась магнитная и метеорологическая обсерватория в Павловске (под Ленинградом). Разработкой актинометрических приборов, которыми затем были оснащены метеорологические станции, занимались С. И. Савинов, Н. Н. Калитии, Ю. Д. Янншевскнй и другие. В 1955 г. выпущен в свет Атлас теплового баланса, затем последовало издание Атласа теплового баланса земного шара. Главной геофизической обсерваторией совместно с Государственным гидрологическим институтом в 1974 г, был опубликован Атлас мирового водного баланса. Разработана классификация климата в связи с географической зональностью (М. И. Будыко, А. А. Григорьев). Большое значение имеет разработанная Б. П. Алисовым генетическая классификация климата, в основу которой положены происхождение воздушных масс и характер их циркуляции. С этой точки зрения им написаны работы по климату СССР и зарубежных стран. В области синоптической климатологии следует отметить работы Г. Я. Вангенгейма, Л. А. Вительса, Б. Л. Дзердзеев-ского, X. П. Догосяна, С. П. Хромова. В СССР в 40-х годах большое развитие получила еще одна Отрасль метеорологии - физика приземного слоя воздуха. Процессы, происходящие в этом слое, оказывают значительное влияние на условия формирования погоды, микроклимата и климата. В области этой науки и применения ее в климатологии важные результаты были получены М. И. Будыко, И. А. Гольцберг, Е. Н. Романовой, М. П. Тимофеевым, С. А. Сапожниковой. Бурный рост промышленности во второй половине 20-го века оказал неблагоприятное влияние на атмосферу. Огромное значение приобрели проблемы загрязнения атмосферы и распространения примесей как естественного, так и антропогенного происхождения. Потребовалось создание специальной службы загрязнений, под руководством Е. К. Федорова и Ю. А. Израэля. Развитие народного хозяйства привело к необходимости более тщательного учета свойств атмосферных процессов. Поэтому стали интенсивно развиваться многие отрасли прикладной климатологии, такие, как авиационная, медицинская, строительная и др. Во всем мире объем метеорологических исследований растет, накоплен большой опыт международного сотрудничества в проведении таких международных программ, как Программа исследования глобальных атмосферных процессов, и уникальных экспериментов, подобных Международному геофизическому году (1957-1958), Атлантическому тропическому эксперименту (1974) и т.д.

6. Атмосфера, её состав, строение и границы. Атмосфера – это газовая оболочка Земли с содержащимися в ней аэрозольными частицами, движущаяся вместе с Землей в мировом пространстве как единое целое и одновременно принимающая участие во вращении Земли. На дне атмосферы в основном протекает вся жизнь. Нижняя граница совпадает с поверхностью земной коры. Верхняя условно проводится до высоты 3000 км.Воздух у атмосферы удерживается силой тяжести. Плотность воздуха зависит от температуры и влажности. Воздух атмосферы предствляет собой механическую смесь газов, аэрозолей, водяных паров. Атмосфера состоит из воздуха, а он из постоянных компонентов: 1)78%-азот(основа белков, аминокислот)2)21%-кислород(обеспечивает дыхание живых организмов, отвечает за процессы окисления и горения)3) 0, 94%-инертные газы(аргон, гелий, водород, ксенон. Из них 0, 93% аргон). Переменные: 4)углекислый газ(задерживает 18% теплового излучения Земли) 5)водяной пар 6) озон(концентрируется на высоте 20-25 км(озоновый экран) и поглащает большую часть ультрафиолетового излучения солнца). Строение атмосферы. Атмосферу делят на пять сфер, различающихся между собой по температуре и др. свойствам. Сферы разделены переходными слоями — паузами Тропосфера —нижний слой атмосферы, содержащий около 3/4 всей её массы. В тропо­сфере находится почти весь водяной пар атмосферы. Верхняя граница её достигает наи­большей высоты — 17-18 км— на экваторе и снижается к полюсам до 8-10 км. В умеренных широтах средняя высота тропосферы — 10-12 км. Колебания верхней границы тропосферы за­висят от температуры: зимой эта граница выше, летом ниже; в течение суток колебания её мо­гут достигать нескольких километров. Температура в тропосфере от земной поверхности до тропопаузы понижается в среднем на 0, 6°С на каждые 100 м. В тропосфере происходит непрерывное перемешивание воздуха, обра­зуются облака, выпадают осадки.

Нижний слой атмосферы, примыкающий непосредственно к земной поверхности, называют приземным слоем. Физические процессы в этом слое под влиянием земной поверхности отличаются своеобразием. Здесь особенно резко выражены изменения температуры в течение суток и в течение года. Тропопауза — переходный слой от тропосферы к стратосфере. Высота тропопаузы и её температура изменяются в зависимости от широты. От экватора к полюсам тропопауза снижа­ется, причем это снижение происходит неравномерно: около 30 - 40° северной и южной широты наблюдается разрыв тропопаузы. В результате она как бы делится на тропическую и полярную части, находящиеся на широте 35°- 40° одна над другой. Чем выше тропопауза, тем ниже её температура. Исключение составляют полярные районы, где тропопауза низкая и холодная. Самая низкая температура, зарегистрированная в тропопаузе, -92°С. Стратосфера отличается от тропосферы большей разреженностью воздуха, почти полным отсутствием водяного пара, сравнительно большим содержанием озона, достигающим макси­мальной концентрации на высоте 22-26 км. Температура в стратосфере с высотой медленно возрастает. На нижней границе стратосферы над экватором температура весь год около -76°С, в северной полярной области в январе -64 °, -68 ° С, в июле -42 °, -43°С. Различия в температуре вызывают перемещения воздуха. Скорость ветров в стратосфере достигает 340 км/час. В средней стратосфере (20 - 26 км ) возникают тонкие облака — перламутровые, состоя­щие из кристалликов льда и капель переохлажденной воды. В стратопаузе температура равна приблизительно 0°С. Мезосфера характеризуется значительными из­менениями температуры с высотой. До высоты 60 кмтемпература повышается и достигает +20°С, на верх­ней границе сферы температура понижается до -75°С. На высоте 75 - 80 км падение температуры сменяется новым повышением. Летом на этой вы­соте образуются блестящие, тонкие облака — се­ребристые, состоящие, вероятно, из переохла­жденного водяного пара. Движение серебристых облаков свидетельствует о большой изменчивости направления и скорости движения воздуха (от 60 до нескольких сотен километров в час), особенно заметно проявляющейся в периоды, переходные от одного сезона к другому.В ионосфере (термосфере) температура с вы­сотой повышается. Скорости движения частичек газов огромны, но при крайней разреженности про­странства столкновения их очень редки. Наряду с нейтральными частицами в ионосфере содер­жатся свободные электроны и ионы. Ионосфе­ра — сфера разреженного ионизированного газа, состоящая из серии электронных слоев. Выделяются четыре основных слоя: Д (на вы­соте 80 км ), Е (110 км ), F₁ (120 км ) и F₂ (250 - 400 км ). Кроме того, возникают электронные облака имеющие очень большую плотность иони­зации. Ионизированные слои, отражающие, поглощающие и преломляющие радиоволны, ока­зывают огромное влияние на радиосвязь. Слои ионизации особенно хорошо выражены днем. Слой Е ночью практически отсутствует, а F₁ и F₂ сливаются в один слой. Ионизация делает сферу электропроводящей, и в ней текут мощные электрические токи. Движение частиц в нижней части ионосфе­ры (до 200 км)напоминает их движение в более низких слоях атмосферы. Выше 400 кмпреимуще­ственное влияние оказывает геомагнитное поле и облака заряженных частиц, вытянутые в направлении магнитных силовых линий, перемещаются со скоростью сотен километров в час.В ионосфере в зависимости от солнечной активности сильно изменяются плотность и тем­пература (в полярных широтах плотность — в 100 раз, температура — на сотни градусов). С деятельностью Солнца связано возникновение в ионосфере полярных сияний. Экзосфера — самая верхняя (внешняя) сфера — сфера рассеяния, из которой газы могут уходить в межпланетное пространство. Экзосфера теряет преимущественно атомы водорода, господствующего в высоких (выше 2000 км) слоях. Водород, ускользающий из экзосферы, об­разует вокруг Земли так называемую земную корону, простирающуюся до высоты 20 000 км. Плотность газа в короне ничтожна.