Мы живем на дне глубокого воздушного океана — атмосферы. Она состоит из смеси газов (азота, кислорода, инертных газов, углекислого газа), водяного пара и небольшого количества твердых частиц (аэрозолей). В атмосфере содержится не менее 10 трлн. т водяного пара — в среднем 200 т над каждым гектаром поверхности Земли. Примеси бывают в разном количестве. Если их мало, воздух прозрачен, а небо голубое или ярко-синее. И наоборот, если примесей много, небо мутное, белесое.

Общая масса атмосферы Земли примерно 5,3 квадрильона (53×1015) т. Такую массу имел бы медный шар диаметром 10 км.

Казалось бы, человеку трудно повлиять на атмосферу, изменить ее состав. Однако факты говорят о другом. В мире ежегодно сжигается свыше 2 млрд. т каменного угля, более 1 млрд. т нефти, перерабатывается более 2 млрд. т рудных и нерудных сыпучих материалов. В атмосферу ежегодно выбрасывается свыше 120 млн. т угольной пыли, почти 300 млн. т промышленного и бытового аэрозоля (жидкие и твердые частички выхлопных газов от миллионов автомобилей, сотен тысяч самолетов, тепловозов, выбросы заводских труб и пр.).

Загрязнение воздушного океана приводит к повышенной коррозии, к уменьшению срока эксплуатации конструкций, строений или их полному разрушению. Оно также пагубно сказывается на здоровье людей. Поэтому в нашей стране большое внимание уделяется вопросам рационального использования природы и ее охраны. В статье 67 Конституции (Основного Закона) СССР записано: «Граждане СССР обязаны беречь природу, охранять ее богатства», а в статье 18 говорится: «В интересах настоящего и будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей человека среды».

В нашей стране ведется борьба с загрязнением атмосферы. Гидрометслужбой СССР организована общегосударственная сеть пунктов наблюдений и контроля за уровнем загрязнения атмосферы, почвы и водных объектов. Постоянный контроль за состоянием воздуха проводится в 530 пунктах 150 городов. Химический состав поверхности вод изучается более чем в 4000 пунктах на 850 объектах.

Еще большего размаха приобрела природоохранная работа после XXVI съезда КПСС, в решениях которого записано: «Активнее проводить работу по созданию и развитию системы кадастров природных ресурсов. Совершенствовать государственное управление и усилить контроль в области природопользования и охраны окружающей среды. Шире привлекать общественность к охране природы».

В этом большом и благородном деле немалую помощь взрослым оказывают школьники, участвуя в поисковой и исследовательской работе отрядов Всесоюзной туристско-краеведческой экспедиции пионеров и школьников «Моя Родина — СССР». В экспедиции участвует школьники IV–X классов всей страны.

 

Почему меняется погода?

Как же возникает та или иная погода и почему она так часто меняется? Поверхность Земли нагревается неравномерно. Степень ее нагрева во многом зависит от высоты Солнца над горизонтом. Чем выше Солнце поднимается над горизонтом, тем больше лучей падает на поверхность Земли; чем опускается ниже — на тот же участок их попадает значительно меньше, они скользят по земной поверхности (рис. 1). Поэтому там, где солнечные лучи падают почти отвесно, находится зона самого теплого климата на Земле: это область между тропиками. В полярных областях (в Арктике и Антарктике) Солнце в течение полярной ночи совсем не восходит, а полярным летом оно едва поднимается над горизонтом, и лучи падают на Землю косо, нагревая ее незначительно.

Но и это не все. На земной поверхности мы видим горы и равнины, покрытые растительностью степи и голые пустыни, леса, реки, озера, моря и океаны. Одинаково ли нагреваются все эти части земной поверхности? Безусловно, нет. Сильнее и быстрее нагревается сухая голая почва. Лучше и быстрее прогревается от нее и воздух. Значительно медленнее нагревается вода, так как лучи Солнца проникают вглубь. Но она и дольше остывает. Поэтому и воздух над ней прогревается и остывает медленнее.

Рис 1.

Между подстилающей поверхностью и атмосферой происходит непрерывный обмен влагой. Испаряясь с океанов, водяной пар восходящими движениями воздуха поднимается вверх. Там температура воздуха настолько низкая, что водяной пар конденсируется в капли, образуя облака. Облака ветром переносятся на континент, где из них выпадают осадки. Осадки частично впитываются в почву и корнями растений, частично испаряются, частично стекают в реки, а оттуда в море. И все опять начинается сначала. Происходит вечный круговорот воды в природе.

Таким образом, разные участки Земли и воздух над ними нагреваются и увлажняются неодинаково. В результате создаются очаги прогретых и увлажненных различной степени участков атмосферы, размеры которых достигают нескольких тысяч квадратных километров. Их называют воздушными массами.

Воздушные массы находятся в непрерывном движении и постоянно меняют свои свойства. Замечено, что есть места — «очаги», где они накапливаются или, как принято говорить, формируются особенно часто. Одним из таких очагов является Арктика. Ее часто называют «кухней погоды». И это совершенно справедливо. Воздух здесь приобретает свойства холодных полярных льдов, распространяется к югу, неся с собой похолодание. В границах одной воздушной массы погода стабилизируется медленно, при смене воздушных масс — меняется резко, скачкообразно.

Различают периодические и непериодические изменения погоды. Первые связаны с вращением Земли вокруг Солнца и своей оси. Это суточные, а также сезонные изменения температуры и влажности воздуха, направления ветра и других метеорологических элементов. Суточные изменения особенно хорошо наблюдать в ясные дни: перед рассветом температура воздуха и почвы, как правило, минимальна, а относительная влажность наибольшая, ветер стихает, иногда выпадает роса, по дну лощин и в поймах рек стелется туман; с восходом солнца исчезает роса, туман рассеивается, поднимается ветер; после полудня температура воздуха самая высокая.

Непериодические изменения погоды обусловлены перемещением воздушных масс из одной географической области в другую в общей системе циркуляции атмосферы.

Почему же воздушные массы так непоседливы?

Причина в том, что холодный воздух тяжелее теплого и стремится опуститься вниз, а теплый — подняться вверх. В бане, как известно, внизу всегда холоднее, чем вверху, «на полке». Если мы приоткроем входную дверь бани, сразу же почувствуем, как понизу тянет холодный воздух, а теплый выходит наружу поверху (рис. 2).

Нечто похожее происходит и в воздушной оболочке Земли. Когда холодная и теплая воздушные массы сближаются друг с другом, холодный воздух как бы ложится клином под теплый, вытесняя его вверх. Граница между воздушными массами представляет собой слой воздуха шириной 10–15, а иногда 50 и более километров. Пространство между двумя воздушными массами называется фронтальной зоной, или фронтом, а место пересечения фронта с поверхностью Земли — линией фронта. Именно здесь наблюдается скачок температуры, влажности, направления и скорости ветра и других метеорологических элементов.

Рис. 2.

Так, например, 23 сентября 1979 г. из северных районов Атлантики через Скандинавию вышел глубокий циклон. (О циклонах и антициклонах будет рассказано ниже.) Центр его располагался вблизи полуострова Канин, а перемещался циклон к востоку. Атмосферный холодный фронт, связанный с этим циклоном, пересекал территорию Советского Союза от восточных районов Архангельской области до Карпат и обуславливал пасмурную дождливую погоду в Архангельской, Вологодской, Калининской, Смоленской областях, Белоруссии и на северо-западе Украины. В центральных и центральночерноземных областях, Нижнем Поволжье, на Кавказе, а также на Украине стояла теплая погода с температурой воздуха 24…29° C.

Москва и Московская область 23 сентября 1979 г. находилась во фронтальной зоне атмосферного фронта. Были кратковременные дожди, грозы. Температура в северной половине области 14… 18, в южной 20…23° C, ветер южный.

Научиться отличать одну воздушную массу от другой очень важно. Это значит найти верный путь к предвидению погоды. Проследить полностью движение воздушных масс по наблюдению в одном месте невозможно. Но общее представление о воздушных массах и разделах между ними надо иметь. Так как воздушные массы все время находятся в движении, перемещается и граница между ними. Если холодный воздух отступает, а вместо него приходит теплый, — значит идет теплый фронт.

Так как холодный воздух более плотный и тяжелый, он отходит медленно, как бы цепляясь за землю. Теплый воздух скользит, поднимается по поверхности холодного, поэтому он раньше обнаруживается на некоторой высоте, а потом уже у земли.

Прохождение теплого фронта обычно сопровождается мощной слоисто-дождевой, затягивающей все небо, облачностью с обложным дождем. Первый вестник теплого фронта — перистые облака. Постепенно они превращаются в сплошную белую вуаль — в перистослоистые облака. В верхних слоях атмосферы уже движется теплый воздух. Падает давление. Чем ближе к нам линия фронта, тем плотнее становятся облака. Солнце просвечивает тусклым пятном. Затем облака опускаются ниже, солнце скрывается совсем. Ветер усиливается и меняет свое направление по часовой стрелке (например, сначала был восточный, потом юго-восточный и даже юго-западный). Приблизительно за 300–400 км до фронта облака сгущаются. Начинается мелкий обложной дождь или снег.

Но вот теплый фронт миновал. Дождь или снег прекратился, тучи рассеиваются, наступает потепление — пришла более теплая воздушная масса.

Если же теплый воздух отступает, а холодный растекается вслед за ним — значит, приближается холодный фронт. Его приход всегда вызывает похолодание. Но при движении не все слои воздуха имеют одинаковую скорость. Самый нижний слой в результате трения о земную поверхность немного задерживается, а более высокие вытягиваются вперед. Таким образом, холодный воздух обрушивается на теплый в виде вала. Теплый воздух быстро вытесняется вверх, и создаются мощные нагромождения кучевых и кучево-дождевых облаков.

Облака холодного фронта несут ливни, грозы, сопровождающиеся сильным порывистым ветром. Они могут достигать очень большой высоты, но в горизонтальном направлении простираются всего на 20…30 км. А так как холодный фронт движется обычно быстро, то бурная погода продолжается недолго — от 15…20 мин до 2…3 ч. В результате взаимодействия холодного воздуха с теплой подстилающей поверхностью образуются отдельные кучевые облака с просветами. Затем наступает полное прояснение.

Основная сила, заставляющая двигаться воздушные массы, — это разность давления. В холодной воздушной массе воздух более плотный, и поэтому атмосферное давление после прохождения холодного фронта повышается.

Воздух перемещается из области высокого давления в область более низкого. Движение это мы ощущаем в виде ветра. Ветер — это могучее всеобъемлющее явление природы. Воздушные потоки, как правило, почти параллельны земной поверхности. Вертикальные потоки встречаются гораздо реже, они слабее горизонтальных и возникают лишь в облаках или горных местностях при сильно развитой конвекции, то есть когда более теплые массы воздуха, а значит, и менее плотные, чем окружающая среда, перемещаются вверх, а более холодные и плотные — вниз. С конвекцией связано и образование кучево-дождевых облаков. На ветер действуют силы вращения и трения.

О значении ветра в изменении погоды можно судить из следующего: подует ветер из Арктики — сразу становится холодно даже в теплых южных районах нашей Родины, подует с юга — становится жарко, а зимой в северных районах начинается оттепель.

Рис. 3.

Как было сказано, ветер возникает в результате разности атмосферного давления. Из этого можно сделать практический вывод, если стать спиной к ветру (рис. 3), центр низкого давления всегда будет находиться слева и несколько впереди, а высокого — справа и несколько позади. Это правило очень важно для тех, кто хочет разобраться в наблюдаемых явлениях погоды и иметь представление об изменениях ее в дальнейшем. Смена погоды часто происходит в результате поступления той или иной воздушной массы. Движутся воздушные массы обычно в виде вихрей различной величины — от мелких, наблюдающихся перед грозой, до крупных, занимающих пространства в сотни тысяч и даже миллионы квадратных километров.

Рис. 4.

К огромным воздушным вихрям относятся циклоны и антициклоны (рис. 4, 5). Циклон представляет собой вихрь в диаметре до 2000 км и более, высотой от 6…8 км до 10… 12 км. В центре его — пониженное атмосферное давление. Воздух в циклонах у поверхности земли стекается к середине, образуя систему круговых ветров против движения часовой стрелки в северном полушарии и по часовой — в южном. На направление движения воздуха в циклоне оказывает влияние отклоняющая сила вращения Земли вокруг своей оси. В центре этого огромного вихря воздух поднимается и охлаждаясь, растекается на высоте. Водяные пары при этом конденсируются. Поэтому для циклонов характерна ненастная погода: зимой — большая облачность, снегопады, метели, некоторое потепление; летом — дожди, грозы, понижение температуры и усиление ветра.

Рис. 5.

В синоптической практике при анализе карт погоды территория распространения циклона (антициклона) очерчивается замкнутыми кривыми линиями одинакового атмосферного давления — изобарами. Нередки случаи, когда погода на огромной территории европейской и азиатской частей СССР определяется одним циклоном. Например, в сводке Гидрометцентра СССР сообщалось («Известия» от 21 января 1979 г.): «…на Западную Сибирь вышел глубокий циклон с Баренцева моря. Центр его над Томской областью. Этот циклон определяет погоду на обширной территории от крайних северных районов Архангельской области до Байкала. Снег, метели будут наблюдаться на Урале, в северных и восточных областях Казахстана, в Красноярском крае, на Алтае, в Кемеровской, Новосибирской, Томской и Тюменской областях…» (рис. 6).

Как правило, циклоны перемещаются с запада на восток. Движение это вызвано резкими изменениями не только атмосферного давления и ветра, но и температуры, влажности воздуха. Отмечаются обильные осадки. Малые циклоны, объединяясь, могут образовать обширные глубокие циклоны, состоящие из масс холодного воздуха по всей своей толщине. Постепенно циклоны затухают. Такой процесс продолжается в течение нескольких дней. Обычно циклон длится от 1…2 до 5…7 суток. Скорость движения его от 20…30 до 70…90 км/ч.

В северном полушарии есть два района Мирового океана, где половину года господствуют циклоны. Первый район находится несколько южнее Исландии, а второй — вблизи Алеутских островов. Эти районы называются исландским и алеутским минимумами, или иначе — центрами действия атмосферы. Вообще на земном шаре циклоны часто возникают в одних и тех же районах. В северном полушарии эти районы находятся вблизи восточных берегов континентов. Зимой, например, такая особенность циркуляции атмосферы Земли обусловлена взаимодействием холодного континентального воздуха с теплым морским.

Рис. 6

В зависимости от района зарождения циклоны называются средиземноморскими, балканскими, генуэзскими, амударьинскими и т. д. Циклоны, рождающиеся на юге и перемещающиеся затем к северу, принято называть южными, а циклоны северных морей, быстро перемещающиеся на юг, — «ныряющими». На европейской части СССР наиболее сильные дожди и снегопады, как правило, обусловлены южными циклонами. Они же способствуют вторжению холодных арктических масс на континент.

Деятельность циклонов приводит к межширотному обмену воздуха, тепла и влаги, что является важным фактором общей циркуляции атмосферы. В течение года количество их в каждом полушарии Земли достигает нескольких сотен. В жарких странах циклоны не велики по площади, а разница в давлении воздуха в центре и по краям значительна, поэтому ветер нередко достигает силы урагана. Скорость ветра при этом развивается до 70 км/ч, осадков выпадает до 1000 мм в сутки, на море разыгрываются штормы, в прибрежных зонах нередки наводнения. В северном полушарии тропические циклоны называют тайфунами, которые характерны для субтропической зоны Мирового океана. Это подтверждается сообщениями из различных стран этого района. Например, «Свыше 40 тысяч жителей Филиппинского острова Лусон остались без крова в результате сильных наводнений и ураганных ветров, которые принес с собой тропический тайфун «Эринг», самый мощный за последние десять лет. Особенно сильно пострадали густонаселенные провинции центрального и северного Лусона, рисовой житницы страны. Скорость ветра, сопровождавшего тайфун, превышала здесь 260 км/ч. Только в провинции Аврора было смыто и разрушено более двух с половиной тысяч жилищ. Серьезно пострадала система энергоснабжения и связи».

«Небывалой силы штормы, вызванные циклоном, обрушились на некоторые районы Бангладеш. Сообщается, что погибли шесть человек, десятки ранены и тысячи людей остались без крова. В северо-восточном округе Силхет стихия разрушила более 5 тысяч домов. В округе Кхулиа несколько деревень стерты с лица земли. В некоторых районах выпал град. Ливневые дожди и град нанесли значительный ущерб посевам сельскохозяйственных культур».

После продолжительного ненастья порой устанавливается ясная, солнечная погода. Безветренно, ни облачка на небе. Стрелка барометра на несколько суток застывает у отметки 1013 гПа.

Такое явление метеорологи называют антициклоном.

Антициклон — область в атмосфере, характеризующаяся повышенным давлением воздуха и представляющая собой полную противоположность циклону. В циклонах воздух сгоняется круговыми ветрами к центру, в антициклонах — расходится от центра; в циклонах небо обычно облачное, а в антициклонах — преимущественно ясное.

Как и циклоны, антициклоны перемещаются в направлении общего переноса воздуха в тропосфере, то есть с запада на восток, отклоняясь при этом к низким широтам. Средняя скорость перемещения антициклона — около 30 км/ч в северном полушарии и около 40 км/ч в южном, но нередко антициклон надолго принимает малоподвижное состояние. При длительном нахождении антициклона над одним и тем же районом может возникнуть засуха, что, например, наблюдалось на территории европейской части СССР в 1972 и 1975 гг.

В антициклонах воздух опускается и при этом нагревается: содержащаяся в нем влага превращается в невидимый пар, небо освобождается от облачности. У поверхности земли воздух растекается от центра. Таким образом, ветер в антициклонах дует, огибая его центр, в северном полушарии по часовой стрелке, в южном — против часовой стрелки, образуя тем самым гигантский вихрь.

В диаметре антициклон может достигать нескольких тысяч километров, распространяясь в высоту до 8… 12 км. Так, в первой декаде февраля 1980 г. на большей части нашей страны погоду определял прочно обосновавшийся зимний сибирский антициклон, с центром между Омском и Красноярском. Влияние этого антициклона на погоду простиралось от Волги до Охотского моря (рис. 7).

В области антициклона преобладала ясная, морозная погода с низкими ночными температурами. В Красноярском крае и на западе Якутии морозы были 40…45° C. На Урале и в Заволжье они были слабее, но и здесь температура воздуха понижалась до минус 22…27, а на севере Средней Азии — минус 20…25° C.

Рис 7

Одновременно на запад и юго-запад европейской территории СССР пришел теплый воздух (циклон). Повсеместно наблюдались небольшие морозы, в некоторых районах — осадки в виде снега, а в Молдавии, на юге Украины и Северном Кавказе температура воздуха поднялась выше нуля.

Рассматривая карты погоды субтропического пояса планеты, можно ясно различить центры областей высокого давления в любое время года, особенно над Мировым океаном. В Атлантическом океане — это азорский субтропический и южноатлантический антициклоны, в Тихом — северотихоокеанский, или Гавайский, и южнотихоокеанский антициклоны.

Существование субтропических антициклонов поддерживается частым вхождением в их области более холодных воздушных масс, которые затем быстро трансформируются и прогреваются над теплыми водами субтропиков. Это одна из особенностей циркуляции атмосферы Земли.

В субтропических антициклонах на высоте почти 1000 м существуют так называемые задерживающие слои атмосферы, и потому влага, которая испаряется с поверхности океанов, не уносится ввысь, а скапливается под этими слоями. Задерживающие слои атмосферы — главные аккумуляторы влаги на земном шаре.

В зимнее время над восточными районами нашей страны часто устанавливается антициклональный характер погоды. Это результат влияния азиатского антициклона с центром над Монголией. Гребень его направлен к северо-востоку и в нем, в свою очередь, формируются частые антициклоны. Зимой в условиях безоблачного неба в антициклоне над Якутией и Магаданской областью происходит значительное охлаждение приземного слоя воздуха и наблюдаются наиболее низкие температуры в северном полушарии.

В атмосфере не бывает момента, когда не было бы циклонов и антициклонов. Поэтому половину своей жизни мы проводим в циклоне, а другую — в антициклоне. В общей циркуляции атмосферы Земли циклоны и антициклоны играют огромную роль.

Но, зная об их приближении, опрометчиво делать вывод, какой будет погода, ибо надо еще знать, какая часть циклона или антициклона пройдет через данное место, с какой скоростью они смещаются.

Таким образом, все то, что мы привыкли называть погодой, — это внешнее проявление весьма сложных физических процессов, происходящих у земной поверхности или в тех слоях, где действует воздушный транспорт.

Разумеется, процессы, происходящие в атмосфере, мы рассматривали весьма упрощенно, а ведь они значительно сложнее.

 

Наблюдения за погодой

В природе много явлений, доступных для наблюдения. Но наиболее широкое и большое практическое значение имеют наблюдения за погодой.

Древние люди мало знали о закономерностях погодных явлений, поэтому свои наблюдения выражали в форме примет, пословиц и поговорок, которые свидетельствовали о понимании ими погоды, характерной для данной местности. Например, в Британском музее хранится «дневник погоды», датированный 1268–1270 гг. Сведения о погоде есть и в русских летописях XV века. Среди документов «Приказы тайных дел» (1657 г.) сохранились особые «дневальные записи» (их вела дворцовая стража): «30 января, пяток. День от обеда холоден и ведрен, а после обеда оттепелей, а в ночи было ветрено… 4 февраля, среда. День был тепел и ведрен, а за полчаса до ночи пошел снег и шел пятого часу ночи, а в ночи было тепло же…»

Однако первые инструментальные метеорологические наблюдения стали возможны только в середине XVII столетия, когда были изобретены барометр и термометр.

В нашей стране впервые научные наблюдения организованы Академией Наук в Петербурге 1725 г. Регулярные же метеорологические наблюдения в России появились только спустя более ста лет.

В настоящее время в Советском Союзе главным научно-исследовательским центром изучения погоды является Гидрометцентр СССР. Его роль в народном хозяйстве огромна. Здесь ежедневно составляют более 150 синоптических аэрологических карт северного и южного полушарий. Они отражают состояние атмосферы над планетой через каждые 12 часов на одиннадцати уровнях от поверхности земли (на высоте более 30 км). Без прогноза не уходит в рейс ни один теплоход, не вылетают самолеты. Служба погоды составляет специализированные прогнозы для отраслей народного хозяйства.

На территории СССР действует густая сеть метеорологических станций, которые ведут научные наблюдения за состоянием атмосферы и гидросферы. Метеорологическая станция — это постоянное или временное место с известными координатами, где производятся научные наблюдения и измерения. Они подразделяются на метеорологические, агрометеорологические, аэрологические, гидрометеорологические станции, а также на разряды — первый, второй и третий. Все станции имеют однотипную аппаратуру и ведут наблюдения в установленные сроки и по единой программе. С 1 января 1966 г. установлены основные климатологические сроки наблюдений на всех метеорологических станциях СССР по декретному московскому времени.

Восемь раз в сутки снимаются метеорологические данные со всех автоматических и полуавтоматических приборов. Эти данные не только используются нашим Бюро погоды, но и по специальным международным линиям связи восемь раз в сутки передаются и за рубеж. Данные наблюдений за погодой обсерватории публикуются в многочисленных климатических справочниках и монографиях.

Осадки, облачность, направление и силу ветра, оптические, электрические и другие явления в атмосфере отмечают в дневниках погоды общепринятыми условными знаками, приведенными на рис. 8. Посмотри их внимательно и запомни.

Условные обозначения для записи атмосферных явлений

Рис. 8.

Облака принадлежат к числу важнейших атмосферных явлений, активно участвующих в формировании погоды. Наблюдают их визуально. В предсказании погоды по местным признакам они играют существенную роль.

Поэтому, чтобы прогнозы были как можно более правильными, надо уметь различать хотя бы основные формы облаков.

К. Г. Паустовский писал: «…облака это вполне точные сигналы про погоду. Это небесная азбука Морзе. Все дело в том, чтобы уметь их разбирать…».

Облака — носители осадков. С ними приходит к нам и дождь, и снег, и град, и грозы, и шквалистый ветер. С ними связаны и самые значительные колебания температуры воздуха: летом облака закрывают землю от солнца, уменьшая нагрев земной поверхности и всего приземного слоя воздуха, а зимой, как одеяла, прикрывают землю, не дают ей чрезмерно остыть. Предотвращая выхолаживание приземного воздуха, они тем самым препятствуют сохранению сильных морозов длительное время. Облака состоят из водяных капель или кристалликов льда. Из облаков всегда идет дождь, но пока капли не достигнут определенных размеров, они не выпадают на землю. Приближаясь к земной поверхности, капли нагреваются и частично испаряются, превращаясь в водяной пар. Если же они достигнут 0,5 мм в диаметре, будет дождь. Внешний вид и процессы развития облаков, а также характер осадков зависят от того, состоят облака только из водяных частиц или в них имеются ледяные кристаллы.

Различают облака по высоте их основания, выделяя облака верхнего яруса (выше 6 км над уровнем моря), среднего яруса (от 2 до 6 км) и нижнего яруса (ниже 2 км). Отдельную группу составляют облака вертикального развития с основанием на уровне нижнего яруса и высокой вершиной (до 8… 12 км и больше).

По международной классификации различают 10 главных видов облаков разных ярусов (табл. II и III).

К верхнему ярусу относят перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые облака.

Перистые облака — это отдельные облака волокнистой структуры и белесоватого оттенка. Иногда они имеют очень правильное строение в виде параллельных нитей или полос, иногда же, наоборот, их волокна спутаны и разбросаны по небу отдельными пятнами. Перистые облака прозрачны, так как состоят из мельчайших ледяных кристалликов. Часто появление таких облаков предвещает изменение погоды. Со спутников перистые облака порой трудноразличимы.

Перисто-кучевые облака — слой облаков, тонких и просвечивающихся, как перистые, но состоящие из отдельных хлопьев или мелких шариков, а иногда как бы из параллельных волн. Эти облака обычно образуют, образно говоря, «кучевое» небо. Часто они появляются вместе с перистыми облаками. Бывают видны перед штормами.

Перисто-слоистые облака — тонкий, просвечивающийся беловатый или молочного оттенка покров, сквозь который отчетливо виден диск Солнца или Луны. Покров этот может быть однородным, как слой тумана, либо волокнистым.

На перисто-слоистых облаках наблюдается характерное оптическое явление — гало (светлые круги вокруг Луны или Солнца, ложное Солнце и др.)· Как и перистые, перистослоистые облака часто указывают на приближение ненастной погоды.

К среднему ярусу относят высококучевые и высокослоистые облака. Они отличаются от сходных облачных форм нижнего яруса большой высотой, меньшей плотностью и большей вероятностью наличия ледяной фазы.

Высококучевые облака — слой белых или серых облаков, состоящих из гряд или отдельных «глыб», между которыми обычно просвечивается небо. Гряды и «глыбы», образующие «перистое» небо, сравнительно тонкие и располагаются правильными рядами или в шахматном порядке, реже — в беспорядке. «Перистое» небо обычно является признаком довольно плохой погоды.

Высокослоистые облака — тонкая, реже плотная вуаль сероватого или синеватого оттенка, местами неоднородная или даже волокнистая в виде белых или серых клочьев по всему небу. Солнце или Луна просвечиваются сквозь нее в виде светлых пятен, порой довольно слабых. Эти облака — верный признак небольшого дождя.

К нижнему ярусу относят слоисто-кучевые, слоистые и слоисто-дождевые облака. По мнению многих ученых, слоисто-дождевые облака отнесены к нижнему ярусу нелогично, так как в этом ярусе (ниже 2000 м в умеренных широтах) находятся только их основания, а вершины достигают высоты нескольких километров (уровни облаков среднего яруса). Эти высоты более характерны для облаков вертикального развития, и потому некоторые ученые относят их к облакам среднего яруса.

Слоисто-кучевые облака — облачный слой, состоящий из гряд, валов или отдельных их элементов, крупных и плотных, серого цвета.

Почти всегда имеются более темные участки. Слово «кучевые» (от латинского «куча», «груда») обозначает скупченность, нагроможденность облаков. Эти облака редко приносят дождь; лишь иногда они превращаются в слоисто-дождевые, из которых выпадает дождь или снег.

Слоистые облака — довольно однородный, лишенный правильной структуры слой низких облаков серого цвета, очень похожий на туман, поднявшийся над землей на сотню метров. Слоистые облака закрывают большие пространства, имеют вид рваных лоскутов. Зимой эти облака часто удерживаются весь день, осадки на землю из них обычно не выпадают, иногда бывает морось. Летом они быстро рассеиваются, после чего наступает хорошая погода.

Слоисто-дождевые облака — это темно-серые тучи, порой угрожающего вида. Часто ниже их слоя появляются низкие темные обрывки разорванно-дождевых облаков — типичные предвестники дождя или снегопада.

Облака вертикального развития бывают кучевые и кучево-дождевые.

Кучевые облака — плотные, резко очерченные, с плоским, сравнительно темным основанием и куполообразной белой, как бы клубящейся, вершиной, напоминающей цветную капусту. Они зарождаются в виде небольших белых обрывков, но вскоре у них формируется горизонтальное основание, и облако начинает незаметно подниматься. При небольшой влажности и слабом вертикальном восхождении воздушных масс кучевые облака предвещают ясную погоду. В противном случае они накапливаются в течение дня и могут вызвать грозу.

Кучево-дождевые, ливневые или грозовые облака — быстро растущие до больших высот мощные облачные массы в виде горы или огромной башни, верхняя часть которой оледеневает, то есть капли воды преобразуются в кристаллики. Пик облака обычно выравнивается и приобретает форму наковальни или огромного пера. Высота основания — в пределах от 0,4 до 1,0 км. В умеренной зоне верхняя граница облаков достигает 11…12, иногда 14 км, в тропической — 16…18 км, а в тайфунах даже 18…21 км. Этим облакам сопутствуют проливные дожди или штормы, поэтому их часто называют грозовыми тучами.

Ознакомиться с видами и формами облаков можно по специальному Атласу облаков. Однако для правильного определения высоты и формы облачности необходима многолетняя практика наблюдений.

Наблюдая за облачностью, важно на глаз определить по десятибалльной шкале степень покрытия неба. Чистое небо — 0 баллов. Ясно, на небе нет облаков. Если закрыто облаками не более трети небесного свода — 3 балла, малооблачно. Облачно с прояснением — 4 балла. Это значит, что облака покрывают половину небесного свода, но временами их количество уменьшается до «ясно». Когда небо закрыто наполовину, облачность 5 баллов. Если говорят «небо с просветами», имеют в виду, что облачность не менее 5, но и не более 9 баллов. Пасмурно — небо полностью покрыто облаками, без единого голубого просвета, облачность 10 баллов. Высота облаков нижнего яруса (до 2500 метров) определяется визуально или с помощью приборов (прожектор, шар-пилот).

При глазомерной оценке высоты облаков выбирают на нижней поверхности облачного покрова хорошо заметный на общем фоне участок, расположенный по возможности выше 45° над горизонтом и определяют его высоту над землей. Рекомендуется при этом переводить взгляд с наблюдаемого участка облака на предметы, расстояния до которых известны, и определить высоту облака путем сравнения ее с этими расстояниями. Более точными являются глазомерные определения, когда вблизи пункта наблюдения имеются подходящие высотные ориентиры, возвышенности, вышки, радиомачты и т. д. По закрытию верхней части этих предметов можно легко и правильно определить высоту нижней границы облаков.

Надо уметь «читать небо», разбираться в облаках, различать те из них, с которыми связаны длительные и значительные перемены в погоде, и те, которые несут кратковременные изменения или, наоборот, не предвещают перемен в погоде.

В основе многих примет погоды лежат изменения атмосферного давления.

Что же такое атмосферное давление?

Как ни легок воздух, но он, как и всякое другое вещество, имеет массу. Оказывается, масса 1 м3 сухого воздуха составляет 1 кг 300 г. Воздух в 770 раз легче воды. Значит, воздух, содержащийся в литровой бутылке, имеет примерно такую же массу, как наперсток воды.

Хотя масса воздуха и невелика, но сила, с которой вся толща атмосферы давит на земную поверхность, огромна. Столб воздуха от поверхности Земли до верхней границы атмосферы давит на каждый квадратный сантиметр с силой 1 кг. Таким образом, на человеческую ладонь, площадь которой примерно 150 см 2, воздух давит с силой, равной массе Двух взрослых мужчин. Наш организм приспособлен к такому давлению, потому что тело человека тоже содержит воздух, который уравновешивает давление извне.

Установлено, что на уровне океана при температуре воздуха 0° C ртуть в трубке поднимается на 760 мм рт. ст. (101,3 кПа). Давление при таких условиях называется нормальным атмосферным давлением.

В соответствии с Конвенцией об обязательном применении стандартов СЭВ у нас в стране Госстандарт СССР принял постановление о введении с 1 января 1980 г. стандарта СЭВ 1052-78 «Метеорология». Единицей измерения давления, в том числе и атмосферного, в этом стандарте является паскаль (Па) — ньютон на метр квадратный (ньютон — единица силы в системе СИ). Привычная нам величина атмосферного давления в 760 миллиметров ртутного столба соответствует 101300 Па = 1013 гПа = 101,3 кПа (паскалей). Но передавать по радио или публиковать данные, выраженные шестизначными цифрами, неудобно. Поэтому сведения об атмосферном давлении передаются в гектопаскалях — единицах, в сто раз больших. Тогда 750 миллиметров ртутного столба будут соответствовать 1000 паскалей.

Изменение давления тесно связано с изменением температуры воздуха. Воздух при нагревании расширяется. Теплый воздух легче холодного. Поэтому 1 м3 теплого воздуха на одной и той же высоте весит меньше, чем 1 м3 холодного. Следовательно, и давление теплого воздуха будет меньше, чем холодного.

Изменяется давление при подъеме вверх. Это происходит потому, что с высотой воздух становится менее плотным — разреженным. При поднятии на 10 м атмосферное давление понижается приблизительно на 1 мм. Если, например, от уровня океана подняться на высоту 1000 м, то давление будет 660 мм ртутного столба.

Рис. 9.

Понижение атмосферного давления позволяет определять с помощью барометра высоту места над уровнем моря. Есть несколько видов барометров, но чаще всего используют ртутный или металлический (анероид).

Однако ртутный барометр неудобен для пользования в походах и экспедициях. Для этих целей гораздо удобнее анероид (рис. 9). Он имеет металлическую коробочку, круг со шкалой и две стрелки — латунную, которую можно передвигать (поворачивая головку), и черную, которая движется по кругу в зависимости от давления. На круге есть шкала с цифрами от 71 до 81, возрастающими слева направо. Эти цифры показывают величину давления в миллиметрах. На шкале барометра имеются надписи: «буря», «дождь», «переменно», «ясно», «засуха».

Главная часть барометра — металлическая коробочка, из которой выкачан воздух. От сплющивания атмосферным давлением она предохраняется сильной пружиной. Колебание атмосферного давления действует на дно и крышку коробочки. Когда давление воздуха увеличивается, крышка коробки немного вдавливается (прогибается) и черная стрелка, которая при помощи рычажков соединена с крышкой, движется вправо, в сторону больших чисел; когда давление падает, то крышка выпрямляется (выгибается) и стрелка движется влево.

Латунную стрелку обычно с вечера поворачивают так, чтобы она совпала с черной. Утром слегка постукивают пальцем по стеклу анероида и смотрят, куда ушла черная стрелка, как изменилось давление за ночь — увеличилось или уменьшилось. Изменение давления говорит о том, что погода начинает меняться. Если барометр «падает» (то есть давление воздуха понижается), это значит, что над нами в верхних слоях атмосферы проходят теплые массы воздуха. Теплый воздух содержит в себе много влаги. Появятся облака, а потом возможны и осадки.

Если нет барометра, то его можно сделать самому. Для этого в бутылку наливают две трети воды, горлышко закрывают пробкой, через которую пропущена стеклянная трубка (конец ее должен погрузиться в воду). Затем запечатывают трубку сургучом. Барометр готов. На ясную погоду вода в трубке будет опускаться, на ненастную — подниматься. Чтобы барометр работал правильно, нужно залить горлышко бутылки сургучом в такой день, когда анероид показывает нормальное давление — 101300 Па (760 мм. рт. ст.).

Рис. 10.

Для этой цели можно также использовать перегоревшую электрическую лампочку. Достаточно просверлить в ее цоколе отверстие диаметром 2–3 мм и до половины заполнить стеклянный баллончик водой. Самодельный барометр следует повесить между оконными рамами (лучше на северной стороне). Этот несложный прибор очень чутко реагирует на изменения погоды. Если внутренние стенки лампочки покрылись плотным туманом — завтра будет облачно, без осадков. Если же на стенках появились полосы мелкой росы — это признак переменной облачности. В случае, если сверху образовались крупные капли росы, ожидайте грозового дождя. О таком простом по устройству барометре рассказал (см. газету «Правда Украины» от 12 сентября 1975 г.) инженер из Хабаровска П. Строкач. Он сообщил, что такой барометр уже служит пятнадцать лет и ни разу не ошибся в прогнозах.

Наши предки, кроме примет о погоде, использовали для прогнозов и своеобразные «барометры». Древнейшим на Руси был еловый «барометр», который и в наше время широко используется.

Установлено, что можжевельник и ель очень чутки к изменениям погоды. Выпиленный из сухой ели или можжевельника стволик с длинной веточкой очищают от коры и прикрепляют к стенке так, чтобы веточка «ходила» в горизонтальном направлении. Напротив конца веточки прибивают пластинку с расчерченными линиями (рис. 10). Годичные слои и сучья ели и можжевельника по-разному впитывают в себя влагу: наружные слои вбирают ее больше, чем внутренние. Если влажность уменьшается, особенно перед сухой жаркой погодой, наружные слои быстро просыхают (поэтому сухие ветви ели поднимаются), сук заметно идет вверх к стволу — обязательно прояснится, будет хорошая погода; при увеличении влажности наружные слои набухают и сук опускается, заметно идет вниз к стволу: жди ненастной погоды с осадками. В зависимости от длины сука амплитуда колебания может достигать до 25 см.