Print Friendly, PDF & Email
Как наблюдают погоду | Детская энциклопедия

Как наблюдают погоду

Как наблюдают погоду

Изо дня в день в грозу, в бурю, в метель наблюдают за погодой метеорологи. Они рабо­тают повсюду: и среди снегов Арктики и Ан­тарктиды, и на вершинах Тянь-Шаня, и в си­бирской тайге. Им помогают гидрологи, кото­рые следят за жизнью рек, морей, озер, болот.

Для чего все-таки нужна метеорологическая и гидрологическая служба? Может быть, можно обойтись без нее? Оказывается, нет. О погоде забывать нельзя. А кто о ней забудет, она сама напомнит о себе. Вот один из тысячи примеров. В начале нашего века около г. Джонстауна (США) вода прорвала земляную плотину. Ги­гантская волна прокатилась по долине, снося на своем пути мосты, строения, деревья. Отчего же это произошло? Оказывается, оттого, что при сооружении плотины инженеры не приняли в расчет, что наблюдающиеся в бассейне этой реки сильные и продолжительные ливни могут поднять воду на много метров выше обычного уровня. Они не учли этого и сделали отверстие плотины слишком узким. Паводок не мог прой­ти сквозь него, и произошла катастрофа. Уже один такой пример показывает, какое значение имеют данные метеорологической и гидроло­гической службы.

Впервые дневники погоды в России начали вести с 1722 г. в Петербурге по указу Петра I. В 1849 г. была открыта Главная физическая обсерватория, а затем и десятки метеорологических станций на­чали работать по единым инст­рукциям.

Великая Октябрьская соци­алистическая революция откры­ла широкий путь для развития метеорологии в нашей стране. 21 июня 1921 г. Совет Народ­ных Комиссаров по инициа­тиве Владимира Ильича Ленина постановил расширить метеоро­логические исследования в Со­ветском Союзе. Была создана общая метеорологическая и ги­дрологическая служба. Сеть метеорологических станций вы­росла в несколько раз. На оте­чественных заводах приборо­строения были сконструированы сложнейшие современные при­боры для метеорологических и гидрологических станций. Советские инженеры скон­струировали для необитаемых островов и труднодоступных гор автоматическую радиометео­рологическую станцию (АРМС), которая работает без людей и передает результаты наблюде­ний по радио. Сигналы АРМС принимаются на расстоянии бо­лее 500 км. АРМС действует за счет элек­трической энергии аккумуля­торов. Работа ее рассчитана по­чти на год. В нашей стране действуют полярные, морские, курортные, горные метеостанции и обсер­ватории. Самые северные из по­лярных станций расположены на о-ве Рудольфа (Земля Франца-Иосифа), на Северной Земле и на мысе Желания (северная окраина Новой Земли). Самые высокие горные метеорологические станции у нас устроены на Эльбрусе (на высоте 4250 м), леднике Федченко (4200 м) и Казбеке (3660 м). Каждый год в нашей стране организуют антарктические экспедиции, во время которых проводятся метеорологические наблюдения. Особенно ценные сведения о погоде дают дрейфующие в Арктике метеорологические стан­ции «Северный полюс».

Но таких станций немного, и поэтому их сведений недостаточно для изучения погоды на необъятном просторе Арктики. И вот сотруд­ники Института Арктики и Антарктики нашли выход: они сконструировали дрейфующую автоматическую радиометеорологи­ческую станцию (ДАРМС).

Во время работы станция автоматически пре­образует полученные метеорологические дан­ные в сигналы телеграфной азбуки Морзе и посылает их раз в сутки в эфир. Эти сигналы принимают береговые и островные полярные станции. ДАРМС дают сведения не только о погоде, но и о направлении движения льдов в полярном бассейне. ДАРМС могут беспрерывно действовать в течение года. В 1962 г. в СССР запущен ряд спутников «Космос» с приборами для изучения высоких слоев атмосферы и передачи на землю струк­туры циклонов и антициклонов, несущихся над землей. Огромная высота,

на которой велись наблюдения, позволила изучить обстановку в ат­мосфере на большом пространстве гораздо точ­нее и подробнее, чем удается с помощью карт погоды. Чтобы лучше понять причины изменения погоды, нужно изучать воздушный океан сразу на большом пространстве. Эту задачу выполняют метеорологические станции, которые разбросаны по всем угол­кам нашей Родины. Вероятно, вам не раз приходилось видеть небольшие огороженные забором площадки, на которых стоят «домики», напоминающие пче­линые ульи, воронкообразные сосуды и разные приборы на подставках. А над всем этим воз­вышается столб с флюгером. Это типовая метео­рологическая станция. Она определяет со­стояние атмосферы и следит за явлениями по­годы.

Для службы погоды на метеостанциях СССР наблюдения ведутся 8 раз в сутки: в 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 и 24 часа по московскому вре­мени. Кроме того, для изучения климата вся метеорологическая сеть дополнительно ведет наблюдения в 1,7, 13 и 19 часов по местному времени. В наблюдениях недопустимы пропуски и опоздания: они обесценивают всю работу метео­рологической станции. Поэтому за 12—15 ми­нут до наблюдения метеоролог обходит все ме­теорологические установки, чтобы проверить, исправны ли они. Все отсчеты приборов метео­ролог записывает в специальный журнал на­блюдений и передает по телеграфу или радио в бюро погоды области и Центральный институт прогнозов (в Москве). Синоптики1 бюро погоды на основании сведений, получен­ных с метеостанций, составляют карты погоды и дают прогнозы по данной области. Сведения о погоде за один и тот же час из различных мест страны наносят условными значками на географическую карту, которая становится картой погоды. На такой карте вы можете видеть состояние погоды одновременно в разных районах. Для изучения погоды надо наблюдать за всеми ее элементами: давлением воздуха, тем­пературой, влажностью, облачностью, направ­лением и силой ветра и др.Давление воздуха измеряется ртутным баро­метром, а запасным прибором служит барометр-анероид. Его приемник — металлическая гофрированная коробочка, из которой выкачан воздух. От сплющивания атмосферным давле­нием эта коробочка предохраняется сильной пружиной. Колебания атмосферного давления действуют на дно и крышку коробочки, которая от уменьшения давления вспучивается, а при увеличении — прогибается. Эти колебания при помощи особого механизма усиливаются и пе­редаются стрелке, которая движется по цифер­блату и отмечает величину давления. Если стрелка прибора показывает, что давление воздуха понижается (как говорят, баро­метр «падает»), то обычно наступает ухудше­ние погоды. Данные изменения давления важ­ны для прогноза погоды.

Метеорологические станции ведут регуляр­ные наблюдения за температурой воздуха. На огромных пространствах нашей Родины в одно и то же время бывают самые различные темпе­ратуры. Когда говорят о температуре воздуха, то всегда имеют в виду показания термометра, установленного в тени. Если измерять темпе­ратуру на открытом месте, освещенном солнцем, то различные термометры покажут разные вели­чины. Термометр с черным шариком покажет выше температуру, чем со светлым. Известно, что черное тело поглощает максимальное коли­чество лучей и поэтому нагревается сильнее других тел. Следовательно, любой термометр «на солнце» больше будет показывать собственную тем­пературу, чем температуру воздуха. Часто говорят, что при ветреной погоде мороз сильнее, чем при тихой. Это неверно. Термометр показывает одну и ту же температуру и при ветре и без ветра. Ощущение холода зависит от того, на­сколько быстро охлаждается человеческое тело. При сильном ветре охлаждение идет быстрее, чем без ветра.

Термометры на метеорологических станциях устанавливаются в особых будках для защиты от солнечных лучей, дождя, снега. Для лучшей вентиляции стенки будки делают из наклонных планочек, так что воздух свободно проходит внутрь. Чтобы уменьшить нагревание будки солнечными лучами, ее окрашивают в белый цвет. Устанавливается будка на высоте около 2 м от земли, чтобы ее не засыпало снегом. Для наблюдателя делается лесенка. В будке устанавливаются три термомет­ра: ртутный, спиртовой и тер­мометр-максимум. Ртуть при силь­ных морозах замерзает, и тогда пользуются спиртовым термометром: он одновременно мо­жет показывать самую низкую температуру с момента последнего наблюдения. Максималь­ный термометр устроен так же, как медицин­ские термометры. Трубка термометра сужена вблизи шарика. При повышении температуры ртуть под давлением свободно проходит через это сужение.

Когда температура понижается, суженная часть трубки разрывает столбик, и он остается на максимальном уровне. Воздух не бывает абсолютно сухим. Даже в жарких пустынях он всегда содержит влагу. Простейший прибор для измерения влажно­сти — волосной гигрометр. Он состоит из рамки, на которой натянут обезжиренный человеческий волос. Один конец волоса закреплен вверху рамки, а другой перекинут вниз через блок. С блоком связана стрелка, двигающаяся по шкале. При увеличении влаж­ности клеточки волоса разбухают, волос удли­няется, что сейчас же через блок передается стрелкой на шкалу, где влажность воздуха по­казана в процентах. Влажность уменьшается — волос укорачивается. Гигрометр помещают в будке рядом с тер­мометрами. Более сложный прибор — венти­ляционный психрометр. Он состоит из двух одинаковых термометров, заключенных в металлическую оправу.

Шарики термометров окружены трубками, через которые свободно проходит воздух. На вер­ху оправы помещен всасывающий вентилятор. Шарик одного термометра

обернут кусочком батиста. Во время наблюдений материю смачивают водой, а вентилятор заводят. Как только пружина заставит вращаться лопасти вентилято­ра, воздух начнет всасываться в трубки, обду­вать термометры и выходить наружу. Со смачи­ваемого термометра будет испаряться вода, и он покажет более низкую температуру, чем сухой (вспомните, как холодит мокрое белье). По разности температур сухого и смачиваемого термометров и по таблицам наблюдатель вычи­сляет влажность воздуха. Психрометр не требует никакой искусст­венной тени. С ним можно работать даже на солнце, надо только для удобства подвесить прибор на столбике. Направление и силу ветра наблюдатель опре­деляет по флюгеру. На столбе флюгера укреплена «роза ветров» из металлических прутьев, указывающих страны света. В верхней части флюгера есть дуга со штифтиками и рам­ка, на которой качается металлическая дощеч­ка,— это простой прибор для определения силы ветра. Ветер давит на дощечку и поднимает ее на фоне дуги. По штифтикам отсчитывают силу ветра; зная ее, легко определить и скорость ветра, т. е. число метров, проходимых воздухом в одну секунду.

Более точный прибор для измерения скоро­сти ветра — анемометр вращения. Приемником его служит крестовина с четырьмя (или тремя) полушариями, обращенными вы­пуклостью в одну сторону. Крестовина насаже­на на вертикальную ось. Под действием ветра вся система легко вращается в одну сторону. Конец оси, уходящей внутрь механизма, имеет бесконечный винт (червяк), связанный с целой системой зубчатых колес. С тремя из них сое­динены стрелки циферблата.

Если анемометр поместить на ветру и дать вертушке раскрутиться, то можно определить точно скорость ветра. Все большее распространение на метеостан­циях получает электрический анеморумбометр (АРМЭ), который может передавать по проводам направление и скорость ветра. Приемник АРМЭ — трехчашечный ане­мометр, который силой ветра заставляет вра­щаться якорь маленькой динамо-машины (гене­ратора), заключенный внутри прибора. Выра­батываемая генератором электроэнергия по про­водам передается в помещение метеостанции на шкалу вольтметра. Чем сильнее ветер, тем бы­стрее вращаются полушария и тем сильнее электрический ток. По степени отклонения стрелки вольтметра судят о скорости ветра. Одновременно на особой шкале показывается направление ветра. АРМЭ устанавливается высоко на металлической мачте или на столбе и может передавать дан­ные о ветре на расстоя­ние 100—150 м.

Метеоролог, наблю­дая за облачностью, оп­ределяет на глаз коли­чество облаков (0— яс­но, 10 баллов — облач­но), а по атласу обла­ков — их форму. Высо­та облаков определяет­ся при помощи шара-пилота. Это небольшой резиновый шар, напол­ненный водородом. Пу­щенный в полет, он до­стигает облака и исче­зает в нем. За шаром следят в угломерный прибор — теодолит. По времени полета шара-пилота определяют вы­соту облака. Более со­вершенный прибор для определения не только нижней, но и верхней границы облачности (толщины облаков) в любое время года и су­ток — облакомер. Он выпускается в сво­бодный полет на шаре и передает на землю с помощью радиопередат­чика особые сигналы в момент своего погру­жения в облако и выходя из него. Так как скорость подъема шара известна, то по времени появления сигналов о входе и выходе прибора из облаков определяют высоту и толщину их. Осадки измеряются особым цилиндром с ко­нусообразной защитой. Цилиндр сечением в 200 см2 устанавливают на столбе высотой 2 м. Его огораживают воронкообразным футляром из разреженных планок, чтобы предохранить осадки (особенно снег) от выдувания сильным ветром.

Собранную воду сливают в мензурку и из­меряют (зимой снег растапливают). Количе­ство осадков определяется толщиной слоя вы­павшей воды в миллиметрах. Умеренный дождь дает 5—6 мм осадков, сильный — около 15— 20 мм, а ливень — более 30 мм. Даже самые частые наблюдения метеороло­гов в течение суток бывают недостаточны. Не­обходима непрерывная запись наблюдений при­борами-автоматами. Для этого созданы самопишущие приборы: барограф — самописец давления воздуха; термограф, записывающий температуру воздуха; гигрограф, регистрирующий влажность воздуха, и плювиограф — дождевые осадки.

На крупных метеорологических станциях, где наблюдения ведутся круглые сутки, исполь­зуется дополнительно дистанционная метеорологическая станция (ДМС). Она устанавливается на площадке. Для наблюдения за приборами не надо выходить на площадку. Достаточно подойти к распредели­тельному щитку прибора, установленному в комнате, где дежурят метеорологи, нажать 2— 3 кнопки, и ДМС сообщит, что делается снару­жи: какой ветер, какая температура и влажность. Все шкалы прибора ДМС смонтированы на пульте управления в форме радиоприемника. Специальный кабель соединяет ДМС с пультом управления. ДМС питается электроэнергией от сети городского или сельского освещения. Если нужно узнать, какой сейчас ветер, нажмите кнопку на пульте управления с надписью «ветер».

На шкалах направления и скорости ветра появятся соответствующие сведения. Все данные о погоде можно получить в течение 30—40 секунд. Кроме этих основных приборов, применяют­ся многие другие: для измерения солнечной радиации (излучения), температуры почвы, вы­соты облаков. Метеоролог должен делать наблюдения точ­но, быстро и аккуратно. Погода не стоит на месте; она непрерывно меняется, и надо быстро уловить эти изменения. От точности наблюде­ний метеоролога зависит правильность прогно­за погоды, а часто и судьба пассажиров самоле­тов и судов, которые могут в пути встретиться с грозой или бурей.

В бюро погоды синоп­тики все элементы по­годы (давление возду­ха, температура, влаж­ность, облачность, ветер) наносят на немую гео­графическую карту око­ло каждого пункта на­блюдения в строго оп­ределенном порядке. Ме­теорологическая стан­ция на карте обозна­чается маленьким круж­ком. Стрелка указывает направление ветра (стрелка как бы летит по ветру). На рисунке на­правление ветра — юго-западное. Оперение на стрелке — это сила вет­ра в баллах. Один балл соответствует скорости ветра примерно 2 м/сек. На рисунке один штрих у стрелки длинный и один — короткий, это означает, что сила ветра равна трем баллам. Чет­верть кружка зачерче­на — значит, четверть неба покрыта облаками. Значок под кружком дает представление о форме облаков — кучевые высотой 1000 м. Слева от кружка показана тем­пература воздуха (+16°). Цифра 127 справа обозначает давление воздуха в миллибарах. Она дается сокращенно, полностью будет 1012,7 мб. Метеорологи условились всю цифру не писать и не отделять запятой десятые доли. Всем, кто знает об этом, понятно, что цифра 127 означает 1012,7 мб. Нормальное давление в 760 мм равно 1013 мб. На нашем рисунке (внизу слева) давление немного ниже нормы.

Но вот все сведения нанесены на карту. Те­перь в них надо разобраться. Для этого на кар­те проводятся изобары — линии, соеди­няющие места с одинаковым да­влением. Затем выделяются об­ласти с туманами, дождями и снегопадами и, наконец, вы­являются атмосферные фронты. В та­ком виде карта закончена и на­зывается рабочей синоптической картой. По таким картам синоптики составля­ют прогнозы погоды. Надо много хорошо работающих метеороло­гических станций, чтобы получить все необходи­мые данные для прогноза. В наши дни Цент­ральный институт прогнозов ежедневно состав­ляет карту погоды всего земного шара.

Гидрологические станции изучают состоя­ние рек, морей, озер, болот. Данные наблюде­ний этих станций необходимы речникам, строи­телям мостов, энергетикам и т. д. — словом, всем, кто заставляет воду служить человеку.

На речных гидрологических станциях ве­дутся наблюдения за уровнем воды, чтобы во­время предупредить о грозящем наводнении. Измерения делают с помощью простейших водо­мерных реек. В дно реки вбивается свая. На ней укрепляется рейка с делениями. На боль­ших гидрологических станциях устанавливают самописцы уровня воды. Наблюдатель опреде­ляет сроки вскрытия и замерзания реки, что очень важно для навигации. Измеряет он также высоту и плотность снежного покрова во многих пунктах бассейна реки и ее притоках. Так опре­деляются запасы снега в бассейне реки, от ко­торых зависит сила весеннего паводка. Знать, какой силы бывают паводки на реке, очень важ­но строителям гидросооружений.

Гидрологические станции в течение года со­общают на гидроэлектростанции о количестве воды, поступающей в водохранилище. Эти све­дения необходимы гидроэлектростанциям, так как их работа зависит от запасов воды в водо­хранилищах и от возможности пополнения сточ­ными водами реки.

Ведутся наблюдения и за льдом. Особенно важно наблюдать за внутриводным льдом. Бы­вает так, что лед еще не идет по реке, а на гид­ростанции авария. В турбины перестала посту­пать вода. В чем дело? Оказывается, их забил внутриводный лед. Поэтому очень важно знать о его существовании заранее, чтобы оградить от него турбину. Толщина льда водоемов опреде­ляется с помощью рейки с подкосом (из железа). Рейка разделена на сантиметры. Для просвер­ливания скважин в ледяном покрове применяет­ся ледовый бур.

На морях работники гидрологических стан­ций изучают силу и строение морских волн. Эти данные необходимы при постройке кораб­лей, портов, для защиты береговых сооружений от разрушающих действий волн. Скорость и направление морских течений на различных глубинах измеряют с помощью вертушек. Глу­боководными термометрами на разных глуби­нах определяют температуру воды. Зная тем­пературу воды в глубине и на поверхности, можно определить, где проходят теплые и хо­лодные течения. Например, измеряя темпера­туру воды в Баренцевом море, гидрологи сле­дят за теплым течением Гольфстрим. Это дает возможность до навигации предсказать, как будут вести себя льды в Арктике на Северном морском пути. По температуре воды судят о том, где будут двигаться косяки рыбы. Ведь для ее переходов годится не всякая температура воды. Для измерения уровня моря и непрерывной записи его колебаний на берегу устанавливаются мареографы. Действие этого прибора основано на записи вертикальных перемеще­ний поплавка, всегда находящегося на поверх­ности воды. За уровнем моря следят для изу­чения его вековых колебаний, а также высоты приливов и отливов.

Все данные гидрологических наблюдений из разных концов страны поступают в Централь­ный институт прогнозов, где составляются гид­рологические прогнозы (морские, речные, озер­ные, болотные и т. д.), которые необходимы народному хозяйству. В воздушной оболочке Земли происходят многообразные процессы, которые иногда при­нимают форму грозных и величественных яв­лений. Разбушевавшаяся воздушная стихия может причинить бедствия, поэтому люди стараются защититься от них, используя науку и технику.

 

1 Синоптики — специалисты, изучающие погоду и составляющие ее прогнозы.

Print Friendly, PDF & Email