Вопросы о погоде - Павел Астапенко

Различные строительные и эксплуатационные нормы рассчитываются исходя из средних характеристик метеорологических условий и возможных отклонений от них, так называемых экстремальных значений, содержащихся в климатических справочниках. Культивирование наиболее пригодных сортов злаков, фруктов и овощей, разведение тех или иных пород домашних животных также невозможно без знания и учета климатологической информации, содержащейся в справочниках. Даже разработка туристских маршрутов или планов горных восхождений альпинистов требует подробных данных, имеющихся в климатических справочниках!

6.18. За сколько лет наблюдений берутся данные для климатических справочников?

В климатологии принято считать, что для осреднения достаточным является ряд наблюдений за 30 лет. Желательно, чтобы для всех пунктов, помещаемых в справочниках, это были данные за одни и те же годы. Но это практически недостижимо. В справочниках используются данные за все имеющиеся годы наблюдений, для отдельных пунктов ряды наблюдений составляют более 100 лет, для других – несколько десятков лет. Для строгих сопоставлений данных разных пунктов климатологи используют так называемые реперные периоды наблюдений за устанавливаемые на международных конференциях рекомендуемые годы. В 30-е годы пользовались наблюдениями с 1901 по 1930 год, сейчас – с 1931 по 1960 год. Если необходимо использовать данные пункта с меньшим рядом наблюдений, то его данные «приводятся» к стандартному ряду наблюдений особым образом, согласно разработанной климатологами методике.

6.19. Насколько устойчивы средние климатические данные?

Ученым удалось изучить изменчивость отдельных метеорологических величин (в частности, температуры) за длительный срок – от 1 года до 10 000 лет, используя для этого не только данные измерений, но и косвенные данные. Отчетливо выявились два вида изменчивости – короткопериодная, или межгодовая, с большой амплитудой отклонений от средних значений, и длиннопериодная – с относительно малой амплитудой отклонений. Климатические средние характеристики, оказалось, сами могут испытывать колебания на протяжении длительных отрезков времени. Установлены их колебания длительностью в десятки тысяч лет, характерные для ледниковых периодов, затем – межвековые колебания с периодами несколько веков и, наконец, внутривековые колебания с периодом несколько десятков лет. Примером последних можно считать потепление в Европе в первой половине XX века и сменившее его похолодание 60-х годов.

6.20. Существуют ли какие-либо средние климатические данные для всей атмосферы в целом и для полушарий Земли?

Помимо параметров стандартной атмосферы, рассмотренных в первой главе, ученые вычислили среднюю температуру всей массы атмосферы. Она оказалась равной -17,0°C (согласно международной стандартной атмосфере 1962 года температура всей массы атмосферы равна -20,7°C, что соответствует температуре воздуха на высоте примерно 5500 м).

Определено среднее влагосодержание земной атмосферы, равное 1,24 • 1019 г водяного пара, что эквивалентно слою осажденной воды 22 мм. Таким образом, в каждом килограмме атмосферного воздуха в среднем содержится 2,34 г водяного пара.

Годовое количество осадков на Земле оценивается в 5,26 • 1020 г, из которых 4,12 • 1020 г выпадает над океанами и 1,14 • 1020 г – над сушей. А выпадающие за год осадки эквивалентны слою воды 1036 мм. Отсюда следует, что водяной пар в атмосфере обновляется 47 раз в год, то есть каждые 7,8 дня (по данным некоторых исследователей -43 раза в год и каждые 8,5 дня). Испаряется с поверхности Земли столько же влаги, сколько ее выпадает с осадками, но на океаны приходится 4,53 • 1020 г испаряющейся воды за год, а на сушу – 0,73 • 1020 г. Годовой сток с суши равен 0,41 • 1020 г.

Северное полушарие Земли несколько теплее южного: в северном полушарии средняя температура на уровне метеорологической будки, то есть в 2 м от земной поверхности, равна в январе 9,0°C, в июле 22,4°C, а годовая 15,2°C, тогда как в южном полушарии она составляет в январе 16,4°C, в июле 11,4°C, а годовая 13,3°C.

6.21. Как велико количество облаков в целом над земным шаром?

Средняя облачность для Земли в целом оценивается в 5,5 балла, то есть поверхность земного шара немного больше чем наполовину закрыта облаками. Однако над континентами облачности немного меньше – в среднем 4,9 балла, а над океанами – 5,8 балла.

6.22. Насколько велика энергия, заключенная в атмосферных процессах?

Согласно Е. П. Борисенкову, внутренняя энергия всей атмосферы оценивается цифрой 8,6 • 1023 Дж, потенциальная – 3,6 • 1023 Дж, а кинетическая – на два порядка меньше: 1021 Дж, то есть составляет менее 1% потенциальной энергии. При этом кинетическая энергия атмосферы в южном полушарии почти в два раза больше, чем в северном. Это связано с тем, что контрасты температуры между Южным полюсом и экватором значительно резче, чем между Северным полюсом и экватором.

Первопричиной же развития атмосферных движений является превышение количества поглощаемой атмосферой солнечной радиации над количеством излучаемой ею радиации, то есть постоянное нарушение состояния лучистого, а с ним и механического равновесия. Для Земли же в целом в среднем за год поглощаемая солнечная радиация равна излучаемой радиации. Одна треть усваиваемого Землей солнечного тепла расходуется на испарение и только 1,6% – превращается в кинетическую энергию, расходуется на движение воздуха. Следовательно, система атмосфера – земная поверхность может рассматриваться как тепловая машина с очень небольшим коэффициентом полезного действия… Кинетическая энергия на единицу массы атмосферы равна 140 Дж/кг, чему соответствует средняя скорость атмосферных движений около 17 м/с. Типичное время генерации кинетической энергии атмосферы, а также ее вырождения под действием вязкости – примерно 5 • 105 с, то есть около одной недели. Это срок, равный средней продолжительности жизни циклона, или продолжительности так называемого естественного синоптического периода, на который считается возможным составлять краткосрочные прогнозы погоды при благоприятных условиях развития атмосферных процессов и достаточной полноте информации о них.

6.23. Каковы самые высокие температуры воздуха на разных континентах Земли?

На всех континентах Земли, за исключением Антарктиды, максимальное значение температуры воздуха может превышать 50°C. Так, в Азии, в Индии, зарегистрирована температура 53°C, такое же значение температуры отмечалось и в Австралии, в Бурке.

Рекордно высокие значения температуры воздуха, 58 и 57,8°C, отмечены в Мексике, в Сан-Луис-Потоси, 11 августа 1933 года и в Северной Африке, в Ливии, в Эль-Азизии, близ г. Триполи.

Близкая к этому температура отмечена в Северной Америке, в Калифорнии, в знаменитой Долине Смерти: 56,7°C.

В Антарктиде столбик ртути не поднимался выше 11,6°C; это значение зарегистрировано в декабре 1956 года на станции Оазис.

6.24. Где находится «полюс холода» и какова самая низкая температура, зарегистрированная там?

Станция Оймякон в Якутии сохраняет за собой право считаться «полюсом холода» нашей планеты: на ней в 1938 году зарегистрирована температура воздуха -77,8°C, и хотя на станции Восток в Антарктиде в июле 1982 года отмечена и значительно более низкая температура, -89,2°C, ее показания не могут быть засчитаны как рекордно низкие, так как станция Восток расположена на высоте 3488 м над уровнем моря. Для сопоставления результатов метеорологических наблюдений различных станций их необходимо приводить к уровню моря. В этом случае самая низкая температура воздуха оказывается в Оймяконе; результаты, зафиксированные на станции Восток, выше на 12°C. (Случай наблюдения температуры -77,8°C в Оймяконе упоминается в ряде источников, в том числе А. С. Мониным и Ю. А. Шишковым в 1979 году; в Советском энциклопедическом словаре 1980 года, указана минимальная температура в Оймяконе -70°C, но и в этом случае она на 4°C ниже, чем на станции Восток.)

6.25. Где на Земле самая высокая и самая низкая средняя годовая температура воздуха?

Самая высокая средняя годовая температура воздуха составляет 31°C в Лу, в Сомали, а самая низкая -55,6°C на станции Восток, в Антарктиде.

6.26. Какая температура воздуха наблюдается на географических полюсах Земли?

Относительно точно на этот вопрос можно ответить только для Южного полюса, на котором последнюю четверть века существует метеорологическая станция и ведутся систематические наблюдения. В районе Северного полюса наблюдения ведутся на научных станциях на дрейфующих льдинах, местоположение которых далеко не всегда совпадает с районом полюса, поэтому данные для Северного полюса следует рассматривать как приблизительные. В районе Северного полюса на уровне моря в зимнее время отмечались температуры -50°C, а летом 1-2°C. Средняя годовая температура на Южном полюсе, расположенном на высоте около 2700 м над уровнем моря, составляет -49,3°C; минимальная наблюдавшаяся там температура -80,0°C, максимальная -15,0°C.