Изучение животных
Изучение растений
Изучение климата
Студент - эколог
Анализ воздушных масс
Облака
Погодные признаки облачности
Как создать свою метеостанцию
Таблица символов
Сокращённые названия облаков
Приборы
Накопление знаний подобно росту дерева. Вначале это небольшое растение с несколькими веточками, но постепенно появляются все новые ветки и увеличивается толщина ствола; дерево все растет - и вот оно предстает перед вами во всем величии и красоте... Только что вы прошли курс начинающего натуралиста, и тонкий стебель знаний устремился к небу.
Увеличивайте объем познаний, изучайте ветви естественных наук. Возможно, окажется, что процесс обучения перестал быть таким легким и простым, каким был вначале, но если вы проникнетесь сознанием необходимости роста, то не позволите себе остановиться из-за возникших препятствий, а будете преодолевать их с настойчивостью и целеустремленностью исследователя.
От юга приходит буря, от севера - стужа. От дуновения Божьего происходит лед и поверхность воды сглаживается.
Так же влагою Он наполняет тучи и облака сыплют свет Его. И они направляются по намерениям Его, чтобы исполнить то, что Он повелит им на лике обитаемой земли.
Книга Иова, XXXVII
Мы обогнули северную оконечность Лусона, одного из Филиппинских островов, и наше грузовое судно «Золотая стена» встретило высокую зыбь Южно-Китайского моря, взяв курс на Гонконг. Я стоял на мостике, смешивая акварельные краски, когда мимо пробежал радист, держа в руке желтый листок. «У вас ничего не получится,- заметил он, усмехнувшись.- Приближается тайфун!» Ни я, ни мои спутники никогда не встречались с тайфуном, этим ужасным ураганом восточных морей, и с любопытством предвкушали приключение. Капитаном судна был спокойный норвежец, но настроение его отличалось от нашего. Он был встревожен.
Я вошел в штурманскую рубку и увидел капитана, склонившегося над картой. «Подойдите сюда,- сказал он приветливо,- я покажу вам, что происходит.» И он показал на северную оконечность Лусона.
«По рации сообщили,- продолжал капитан,- что только что здесь пронесся тайфун. Погибло много местных жителей. Сейчас он движется за нами со скоростью 12-13 узлов. Это на несколько узлов больше нашего хода. Обычно корабли отклоняются к северу, чтобы не пересекать траектории тайфуна, но иногда можно рискнуть пойти к Гонконгу кратчайшим путем. Это экономит так много времени, что капитаны идут на риск. Раньше суда ходили по этим морям, не зная, где и когда на них обрушится тайфун, но сегодня благодаря надежным прогнозам и радиосвязи у нас есть возможность справиться со штормом либо избежать его.»
- А чем вызывается тайфун?- полюбопытствовал я.
- Основная причина,- ответил капитан,- высокая температура. В некоторых областях океана воздух прогревается настолько, что поднимается быстрее, чем холодный воздух успевает заместить его. В область пониженного давления устремляется воздух с периферии, закручиваясь вокруг центра этой области под действием отклоняющей силы вращения Земли. Вся система вращения медленно перемещается над океаном, а скорость ветра в ней достигает многих десятков метров в секунду, вызывая жесточайший шторм. Тайфуны обычно отклоняются в направлении к Северному полюсу - под действием отклоняющей силы вращения Земли.
- Но почему ветры имеют вращательный, круговой характер относительно центра тайфуна?
- Опять-таки из-за отклоняющей силы вращения Земли. В северном полушарии она отклоняет воздух, устремляющийся к центру низкого давления, вправо, а в южном - влево. Таким образом, к северу от экватора воздух закручивается вокруг центра низкого давления против часовой стрелки, а к югу от экватора - по часовой.
Капитан выглянул из рубки и посмотрел на небо. Оно было почти все затянуто серыми облаками, и верхние облака напоминали лошадиную гриву.
- Ветер северный,- сказал капитан.
- А я думал, что шторм надвигается с юга.
- Так оно и есть. Посмотрите,- он указал на вычерченные им круговые линии на карте Южно-Китайского моря.- Центр тайфуна сейчас к юго-востоку от нас. Поскольку в тайфуне вращение воздуха идет против часовой стрелки относительно центра, а мы находимся на северо-западе от него, то ветер направлен к югу. Он продолжает вращение, приближаясь к центру, но непосредственно в центральной области царит полное безветрие.
Проснувшись утром, я услышал, как стонет железный корабль. Качка была такая, что я почти сваливался с койки; накренившись, корабль на какое-то мгновение замирал, будто чья-то гигантская рука, державшая судно на ладони, не решалась отдать его во власть моря. Ветер уже не завывал среди верхушек мачт, а ревел яростно, как бык, доведенный до бешенства. На палубе нитевидные, тугие струи воды, как бичи в руках ветра, секли по лицу, и в полутьме, как какие-то чудовища, тяжело передвигались силуэты матросов. Воздух потерял свое обычное свойство: он не был больше чем-то таким, сквозь что легко двигаться,- сейчас это была стена, тяжело навалившаяся стена, сквозь которую надо было прорываться, отвоевывая у пространства каждый сантиметр. Никогда раньше я не сознавал, что же действительно представляет собой окружающий воздух,- теперь я это знал! Огромные волны, покрытые пеной, как движущиеся горы со снежными шапками, шли с востока бесконечно, вал за валом, вздымая судно, швыряя его в бездну и перекатываясь через палубу, накрывая матросов, цепляющихся за страховочные лини.
Я не буду рассказывать, как мы выдержали этот шторм и избежали гибели. Но если вы когда-либо сами испытали роковую мощь «от юга приходящей бури», то поймете, каково приходится людям в бушующем океане с тех пор, как первые мореходы вступили с ним в борьбу, продолжающуюся и сегодня.
На заре цивилизации люди думали, что шторм разыгрывается по воле богов, и небольшие корабли выходили в море, робкие, как котята, пробирающиеся среди свирепых псов. Познания о погоде сводились к поговоркам вроде: «красное небо с вечера - пастуху бояться нечего; если утром - то тогда пастуху грозит беда», или: «солнце бледное садится - утром дождик зарядится».
Древние греки первыми начали относиться к погоде как к явлению, выходящему за рамки религиозных суеверий. Величайший греческий философ-естествоиспытатель Аристотель собрал все известные к этому времени сведения о погоде фольклорного и научного характера и обобщил их в сочинении, которое назвал «Метеорологика». Название закрепилось, и в течение 1 700 лет этот труд оставался основным источником знаний по данному предмету.
Великие географические открытия XV и XVI веков способствовали более глубокому пониманию важности погодных явлений, но научный подход к их изучению в то время еще отсутствовал. Единственным исключением явился «Трактат о пассатных ветрах» Вильяма Дампира (1652- 1715), знаменитого английского пирата. Его острый взгляд, схватывавший все, что происходит у берегов Америки, подметил много интересных особенностей пассатов и ураганов в Атлантике и Карибском море.
Чтобы выявить общие климатические закономерности нашей планеты, потребовался гений Александра фон Гумбольдта (1769-1859)-одного из величайших исследователей-натуралистов. После пятилетнего изучения Южной и Центральной Америки, районов Карибского моря и Мексиканского залива он возвратился в Европу и выпустил в свет результаты своих наблюдений и размышлений в четырех обширных томах, назвав это сочинение «Космос». Гумбольдту принадлежит первая карта земной поверхности с нанесенными на ней линиями равных среднегодовых температур - изотермами,- которые он определял путем сравнения различных климатических зон. Он занимался вопросом происхождения Гольфстрима, отметив его влияние на смягчение климата Европы, и был первым, кто указал на зоны вулканической активности, опоясывающие Тихий океан. Можно добавить, что среди прочего Гумбольдт занимался также вопросами зарождения тропических ураганов и распределения животных и растений по климатическим зонам.
В 1643 году Эванджелиста Торричелли (1608-1647) изобрел барометр и простейший вид термометра - первые метеорологические приборы, позволявшие проводить количественные измерения.
Однако «диагностика» и прогноз погоды еще долгое время оставались делом частной инициативы. И, несмотря на важность метеорологии для мореплавания и сельского хозяйства, организованный научный подход к ее изучению отсутствовал. Первое Метеорологическое общество было основано в Лондоне в 1823 году знаменитым литератором и историком Томасом Карлейлем (1795-1881). Оно предназначалось скорее для моряков, нежели для фермеров, поскольку атмосферные явления на море поддавались изучению легче, чем на суше. В 1872 году возникла международная метеорологическая организация, в которую вошел ряд стран, и началось проведение ежедневных погодных наблюдений в международном масштабе. Растущий поток информации, собираемой наземными станциями, а также кораблями, и ее обработка постепенно содействовали становлению научной метеорологии, однако прогнозы погоды на день-два слишком часто оказывались ошибочными. До середины XX века метеорология оставалась преимущественно описательной и экспериментальной наукой, более удачно объяснявшей погоду вчерашнюю, чем предсказывавшей погоду завтрашнюю.
Со второй половины нашего века методы прогноза погоды претерпели коренные изменения, связанные с развитием гидродинамики, вычислительной математики и техники. Наряду с этим получила развитие и климатология, фундаментальные законы которой обсуждались выше, в главе 8.
Одним из выдающихся достижений теоретической метеорологии была теория анализа воздушных масс, разработанная норвежским ученым Вильгельмом Бьеркнесом (1862-1951). Эта теория значительно упростила проблемы, связанные с изучением погоды.
Опыт свидетельствует, что ото дня ко дню погода в целом меняется мало, сохраняет инерционность. Допустим, она ясная, холодная и сухая. Дым из трубы поднимается вертикально. Облачность почти отсутствует. Кажется, что такая погода чуть ли не имеет свой собственный запах. В Иллинойсе, например, наступление таких дней связано с поступлением масс холодного сухого воздуха из Канады. Эти воздушные массы называют там канадскими полярными. Но однажды с приближением лета погода внезапно меняется. Небо затягивается, и на следующий день начинается обложной дождь. После прекращения дождя становится тепло и сыро. Это значит, что на смену канадским полярным воздушным массам пришел тропический воздух.
В атмосфере над североамериканским континентом происходит постоянное противоборство между тропическими и полярными воздушными массами. Холодный и тяжелый воздух с севера сталкивается с прогретыми и более легкими воздушными массами, поступающими с юга. Зимой выигрывает схватку полярный воздух и, отвоевывая пространство, оттесняет тропические массы к югу. Летом картина обратная - теплый, насыщенный влагой воздух берет реванш. Распространение полярных масс к югу называют «наступлением холодного фронта». Такое вытеснение теплого воздуха не имеет выраженных предвестников. Оно начинается внезапно в виде холодного северо-западного ветра. Распространение тропических масс к северу называют «наступлением теплого фронта». Его появление можно предугадать заранее: легкие перистые облака - циррусы постепенно уплотняются, появляется тонкий слой перисто-кучевых облаков с ореолом вокруг луны или солнца, а затем образуются низкие темные дождевые облака.
Погода, таким образом, имеет два резко отличных состояния, определяемые: 1 - локальными воздушными массами, когда устанавливается определенный характер погоды; 2 - приходом воздушного фронта с внезапным резким изменением погодных условий, выражающимся обычно сильными ветрами или дождем либо тем и другим вместе. Таким образом, шторм - это битва, разыгрывающаяся в атмосфере между разнохарактерными воздушными массами.
Рассмотрим типы воздушных масс над Американским континентом. Знакомство с ними поможет вам заранее предвидеть погоду и лучше понять ее влияние на животный и растительный мир.
1. Полярные канадские воздушные массы. Обычно холодный и сухой воздух, который может, однако, столкнувшись с влажным воздухом над Великими озерами, вызывать снегопады, дожди и штормы в районах, лежащих к югу от Великих озер.
2. Тропические атлантические массы. Летом их приход в восточные районы сопровождается теплой, влажной погодой.
3. Полярные тихоокеанские массы. Холодный влажный воздух с северо-запада, несущий дожди. Является причиной туманов на побережье в Калифорнии. Переваливая через Скалистые горы, воздушные массы уплотняются, прогреваются, становятся суше и образуют теплые континентальные ветры, известные под названием чинук.
4. Тропические тихоокеанские массы. Их приходу обязаны солнечные дни в Калифорнии, когда воздух напоен ароматом цветов. Этот воздух более сухой, чем атлантические воздушные массы.
5. Полярные атлантические массы. Холодный штормовой ветер, приносящий снегопады и дожди.
6. Тропические континентальные массы. Приходят из жарких внутренних районов Мексики, вызывая засуху. Под их непосредственным воздействием образовались пустыни на юго-западе Соединенных Штатов.
7. Сухие галапагосские массы. Приходят с Галапагосских островов, неся жестокую засуху.
Существует разработанная теория воздушных масс, которой мы не будем касаться здесь,- с ней можно познакомиться по метеорологическим пособиям. Натуралист, занявшийся изучением этих вопросов, станет лучше понимать климатические закономерности, причины изменчивости погоды и, в конечном счете, ее влияние на жизнь.
Облака - герольды погоды. Поскольку погодные изменения оказывают глубокое воздействие на природу, натуралист должен хорошо разбираться в облачности. Ознакомление с типами облаков доставляет удовольствие, кроме того, это самый простой вопрос из всего того, с чем сталкивается натуралист, заинтересовавшийся вопросами метеорологии.
Ниже приводятся виды облаков и их описание.
A. Высокая облачность (около 9 000 м над уровнем моря).
1. Перистые облака (циррусы).
2. Тонкие слоистые облака (цирростратусы).
14. Последовательные облачные ленты или волнистые облака типа перистых либо перисто-кучевых с просветами голубого неба (волнистые облака).1. Перисто-слоистые облака обычно предвещают дождь. Ореол вокруг солнца или луны указывает на их присутствие высоко в небе.
2. Перистые облака обычно сопутствуют хорошей погоде, пока они не начинают густеть, что указывает на изменение погоды, предвещая осадки.
3. Разорванная кучевая облачность указывает на продолжение хорошей погоды.
4. Обратим внимание на белые облака, громоздящиеся на далеком горизонте в летний день. Их приближение, рост и потемнение предвещают грозу.
5. Слоистые облака (или туман) обычно еще не указывают на приближение дождя, пока не начинается их сгущение.
6. Появление просветов голубого неба между нимбостратусами обычнопредвещает окончание шторма.
Метеостанции дают возможность метеорологам получать представление о погоде на земле на длительный период времени. В значительной степени благодаря этому изучение погоды и климата превратилось в самостоятельную науку. Но и сегодня любители-метеорологи, способные вести наблюдения за погодой изо дня в день, могут принести определенную пользу. Информация, собранная ими в разных районах, помогает получить более общую картину погоды.
Натуралисту, интересующемуся животными или растениями, может пока заться, что совсем не обязательно иметь свою метеостанцию. Однако это неверно. Погода оказывает огромное влияние на жизнь животных и растений.
Многие привычки и поведение животных и растений зависят от состояния погоды в районе их обитания. Кактус накапливает влагу в листьях в течение короткого сезона дождей в пустыне, чтобы этот запас позволил ему пережить длительный период засухи. Появление росы на рассвете поддерживает жизнь животных в засушливые периоды. Дождливая погода приводит ядовитые и слизневые грибы в состояние наибольшей активности, а также способствует выходу на поверхность лягушек, ящериц и червей, таким образом, наличие метеостанции очень поможет пытливому натуралисту в его наблюдениях.
Создание собственной метеостанции не только полезно, но и увлекательно. Даже если вы не в состоянии купить специальные приборы, такую станцию можно соорудить самому. Дождемер, термометр, указатель ветра и немного бумаги-миллиметровки достать нетрудно, а если вы к тому же начнете вести аккуратные ежедневные наблюдения, которые не менее аккуратно будете записывать в тетрадь, то любительскую, станцию можно считать задействованной. Ниже мы укажем, что необходимо для станции, но главное - не бойтесь заняться этим делом.
Национальная служба погоды Соединенных Штатов одинаково отвечает на запросы погодных станций - как любительских, так и официальных, выдавая ежедневную карту погоды. Карта дает информацию о погоде для области протяженностью около 1600 км (1000 миль).
Натуралист должен научиться читать такие карты. Прежде всего обратите внимание на два типа непрерывных линий на карте - изобары и изотермы.
Изобары - это линии, соединяющие точки с одинаковым давлением. Цифры на изобарах (1020, 1023, 1026 и т. д) соответствуют значениям давления воздуха в миллибарах. Для практики необходимо знать, что расположение изобар показывает границу между областями высокого атмосферного давления, где погода обычно хорошая, и областями низкого давления, где погода типа штормодой. Давление, равное 1020 миллибар (на уровне моря), уже классифицируется как низкое. Так, значение 990 миллибар или ниже указывает на шторм, а чрезвычайно низкое давление - около 950 миллибар или ниже - на ураган или тайфун.
Изотермы - это линии, соединяющие точки с одинаковой температурой (на карте они показаны пунктиром и штрихпунктиром). Две из них, возле которых стоит слово «нуль»(точка замерзания), показывают, что температура в области, расположенной вдоль этой линии, равна 320 Фаренгейта (00 Цельсия) на то время, которое указано на карте.
На этой же карте приводится сила ветра по шкале Бофорта, стрелочки указывают направление и силу ветра. Каждая зазубрина на стрелке соответствует принятой единице силы ветра; таким образом, стрелка с четырьмя зазубринами указывает на четырехбалльный ветер, или соответственно на скорость ветра от 13 до 18 миль в час. Ниже приведена шкала Бофорта, дающая натуралисту возможность определять скорость ветра на своей станции ежедневно. Адмирал Фрэнсис Бофорт (1774-1857) предложил эту шкалу в середине XIX столетия; ею пользуются ив настоящее время.
Штормовой ветер обозначен на карте стрелкой с одиннадцатью зазубринами. Такие стрелки, к счастью, появляются на карте редко.
Обратите внимание на следующее: ветер на карте всегда направлен вдоль изобар, причем зона низкого давления располагается слева от направления ветра, поскольку согласно закону Бейса-Балло ветер, в центре циклона движется против часовой стрелки.
| Баллы Бофорта | Метры в секунду | Характеристика ветра | Действие ветра |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 - 0,5 | Штиль | Полное отсутствие ветра. Дым из труб поднимается отвесно. |
| 1 | 0,6 - 1,7 | Тихий | Дым из труб поднимается не совсем отвесно. |
| 2 | 1,8 - 3,3 | Лёгкий | Движение воздуха ошущается лицом. Шелестят листья. |
| 3 | 3,4 - 5,2 | Слабый | Колеблются листья и мелкие сучья. Развеваются лёгкие флаги. |
| 4 | 5,3 - 7,4 | Умеренный | Колеблются тонкие ветки деревьев. Ветер поднимает пыль и клочки бумаги. |
| 5 | 7,5 - 9,8 | Свежий | Колеблются большие ветки. На воде появляются волны. |
| 6 | 9,9 - 12,4 | Сильный | Колеблются большие ветки. Гудят телефонные провода. |
| 7 | 12,5 - 15,2 | Крепкий | Качаются небольшие стволы деревьев. На море поднимаются пенящиеся волны. |
| 8 | 15,3 - 18,2 | Очень крепкий | Ломаются ветки деревьев. Трудно идти против ветра. |
| 9 | 18,3 - 21,5 | Шторм | Небольшие разрушения. Срываются домовые трубы и черепица. |
| 10 | 21,6 - 25,1 | Сильный шторм | Значительные разрушения. Деревья вырываются с корнем. |
| 11 | 25,2 - 29,0 | Жестокий шторм | Большие разрушения. |
| 12 | Более 29 | Ураган | Производит опустошительные действия. |
Аврора - рассвет, обычно ясный.
Стеклянный мороз предполагает оледенение (гололед).
Седой мороз - мороз с инеем, белый, пушистый, без льда.
Короны (кольца), как лунная, так и солнечная,- кольца света, отличающиеся от ореола тем, что касаются диска солнца или луны по всей окружности, в то время как ореол представляет собой светящийся обод, отстоящий от диска светила, как, например, кольца Сатурна.
Изморозь - легкий морозец.
Зодиакальный свет - другое название таинственных северных сияний, появляющихся на небе в полярную ночь на дальнем Севере.
1. Высокая облачность: Ci - циррус, Cs - цирростратус, Сc- циррокумулюс.
2. Средняя облачность: Ас - альтокумулюс; As - альтостратус; Ac cast - альтокумулюс кастелланус.
3. Низкая облачность: Sc - стратокумулюс; Мс - мамматокумулюс; Сu - кумулюс; Сu fr.- кумулюс фрактус; Сb - кумулонимбус; St - стратус; St fr.- стратус фрактус.
Употребляйте эти сокращения в своих записях погоды.
1. Барометр. Один из важнейших приборов, предсказывающих погоду. На рисунках представлены два типа барометров: морской и наземный. оба они основаны на одном принципе регистрации атмосферного давления, но барометр-высотомер дополнен второй шкалой и стрелкой, показывающей высоту над уровнем моря. При помощи барометра можно сделать много интересных наблюдений и проследить влияние смены давления на жизнь животных и растений. На метеостанции атмосферное давление измеряется регулярно. Однако любители могут вместо трёх-четырёх раз в день ограничиться двумя наблюдениями с интервалом в 12 часов. Барометр нужно держать в помещении, где температура остаётся постоянной, в противном случае его показания становятся неточными.
2. Термометр. Термометр следует повесить в таком месте, где бы он был защищён от ветра и солнца, иначе он будет показывать температуру неправильно. Чтобы получить среднюю температуру суток, необходимо снимать показания самой высокой и самой низкой температуры. Именно эти крайние значения и оказываются самыми важными в жизни животных и растений. Отмечайте температуру трижды в день: рано утром, в 3 часа пополудни и в 9 часов вечера.
Большинство метеостанций имеют по два термометра для записи крайних температур. Один фиксирует самую высокую температуру дня - максимальный термометр, другой - самую низкую температуру дня - минимальный термометр. Ими надо пользоваться ежедневно. На более совершенных метеостанциях применяют самописцы температуры.
3. Сухой и смоченный термометры. С помощью этого прибора определяют влажность воздуха перед рассветом. Ртутный шарик смочен-ного термометра накрыт кусочком мокрой ткани, концы которой опущены в сосуд с водой. В результате испарения влаги с мокрой ткани шарик охлаждается, особенно в жаркую погоду, когда испарение сильнее. Зная разницу показаний между сухим и смоченным термометрами, с помощью таблицы можно вычислить влажность воздуха (она измеряется в процентах). Эти термометры вывешиваются за дверьми на воздухе в защитных кожухах. Животные и растения очень сильно реагируют на изменения влажности воздуха, поэтому ежедневные комплексные наблюдения зачастую приносят интересные результаты.
4. Гигрометр, или индикатор влажности. Используется для тех же целей, что сухой и смоченный термометры. Его устройство основано на свойстве человеческого волоса изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха. Показания его не столь точны.
5. Дождемер. Этот прибор необходимо иметь на своей метеоплощадке. Его очень легко сделать самому. На рисунке показан дождемер, сделанный из двух жестяных банок, воронки и мерного сосуда. Мерный сосуд должен быть такого же объема, как дождеприемник. Дождемер размещают на открытом месте, защищенном от ветра. Замеряйте уровень воды каждый день в один и тот же час, записывая показания в тетрадь.
6. Указатель ветра. Последний из необходимых для вас приборов. Для этой цели может служить простейший флюгер - кусочек легкой материи, прикрепленный к шесту с указателями стран света.
Оформляйте ежедневные наблюдения за погодой и за поведением животных и растений в форме недельных графиков. Сравнительный анализ погоды превратится у вас в привычку, тогда ваши выводы станут более глубокими и интересными.