Новичок мечтательно смотрит вверх: там исследователь покоряет вершины знания или прокладывает путь к этим вершинам... Он тоже может взойти туда. Но там нет легких дорог. Единственный путь - работа. Итак, в путь.
Под «исследователем» мы будем понимать того, кто внимательно изучил предмет книги и может целенаправленно использовать накопленные знания в своей работе. Тщательно и систематически прорабатывайте каждую главу, дабы создать основу для дальнейшего продвижения вперед.
Климат оказывает большое влияние на все сущее на Земле, на весь органический и неорганический мир нашей планеты, и уже одно это заставляет нас изучать его. Растительный и животный мир приспосабливается к климату, в котором обитает, и потому животные, обитающие, скажем, в пустыне, отличаются от животных морского побережья. Важность изучения облаков, в частности, связана с тем, что они несут дожди - необходимый фактор существования и постоянного обновления жизни.
Метеорология входит в систему естественных наук, и натуралисту необходимо знание ее основ. Он глубже постигнет смысл окружающего, если научится увязывать его с локальными погодными изменениями; ясное или пасмурное небо перестанет быть для него лишь признаком хорошей или плохой погоды, а станет книгой, каждая страница которой своеобразна и интересна.
Вообразим, что мы находимся в космическом пространстве и смотрим на земной шар с расстояния трех тысяч километров. Эта позиция представляет возможность раскрыть секреты погоды - увидеть воздушные потоки над поверхностью Земли, подметить особенности распределения осадков, солнечной радиации, влажности, атмосферного давления.
С нашего наблюдательного пункта будет видно, что Земля медленно вращается вокруг своей оси слева направо - если мы ориентированы в направлении юг - север, то есть стоим лицом к северу. Одна сторона земного шара будет освещена солнцем, другая - погружена во тьму. Солнце, источник жизни, света и энергии, наиболее интенсивно освещает область, куда его лучи падают.почти под прямым углом - экваториальную область; наименее же интенсивно освещены те области, куда солнечные лучи падают по касательной,- полярные области.
С этой отдаленной позиции мы сможем подметить ряд закономерностей, относящихся к температуре, атмосферному воздуху и влажности.
1. Солнце нагревает земную поверхность и атмосферу в течение дня. Это периодическое поступление тепла является единственным барьером между жизнью и великим холодом окружающего космического пространства.
2. Отвесные лучи (на экваторе) нагревают поверхность Земли сильнее, чем лучи, падающие под меньшим углом; поток тепла уменьшается в направлении к полюсам.
3. Ночью поверхность Земли охлаждается за счет радиации тепла в прилежащие воздушные слои; нагретый воздух поднимается и передает тепло вышележащим слоям атмосферы.
Охлаждение поверхности земли ночью. Волнистые линии - тепловое излучение земной поверхности. Обратите внимание на их постепенное выпрямление (усиление охлаждения) в направлении неосвещенной поверхности (ночь). Маленькие стрелки - холодный воздух, опускающийся для замены поднимающегося теплого воздуха
4. Водяной пар и туман замедляют распространение тепла. Более сухой слой воздуха пропускает большее количество тепла, наиболее быстрое охлаждение происходит ночью либо в тени. Любой человек, совершавший высокогорное восхождение в солнечный день, испытал на себе проявление этой закономерности, когда в сухом слое воздуха оказывалось либо очень жарко, либо очень холодно - в зависимости от того, находился ли он на солнце или попадал в тень. Этим объясняется также, почему в жарких пустынях ночью так резко понижается температура.
5. Вода нагревается и охлаждается медленнее, чем суша, и на эти процессы требуется большее количество тепла. Именно поэтому зимой материки охлаждаются раньше, чем омывающие их океаны, а летом океаны нагреваются позже, чем материки. В связи с этим приморские области по сравнению с континентальными имеют более ровный ход годовой температуры: море повышает температуру воздуха зимой и понижает летом. Зимой в одних и тех же широтах внутренние районы континентов засыпаны снегом, а приморские области имеют неустойчивый снежный покров.
6. Температура продолжает расти до тех пор, пока потери тепла не уравновесят его поступление. Наблюдая за ходом температуры, легко заметить, что с каждым днем максимальное поступление тепла все более запаздывает по отношению к полудню. В итоге наиболее теплыми месяцами (в северном полушарии) оказываются июль и август, а не шестой месяц года - июнь. Это явление называют температурным сдвигом.
7. Быстро опускаясь, воздушные массы нагреваются, а быстро поднимаясь - охлаждаются. При охлаждении восходящих потоков образуются белые пушистые кучевые облака - кумулюсы: это на высоте около тысячи метров конденсируется водяной пар. Теплый воздух, поднимаясь, охлаждается; при этом в нем конденсируется влага - он тяжелеет и оседает вниз; днем он прогревается и снова поднимается.
Как возникает ветер. Нагретый воздух (волнистые линии), поднимаясь, охлаждается. Холодные слои воздуха опускаются и замещают ушедшие массы теплого воздуха, что и создает ветер.
1. Холодный воздух обычно опускается, вытесняя теплый. Это происходит по той причине, что холодный воздух тяжелее теплого. Опускание потоков холодного воздуха к земной поверхности в обычных условиях приводит к возникновению ветра. Чем больше масса поднимающегося теплого воздуха, тем сильнее поток поступающего в эту область холодного воздуха.
2. Ветер всегда дует из области повышенного давления воздуха в область пониженного давления. Центры низкого давления обычно формируются за счет поднятия теплого воздуха, оставляя частичный вакуум, который заполняется холодным воздухом, устремляющимся туда из области повы-^ шенного давления. Давление - это, грубо говоря, вес атмосферного воздуха. На уровне моря на каждый квадратный сантиметр тела человека давит столб воздуха весом около 1,033 кг; этот вес уравновешивается давлением изнутри организма. При быстром подъеме в гору шум в ушах свидетельствует, что давление внутри организма человека выше, чем внешнее давление воздуха.
3. На направление ветра влияет сила вращения Земли (то есть центробежная сила). Ветер отклоняется вправо (по часовой стрелке) в северном полушарии и влево (против часовой стрелки) - в южном полушарии. Этим объясняется, почему в северном полушарии циклоны меняют направление с восточного на западное. Данному обстоятельству обязан и тот факт, что ветер в ураганах, тайфунах, торнадо имеет круговое направление: он не движется непосредственно по прямой из области высокого давления в область низкого давления, а имеет искривленную траекторию.
4. На ветры влияют топография земной поверхности и температура поверхности земли. Деревья, дома, складки рельефа и пр. увеличивают трение, оказывая сопротивление движению воздуха; на открытых местах, над равнинами, морем трение уменьшается.
1. Круговое поле ветра около области низкого давления (H) над равниной или открытой водой.
2. Изменение направления ветра к центру, обусловленное трением над деревьями, строениями, холмами и т. д.
Там, где трение невелико, возникает циркуляция воздуха вокруг ложбины низкого давления; в холмистой, лесной местности ветер отклоняется к центру ложбины.
Этим объясняется, скажем, влияние на климат в данной местности большого лесного пожара. Воздушные потоки обычно стекают по склонам, устремляясь в понижения и долины; направляются в области с более высокой температурой и избегают областей с пониженной температурой.
1. С повышением температуры воздуха на 10°С (или 18° по Фаренгейту) влажность уменьшается вдвое. Этим объясняется, почему в жаркий день менее вероятно выпадение осадков, чем в холодный, и почему при охлаждении насыщенного влагой воздуха избыток влаги выпадает в виде осадков.
2. Влага в атмосферу поступает со всех влажных районов земной поверхности, но главным образом - из океана. Во внутренних частях континентов основная доля влаги поступает в атмосферу, испаряясь от земли и от рек. С нашего наблюдательного пункта в космосе можно видеть, как при каждом восходе солнца атмосфера как бы всасывает водяные пары, но самые мощные облака поднимаются над морями.
3. Скорость испарения растет с повышением температуры и скорости ветра. Хорошо известно, что порывистый теплый и сухой воздух высушивает мокрую одежду за несколько минут, тогда как в туманный или облачный безветренный день на это уйдет не один час. На море можно видеть, что водяной пар поднимается быстрее в тех районах, где сильнее дует ветер над поверхностью воды.
4. Влага в атмосфере переносится ветром и восходящими потоками воздуха - это явление называется конвекцией. С нашего наблюдательного пункта легко видеть, что вся масса облаков над земным шаром пребывает в постоянном движении.
5. Атмосферная влага конденсируется, когда температура воздуха падает ниже точки «насыщения» - точки «росы». При этом из возникших облаков выпадают осадки в виде дождя. Водяной пар сам по себе обычно невидим. Даже при ясном голубом небе в атмосфере все равно есть влага, но она пребывает в ней в виде пара, пока температура не понизится до точки росы. Если воздух очень сухой, то эта температурная отметка - точка росы - низка. Однако в течение суток всегда наступает момент, когда температура подходит к этой отметке, как правило, это случается на рассвете. Поэтому роса (конденсированная влага) и появляется ранним утром. Роса выпадает даже в пустыне, являясь одним из источников снабжения влагой животного мира пустыни - млекопитающих, птиц и насекомых. Облака также состоят из конденсированной влаги, которая в виде мельчайших капелек уносится восходящими потоками воздуха; эти капельки сливаются друг с другом, увеличиваются в размерах и, если процесс конденсации влаги продолжается, выпадают в виде дождя. Капельки воды в' облаках, подобно крошечным зеркалам, отражают солнечный свет, и тогда в небе возникает ослепительное белое сияние; иногда его можно наблюдать с земли.
Понаблюдаем, например, за развитием дождя над западным побережьем Северной Америки. Со своего космического наблюдательного пункта мы увидим, как солнечные лучи падают на океан, прогревая воздух над ним. 
Благодаря этому в воздухе появляется больше влаги, чем было бы при более низкой температуре. Чем выше поднимается температура воздуха, тем больше усиливается испарение (превращение влаги в пар) с поверхности океана. Мы видим, как теплый, насыщенный влагой воздух поднимается вверх; его место заполняют холодные массы, и возникает ветер, еще больше усиливающий испарение. Ветер, дующий с моря, переносит влагу к побережью.
Там, где температура воздуха падает ниже точки насыщения, или точки росы, начинают образовываться облака. На пути ветра встречаются горы, и он взбирается вверх по склонам; чем выше поднимаются облака, тем больше они охлаждаются и тем интенсивнее идет процесс конденсации содержащейся в них влаги; из облаков начинает выпадать морось.
Если охлаждение влажного воздуха продолжается - либо при подъеме, либо при встрече с холодными воздушными массами,- из облаков начинает идти дождь и идет до тех пор, пока они не освободятся от излишка влаги.
Далее мы видим, что, как и следовало ожидать, над океанами больше облаков, чем над континентами. И чем дальше от побережья, по мере того как воздушные потоки преодолевают гряды гор, облачность уменьшается, влажность падает. Естественно, что далеко от побережья, за хребтами, отнимающими последнюю влагу у воздуха, прежде чем он достигнет этих мест, как правило, лежат пустыни. Наиболее же дождливые, влажные области расположены вдоль океанских побережий.
Поскольку дождь - второй по значению после солнца фактор, определяющий характер и условия существования живого мира, мы начинаем понимать, почему изучение климата столь важно для натуралиста. Здесь приведены лишь самые общие Сведения о закономерностях, определяющих погоду. Но постарайтесь применить их на деле, изучая характер климата и наблюдая за всеми изменениями погоды в той местности, где вы проживаете.
Облака представляют собой часть мира природы, постоянно меняющуюся на наших глазах. На небесной сцене они играют роль символов, заключающих в себе то мрачные, то благоприятные предзнаменования для растений, животных, людей. Опустошительная гроза, снежная буря, период сухой превосходной погоды - все провозглашается игрой облаков. И эта игра сама по себе столь величественна, исполнена такой красоты и драматизма, что приходится удивляться, почему в театре так немного зрителей. Скорее всего дело здесь в том, что многие не имеют элементарных познаний в данной области и один тип облаков говорит им столь же мало, как любой другой. Так же слепо большинство людей в отношении к насекомым. Для них все насекомые - просто какие-то там «жуки», в то время как для натуралиста мир насекомых бесконечен в своем разнообразии, красоте и увлекательности. Но, в отличие от изучения насекомых, изучение облаков - дело не столь уж сложное, как может показаться на первый взгляд. И когда вы разберетесь наконец в их типах, то сами удивитесь, почему не сделали этого раньше.
Для начала надо научиться различать три основных типа облаков - кумулюсы, циррусы и стратусы.
1. Кумулюсы (кучевые облака). Большие белые пушистые облака; их называют иногда «овечьей шерстью» или «цветной капустой»; это настоящие «небесные странники». Как уже говорилось, они формируются конвективными воздушными потоками, охлаждающимися до точки конденсации на высоте около 1 200 м. Когда эти облака плывут высоко в небе и имеют небольшие размеры, следует ожидать хорошей погоды; если же они обложили небо, опускаясь все ниже и все уплотняясь, ждите дождя.
2. Стратусы (слоистые облака). Весьма низкая, плотная, как полоса тумана, облачность на высоте не более 900 м. Из таких облаков дождь выпадает редко, хотя они и выглядят мрачновато. Часто их называют «высоким туманом».
3. Циррусы (перистые облака). Располагаются высоко, в среднем на высоте 9 000 м от земной поверхности. На такой высоте капельки воды в них замерзают, образуя частички льда. Когда циррусы появляются и уходят, то это предвещает хорошую погоду; если же они зависают, растут в размерах и превращаются в цирростратусы - ждите ухудшения погоды.
