Древний Рим: Республика

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Древний Рим: Республика » Наука Древнего Рима » История развития метеорологии как науки.


История развития метеорологии как науки.

Сообщений 1 страница 3 из 3

1

I. Введение

На всем протяжении истории человечества развитие науки было одним из элементов этой истории. Уже с той далекой и темной для нас эпохи, когда первые зачатки человеческого познания воплотились в древнейших мифах и в обрядах первобытных религий, мы можем проследить, как вместе с общественными формациями, в тесной связи с ними. Развивались и естественные науки. Они зарождались из повседневной практики земледельцев и пастухов, из опыта ремесленников и мореплавателей. Первыми носителями науки были жрецы, предводители племен и знахари. Лишь античная эпоха увидела людей, имена которых прославили именно занятие наукой и обширность их познаний - имена больших ученых.

II. История развития метеорологии как науки.
II.I. Истоки науки.

Ученые античного мира создали дошедшие до нас первые научные трактаты, подведшие итоги знаниям, накопленным предыдущими веками. Аристотель, Эвклид, Страбон, Плиний, Птоломей оставили нам столь важные и глубокие исследования, что последующая эпоха смогла прибавить к ним довольно мало, вплоть до эпохи Ренессанса, в период которого начался вновь стремительный подъем науки. Такой ступенчатый подъем, то замедляющийся, то ускоряющийся, привел естественные науки постепенно к их современному развитию, к их теперешнему положению в обществе.
Еще на заре своего существования человек пытался разобраться в окружающих явлениях природы, которые часто были ему непонятны и враждебны. Жалкие хижины плохо защищали его от непогоды, посевы его страдали от засухи или от слишком сильных дождей. Жрецы первобытных религий учили его обожествлять стихии, с натиском которых человек был бессилен бороться. Первыми богами всех народов были боги солнца и луны, грома и молнии, ветров и морей.
Озирис у египтян, бог солнца Ойтосур у скифов, Посейдон у греков, громовержец Индра в Индии, подземный кузнец Вулкан у древних римлян являлись олицетворением сил природы, едва лишь познанных человеком. Древние славяне чтили Перуна, творца молнии. Действия и поступки этих богов, как внушали человеку жрецы, зависели только от их капризной воли, и ему было очень трудно защищаться от гнева неблагосклонных божеств.
В эпической и философской литературе древности, донесшей до нашего времени некоторые идеи и понятия давно прошедших веков, нередко встречаются сведения о погоде, о разных атмосферных явлениях и пр., характеризующие их авторов как внимательных наблюдателей. Вот несколько примеров , относящихся к разным странам и культурам.
О круговороте ветров, настигшем Одиссея у земли феакийцев, повествует Гомер в «Одиссее»:
«По морю так беззащитное судно повсюду носили
ветры, то быстро Борею его перебрасывал Нот, то шумящий
Эвр, им играя, его предавал произволу Зефира…»,
т.е. северные и западные ветры следовали за восточными и южными.
О радуге, нижняя часть которой кажется погруженной в море, повествует «Илиада»:

«…ветроногая с вестью помчалась Ирида

на расстоянии, равном меж Имбром крутым и Самосом,

прыгнула в темное море…».

В «Книге пути и добродетели» (около VI в. до н.э.), которую ранее приписывали китайскому философу Лао Цзы, мы читаем: «Крепкий ветер длится в течение всего утра, сильный дождь не продолжается весь день».

Индийская героическая поэма «Махабхарата» в ярких красках описывает вторжение летнего муссона в Индию: «…и когда Кадру так восславила великого владыку, разъезжавшего на светло-желтых конях (Индру, бога грозы и грома), тот покрыл тогда все небо громадами синих облаков. И те облака, сверкающие молниями, непрерывно и сильно грохоча, как бы браня друг друга, стали проливать воду в большом изобилии. И следствии того, что чудесные облака постоянно изливали неизмеримые массы воды и страшно грохотали, небо словно разверзлось. От множества волн, от потоков воды небесный свод, оглашаемый раскатами грома, превратился точно в пляшущий эфир… И земля кругом наполнилась водой».

Немного дальше там повествуется о пыльных бурях индии: «Гаруда (легендарный царь пернатых) …расправил свои крылья и взлетел на небеса. Могучий, он прилетел к нишадам… Собираясь уничтожить тех нишадов, он тогда поднял огромную тучу пыли, которая достигла до небес».

Коран в суре ХХХ утверждает: «…бог посылает ветры, и они гонят тучу: он расширяет ее по небу, сколько хочет, вьет ее в клубы, и ты видишь, как льется дождь из лона ее…».

Первые письменные памятники, дошедшие до нас, относились к временам, когда явления природы трактовались как знаки божественной воли. Жрецы древних религий были иногда первыми учеными далекой древности. Благодаря им религия крепко держала в подчинении первые проблески научной мысли. Она заставляла считать, чо божество - неограниченный властелин не только над человеком, но и над свей окружающей природой.

Мысль о том, что мир управлялся божественным произволом, исключая науку в подлинном смысле слова, так же как и всякую попытку найти и формулировать какие-либо законы природы. Когда греческая античная наука еще только зарождалась, Пифагору (род.570 г. до н.э.) уже пришлось ограничить власть божества, сказав, что «Бог всегда поступает по правилам геометрии».

В области метеорологии первая закономерность, которая была известна, конечно, с незапамятных времен, был годовой цикл погоды. Сказания древних славян не раз упоминали о постоянной борьбе доброго и злого начала, лета и зимы, света и тьмы, Белобога с Чернобогом. Этот мотив нередко встречается и в преданиях других народов. «Работы и дни» Гесиода (VIII в. до н.э.) повествует, как вся жизнь греческого землевладельца связана с движением солнца и светил:

«Лишь на востоке начнут восходить Атлантиды-Плеяды,

Жать поспешай, а начнут заходить - за посев принимайся».

«Месяц очень плохой Ленеон, для скотины тяжелый.

Бойся его и жестоких морозов, которые почву

Твердою кроют корой под дыханием ветра Борея…»

«Вот пятьдесят уже дней наступает после солноворота (летнего),

И наступает конец многотрудному, знойному лету,

Самое здесь-то и время для плавания: ни корабля ты

Не разобьешь, ни людей не поглотит пучина морская…

Море тогда безопасно, а воздух прозрачен и ясен…

Но воротиться обратно старайся как можно скорее,

Не дожидайся вина молодого и ветров осенних

И наступленья зимы и дыханья ужасного Нота.

Яро вздымает он волны…».

Упоминание о годовом цикле погоды сыграло особую роль в создании первых метеорологических записей древности.

Уже со времен астронома Метона (около 433 г. до н.э.) в греческих городах выставлялись в общественных местах календари с записями о явлениях погоды, сделанных в предыдущие годы. Эти календари назывались парапегмами. Некоторые из этих парапегм дошли до нас, например в трудах известного александрийского астронома Клавдия Птоломея (род. Примерно в 150 г. до н.э.), римского землевладельца Колумеллы и других писателей древности. В них мы находим большей частью данные о ветрах, осадках, холодах и о некоторых фенологических явлениях. Так, например, в александрийской парапегме много раз отмечено появление южных и западных ветров (что не согласуется с фактом преобладания там северных ветров в наше время). Сильные ветры (бури) наблюдались в Александрии преимущественно в зимнее время, как и теперь. Записи о дождях (примерно 30 случаев в год) и грозах встречаются во все месяцы, что очевидно, не характерно для Александрии с ее безоблачным, сухим летом. Сравнительно частые указания на туман летом подтверждает еще раз, что в парапегмах были отмечены главным образом выдающиеся, исключительные события. В них нельзя видеть ни систематический дневник погоде, ни климатологическую сводку в современном понятии.

Китайская классическая литература содержит некоторые фонологические сведения, которые дают представление о погоде прошлых веков. Так, в «Книге обычаев» Ли Ки имеется целая глава о сельскохозяйственном календаре, восходящая примерно к III в до н.э. В книге Чоу Кунга, написанной по-видимому, незадолго до нашей эры, указано, что цветение персика происходило тогда 5/III по нашему календарю (ныне, например в Шанхае, в среднем 25/III), прилет домашней ласточки наблюдался 21/ІІІ (ныне в Нинг-По в середине марта), а ее отлет21/ІХ. Помня, что в наше время ласточка в Шанхае остается лишь до августа, мы видим, что эти записи указывают на более теплый климатический период. В китайских летописях мы находим также довольно многочисленные сведения о морозах, снегопадах, наводнениях и засухах. Последние были особенно часты в IV и VI-VII вв. н.э. Средняя дата позднейшего за каждые 10 лет снегопада в эпоху южной династии Сунь (1131 - 1260 гг.) была 1/IV - приблизительно на 16 дней позднее, чем, например, в десятилетие 1905 - 1914 гг. Первые опыты прогноза погоды по местным признакам были начаты весьма давно. В китайской «Книге песен» (Шицзин), относящейся к периоду Чжоу (1122 - 247 гг. до н.э.), приводится примета: «если во время восхода солнца на западе видна радуга, то это значит, что вскоре будет дождь». Довольно много подобных признаков мы находим у греческого естествоиспытателя Теофраста из Эреза (380 - 287 гг. до н.э.), ученика Аристотеля. Теофраст писал, что «…знаки дождя, ветра, бурной и ясной погоды мы описали так, как нам удалось их постичь. Часть их мы наблюдали сами, часть - узнали у других достойных доверия людей». Так, например, надежным признаком дождя, по Теофрасту, является пурпурно-золотистая окраска облаков перед солнечным восходом. Такое же значение имеет темно-красный цвет неба при заходящем солнце, появление полос тумана на горах и т.д. Многие приводимые им приметы основаны на поведении птиц, животных и пр.

В классической стране правильной смены сезонов - Индии - наблюдение за большими и длительными аномалиями погоды уже давно было использовано для предсказания ее. Мы не знаем точно, к каким векам восходят первые попытки предсказать хороший или плохой летний муссон - основу благосостояния или неурожая в Индии, но они, очевидно, были сделаны очень давно.

Многочисленные записи о погоде и климате мы находим в книге «История Армении» Мовсеса Хоренаци (V в. н. э.). Этот историк повествует о легендарном витязе Гайке (олицетворяющем, очевидно, Армению), который «поселился среди морозов». Он «не захотел смягчить холод оцепенелого своего гордого нрава» и, подчинившись вавилонским царям, жить в их теплой стране. В легенде о Семирамиде, покорившей Армению, говорится, что она решила построить на берегах оз. Ван «…город и дворец в этой стране, где такой умеренный климат…и проводить четвертую часть года - летнее время - в Армении».

В описываемых Хоренаци исторических эпизодах упоминается о влажности воздуха и частых туманах Аджарии, о снегопадах, сильных ветрах и метелях Армянского нагорья и пр. В конце книги при перечислении причин упадка страны к ним автор относит неблагоприятный климат - «…ветры, приносящие летом суховей и болезни, облака, мечущие молнии и град, дожди, несвоевременные и беспощадные, погода суровая, порождающая иней…».

Индийский астроном Вараха-Михира (V в. н. э.) в соей книге «Большое собрание» систематизировал признаки, по которым можно было задолго предсказать обилие ожидаемых муссонных дождей, сгруппировав эти признаки по индусским лунным месяцам. Предвестниками хорошего сезона дождей, согласно Вараха-Михира, являлись: в октябре - ноябре (его деление года на месяцы не совпадало с нашим) красная заря утром и вечером, гало, не очень большое количество снега; в декабре - январе сильный ветер, большой холод, тусклые солнце и луна, плотные облака при восходе и заходе солнца; в январе - феврале сильные сухие шквалы, плотные облака с гладкими основаниями, разорванное гало, медно-красное солнце; в феврале - марте облака, сопровождающиеся ветром и снегом; в марте --апреле молния, гром, ветер и дождь.

К сожалению, проверка этих признаков, имеющих столь почтенную давность, еще не сделана. Вараха-Михира указывал, что если все благоприятные признаки, указанные выше наблюдаются, то число дней с дождем (в переводе на наш календарь) в мае будет 8, в июне 6, в июле 16, в августе 24, в сентябре 20, в октябре 3. Индийский метеоролог Сен сообщает, что интенсивный муссон 1917 г. дал, например, гораздо меньшее число дней с дождем - соответственно 5, 6, 12, 13 и 5 дней.

Наибольших успехов, систематичности и ясности наука древности достигла в античной Греции, прежде всего в Афинах. Благодаря своим колониям, распространившимся, начиная с VI в. до н.э., по Средиземному и Черному морям, от Марселя до современных Феодосии и Сухуми, греки смогли познакомиться с культурой западного мира того времени. Они восприняли многое от своих предшественников - египтян и финикийцев, но сумели из сравнительно отрывочных элементов создать уже науку в современном понимании слова. Греки уделили большое внимание собранному прежде материалу, проявили умение глубоко проникать в существо вещей и находить в них самое важное и простое и способность к абстракции. Естественные науки у них были тесно связаны с философией. В то же время великие философы, например Пифагор и Платон, видели в математике (и особенно в геометрии) ключ к истинному общему познанию.

Метеорологические наблюдения древних народов и их наследников греков привели их к изучению и физических закономерностей природы. Тепло и холод, свет и тьма, их регулярная смена и взаимная зависимость были первыми физическими понятиями древности. В течение веков физика не была отделена от метеорологии.

Первая книга об атмосферных явлениях была написана одним из самых крупных ученых античной Греции Аристотелем (384 - 322 гг. до н.э.) под названием «Метеорология». Она составляла, как полагал Аристотель, существенную часть общего учения о природе. Он писал в начале книги, что «…остается рассмотреть еще ту часть, которую предшествовавшие авторы называли метеорологией». Отсюда видно, что эта наука получила свое название еще задолго до Аристотеля и что он, вероятно, использовал многие прежние наблюдения, приведя их в систему.

Первая книга «Метеорология» трактовала о явлениях, происходящих, по мнению автора, в верхних слоях атмосферы (кометах, падающих звездах и пр.), а также о гидрометеорах. Верхние слои , как полагал Аристотель, являлись сухими и горячими, в отличие от влажных нижних слоев.

Вторая книга была посвящена морю, снова ветрам, землетрясениям, молнии и грому. Третья - описывала бури и вихри, а также световые явления в атмосфере. Четвертая книга была посвящена «Теории четырех стихий». Содержание «Метеорологии» показывает, что греки времен Аристотеля бели знакомы со многими важнейшими метеорологическими явлениями. Они были столь наблюдательны, что имели ясное представление даже о северных сияниях. Аристотель знал, что град образуется чаще весной, чем летом, и чаще осенью, чем зимой, что, например, в Аравии и Эфиопии дожди выпадают летом, а не зимой (как в Греции), что «молния кажется опережающей гром, потому что зрение опережает слух», что цвета радуги всегда одни и те же что и во внешней, более слабой радуге, они расположены в обратном порядке, что роса образуется при слабом ветре и т.д.

Великий ученый не чуждался и экспериментального метода. Так, он делал попытку доказать, что воздух имеет вес. Он нашел, что надутый пузырь тяжелее пустого; это, казалось, дало ему требуемое доказательство (принцип Архимеде был ему неизвестен), но факт, что не надутый пузырь тонет в воде, а надутый плавает, снова увлек Аристотеля от истины и привел его к странному, на современный взгляд, понятию об абсолютной легкости воздуха.

APAKTIAS

BOREAS
THRASKIAS MESES
ARGESTESK AIKIAS
OLYMPIAS HELESPONTIAS
SKIRON
ZEPHYROS APELIOTES
LIPS T EUROS
PHOENIKIAS
NOTOS

Аристотель пытался понять процессы, происходящие в атмосфее. Так, например, он писал, что «… жидкость, окружающая землю, испаряется лучами солнца и теплом, которое приходит сверху, и поднимается вверх… Когда тепло, которое ее подняло, ослабевает, …охлаждающийся пар сгущается и снова становится водою».

Он полагал, что вода замерзает в облаках «…потому, что из этой области выпадает три вида тел, образованных охлаждением, - дождь, снег и град». Аналогично он отметил, что град более част летом в жарких местностях, потому что «тепло там отталкивает облака дальше от земли».

Можно сказать без колебания, что первым камнем фундамента науки о погоде была старая идея о тесной связи погоды с направлением ветра. Об этой связи Аристотель писал: «Апарктий, Траский и Аргест (примерно северный, северо-северо-западный и западно-северо-западный ветры, рис.1), рассеивая плотные облака, приносят ясную погоду, по крайней мере когда они не слишком плотны. Их действие иное, если они не столь сильны, сколь холодны, ибо они вызывают сгущение (паров) раньше, чем они рассеют другие облака. Аргест и Эвр (востоко-юго-восточные) - сухие ветры, последний сух лишь вначале и влажен в конце. Мез (северо-северо-восточный) и более всех Апарктий приносят снег, ибо они самые холодные. Апарктий приносит град, так же как Траский и Аргест, Нот (южный), Зефир (западный) и Эвр горячи. Кайкий (востоко-северо-восточный) покрывает небо мощными облаками, при Липсе (западо-юго-западным) облака не так мощны…».

Аристотель пытался дать объяснение этим свойствам ветров; «…бывает больше ветров, приходящих из северных стран, чем ветров, приходящих с полуденных. Гораздо больше дождя и снега приносится от этих последних, ибо они под солнцем и расположены под его путем».

Идея о ветрах как о правителях погоды приняла художественную форму в так называемой «Башне ветров», сооруженной в Афинах Андроником Киррестом во II в. до н.э. На скульптурной фризе восьмиугольной башни изображены соответствующие ветры в виде мифологических фигур с атрибутами, характеризующими приносимую этими ветрами погоду. На башне железный флюгер с жезлом указывал откуда дует ветер.

В эпоху последовавшую за веком Аристотеля, завоевания его воспитанника Александра Македонского открыли для греков целый новый мир на востоке - до границ Индии и берегов Сыр-Дарьи, где была построена Александрия Дальняя. В своих походах греки познакомились с восточными морями (Персидским заливом и Аравийским морем) и с их муссонами, которые впервые описал полководец Александра. Преемники Александра основали в Египте, в Александрии, второй центр эллинистической науки, где была создана своеобразная академия того времени - александрийский «Мусейон» (музей). Здесь зародились современная география и составление географических карт. Глава Мусейона Эратосфен из Кирены (275 - 194 гг. до н.э.) первый определил размеры земного шара, причем настолько правильно, что его измерения были уточнены лишь в конце XVIII в. Здесь же Ктезибий (около 250 г. до н.э.) и Герон Александрийский (около 120 - 100 гг. до н.э.) впервые изучили упругую силу воздуха и использовали ее для многих мелких механизмов - воздушных насосов и пр. Наблюдали они также тепловое расширение воздуха и водяного пара.

В эту эпоху не прекращались и наблюдения за ветрами в различных местах бассейна Средиземного моря. Плиний Старший (23 -79 гг. н.э.) упоминал о двадцати греческих ученых, собравших наблюдение за ветрами.

Описания свойств различных ветров Плиний в известной мере заимствовал у Аристотеля (рис.2). однако он уже ясно представлял себе, что эти свойства зависят от широты. «Есть два ветра, - писал он, - которые изменяют свою природу, попадая и иные страны. В Африке Аустер (южный ветер) приносит теплую погоду. Аквилон - облачную» ( в Италии их свойства как раз обратны).

SEPTENTRIO

CINCIUS AQUILO

CORUS CAECIAS

FAVONIUS SUBSOLANIUS

AFRICUS VOLTURNUS

LIBONOTHUS PHOENIX

AUSTER

Уже в первом или во втором столетии нашей эры наметился огромный упадок античной науки. Причины его были общественного порядка. Рабовладельческий строй, сосредоточивший всю власть над огромной империей в руках небольшой горстки аристократов, шел по пути распада и растущего бессилия. Бесправие рабов, бедность римского пролетариата, нищета угнетенных провинций, упадок торговли и производства вели к упадку ремесел. Стимула для прогресса науки почти не было, и ее развитие, можно сказать прекратилось. Это произошло еще задолго до того, как сама римская империя погибла под ударами нашествий готов и вандалов.
В последовавшие затем века центр цивилизации и культуры переместился далеко на восток, в арабские страны, Индию, Хорезм и Иран. Особенно велики были успехи математики. В Индии они были связаны с именами Вараха-Михира, Ариабхата (V в.н.э.) и Брамагупты (VII в.н.э.). В мусульманском мире прославились ал-Хорезми (IX в.), ал-Бируни (973 - 1048 гг.), Омар Хаям (1048 - 1122 гг.), Туси (1201 - 1274 гг.). Большое внимание уделялось также химиии и астрономии. Арабы в далеких плаваниях проникли на восток до Зондских островов, на север до Балтийского моря и Среднего Поволжья, на юг до Мадагаскара. Везде они собирали географические сведения о климатах и ветрах.
К сожалению, вклад, который сделали страны Востока в первом тысячелетии нашей эры в развитие науки об атмосфере еще очень мало изучен. Мы имеем о нем только весьма отрывочные несистематизированные сведения. Это тем более достойно сожаления, что, несомненно, многочисленные факты из этой области науки уже были известны и ученые Востока делали попытки их объяснить и привести в систему.


II.II. Средние века.

Когда сумерки средневековья сменили яркий день расцвета античной цивилизации, в Европе надолго были забыты науки греко-римского мира. Забыты были многочисленные сделанные тогда наблюдения за явлениями природы, приметы о погоде, изречение народной мудрости и научные трактаты греческих и римских ученых. В эпоху раннего средневековья были забыты и творения Аристотеля. Они остались жить на Востоке в переводах на арабский и армянский языки и лишь значительно позднее через посредство арабов вернулись в Европу. Самым печальным для судеб цивилизации оказалось то, что был отвергнут научный метод, основанный на наблюдении явлений природы и на попытках их правильного истолкования. Науку ранних веков сменила схоластика средних веков, скованная авторитетом буквы священного писания. Мистическая философия Библии крепко владела умами ученых и целых народов в течение столетий. Церковь заставляла верить, что все явления природы - лишь проявление воли божества, пользующегося ими для того, чтобы выразить свой гнев или свое благоволение.
Пышным цветом расцвело в средние века особое «учение», ныне уже основательно забытое, - астрометеорология. Это был раздел астрологии, очень популярной тогда. Астрологией называлось фантастическое учение о «предсказании» событий в жизни человека и природных явлений по движению планет среди звезд. Раздел этой «науки», называвшийся «натуральной астрологией», или астрометеорологией, занимался специально предсказанием погоды наряду с другими явлениями природы. Астрометеорология пользовалась большим вниманием арабов.
Переводчик с арабского языка Иоанн Севильский (VII в.) был в то же самое время автором обширного сводного астрологического тарктата (изданного позднее, в 1518 г., в Нюрнберге), в котором шестая глава говорит о «предрасположении воздуха», а восьмая - непосредстенно о предсказании погоды. Иоанну Севильскому приписывают также рукопись «Предсказание различных погод (собственно бурь)». За Иоанном последовал длинный ряд астрометеорологов - Леопольд Австрийский, Гвидо Бонатти, Фирмин де Боваль и др. Уже в XIV в. астрологи стали составлять на основании движения светил предсказания на целый год, содержащие иногда очень короткие, иногда детализированные по месяцам прогнозы погоды. В «Практике» Ганса Энгеля был впервые дан прогноз характера погоды на каждый день (1488 г.).
Господство астрологии, в том числе в области предсказания погоды, продолжалось очень долго, до начала XVII в.
Во все времена «крестьянин зорко всматривался во все явления окружающей его природы, чтобы по ним судить о том, что сулит ему ближайшее или даже более или менее отдаленное будущее» и «соответственно ему направлять так или иначе свою сельскохозяйственную деятельность».приметы передававшиеся из поколения в поколение, заключали наряду с отзвуками суеверий нередко результаты долгого и внимательного наблюдения за природой.
Приметы иной раз весьма древние, зафиксированные в различных произведениях античной и средневековой литературы, можно разделить на несколько групп: 1) основывающиеся на небесных явлениях, в том числе на возрасте и движении луны, 2) связанные с определенными календарными датами, 3)относящиеся к поведению животных и птиц и пр. и 4) основанные на самих явлениях погоды.
Первая группа идет из глубокой древности. Весьма многочисленными всегда были приметы, связанные с луной. Народное мнение всегда упорно приписывало луне весенние заморозки. Здесь причина, очевидно, смешивалась со следствием - безоблачная ночь весной всегда опасна в смысле понижения температуры.
Вторая групп примет связана с календарем, или (по церковной традиции) с днями определенных святых. Календарные приметы иногда охватывают длительный срок. Но ценность всех календарных примет, в особенности относящихся к длинным периодам, невелика.
Третья группа примет основана на поведении животных, птиц и пр. Она очень стара. В своих «Постоянных эфемеридах погоды» (1554 г.) А.Мизо приводит 46 признаков наступления плохой погоды, из которых 42 основаны на поведении животных, птиц и насекомых. Многие подобные приметы известны и в наше время (например, о ласточках, летающих перед дождем низко над землей), но об их правильности или ошибочности судить нелегко из-за отсутствия необходимых систематических наблюдений.
Несравненно большее значение имеют приметы четвертой группы, исходящие из наблюдений самих явлений погоды. Несмотря на свою многовековую давность, они весьма интересны и для нас; некоторые из них хорошо укладываются в схемы современной метеорологии.
Все приметы, возникшие из внимательного наблюдения за природой, имеют определенное значение для науки.
Наиболее ценный и интересный материал, относящийся к средним векам, дошел до нас в виде летописей, которые составлялись либо официальными историками, либо частными лицами. Наряду с историческими событиями летописец отмечал из года в год бури, наводнения, снегопады и др.
Встречаются также упоминания о полярных сияниях. Больше всего внимание летописца привлекали такие необыкновенные явления, как, например, снегопад 26 апреля 1498 г., после которого снег толщиной «в полголени» пролежал семь дней. Напомним, что в средней полосе России в мае бывает примерно один день с небольшим снегопадом, но снег, конечно, лишь в редчайших случаях образует толстый слой. Сравнительно часто в летописях отмечались засухи (например, в 1024, 1060, 1092, 1124, 1161, 1193-1194, 1298, 1325 гг. и особенно великая засуха 1365 г., когда произошел большой пожар в Москве).
Не только в летописях, но и в других памятниках русской литературы прошлых веков мы находим записи, говорящие о внимательном наблюдении явлений природы.
В Китае многочисленные хроники и анналы донесли до нашего времени весьма подробные и систематические сообщения о наводнениях, засухах, сильных холодах и пр., бывших в Китае на протяжении почти полутора тысяч лет.
Так или иначе, следует всегда помнить, что летописцы отмечали, прежде всего, наиболее выдающиеся явления природы. Сравнивать их следует, конечно, не с общим современным «уровнем» погоды, а с теми исключительными явлениями, которые наблюдаются в наше время.

II.III. Первые метеорологические приборы.
Эпоха великих открытий и изобретений, отметившая начало нового периода истории человечества, произвела революцию и в естественных науках. Открытие новых стран принесло сведения об огромном количестве физических фактов, неизвестных ранее, начиная с опытного доказательства шарообразности земли и понятия о разнообразии ее климатов. Мореплавание этой эпохи нуждалось в большом развитии астрономии, оптики, знаний правил навигации, свойств магнитной стрелки, знания ветров и морских течений всех океанов. В то время как развитие торгового капитализма служило импульсом ко все более далеким путешествиям и поиском новых морских путей, переход от старого ремесленного производства к мануфактуре требовал создания новой техники.
Этот период был назван веком Ренессанса, но его достижения вышли далеко за рамки возрождения античных наук - он ознаменовался настоящей научной революцией. В XVII в. были заложены основы нового математического метода анализа бесконечно малых, открыты многие основные законы механики и физики, изобретены зрительная труба, микроскоп, барометр, термометр и другие физические приборы. Используя их, быстро начала развиваться экспериментальная наука. Возвещая ее возникновение, Леонардо да Винчи, один из самых блестящих представителей новой эпохи, сказал, что «…мне кажется, что те науки пусты и полны ошибок, которые не кончаются в очевидном опыте, т.е. если их начало или середина, или конец не проходят через одно из пяти чувств». Вмешательство Бога в явления природы было признано невозможным и несуществующим. Наука вышла из-под гнета церкви. Вместе с церковными авторитетами был предан забвению и Аристотель - с середины XVII в. его творения почти не переиздавались и не упоминались естествоиспытателями.
В XVII в. наука как бы начала создаваться заново. То, что новая наука должна была завоевать право на существование, вызывало у ученых того времени огромный энтузиазм. Так, Леонардо да Винчи был не только великим художником, механиком и инженером, он был конструктором ряда физических приборов, одним из основателей атмосферной оптики, и то, что он написал о дальности видимости окрашенных объектов сохраняет свой интерес до сих пор. Паскаль - философ, провозгласивший, что мысль человека позволит ему покорить могучие силы природы, выдающийся математик и создатель гидростатики - первый доказал экспериментально убывание атмосферного давления с высотой. Декарт и Локк, Ньютон и Лейбниц - великие умы XVII в., прославившиеся своими философскими и математическими исследованиями - внесли большие вклады в физику, в частности, в науку об атмосфере, которая тогда почти не отделялась от физики.
Во главе этого переворота стояла Италия, где жил и творил Галилей и его ученики Торричелли, Маджиотти и Нарди, Вивиани и Кастелли. Другие страны тоже внесли большой вклад в метеорологию того времени; достаточно вспомнить Ф. Бэкона, Э. Мариотта, Р. Бойля, Хр. Гюйгенса, О. Герике - целый ряд выдающихся мыслителей.
Глашатаем нового научного метода был Ф. Бэкон (1561 - 1626 гг.) - «родоначальник английского материализма и всей опытной науки нашего времени», по выражению Карла Маркса. Бэкон отверг домыслы схоластической «науки», которая, как он справедливо говорил, пренебрегала естествознанием, чуждалась опыта, была скована суеверием и преклонялась перед авторитетами и догматами веры, неустанно говорившей о непознаваемости Бога и его творений. Бэкон провозгласил, что науку поведет вперед союз опыта и рассудка, очищающего опыт и извлекающего из него законы природы, истолкованные последней.
В «Новом Органоне» Бэкона мы находи описание термометра, что дало некоторым даже повод считать Бэкона изобретателем этого прибора. Перу Бэкона принадлежали и соображения об общей системе ветров земного шара, но они не нашли отзыва в творениях авторов XVII - XVIII вв., писавших на ту же тему. Собственные опытные работы Бэкона по сравнению с его философскими исследованиями имеют, тем не менее, второстепенное значение.
Для экспериментальной науки первой половины XVII в., в том числе и для метеорологии, более всего сделал Галилей. То, что он дал метеорологии, прежде казалось второстепенным по сравнению, например, с вкладом Торричелли в эту науку. Теперь мы знаем, однако, что кроме высказанного им впервые представления о весе и давлении воздуха, Галилею принадлежит идея первых метеорологических приборов - термометра, барометра, дождемера. Создание их заложило фундамент всей современной метеорологии.

II.IV. Первые шаги климатологии.
Путешественники и мореплаватели древности уже весьма давно обратили внимание на различие климатов тех или других стран, которые им довелось посетить. Климатология, таким образом, в течение веков шла рука об руку с географией, будучи ее неотъемлемой частью.
Первобытный человек считал привычную ему смену зимы и лета, жары и холода, дождей и засухи неизменным, установленным верховной силой порядком. Для него, жившего весь свой век на одном месте, понятия «климат» еще не существовало. Только первые путешествия убедили человека в том, что порядок явлений погоды в других странах иной. Так возникло представление о разнообразии климатов, которое нельзя связать ни с определенной эпохой, ни с определенным лицом. Оно развивалось и расширялось на основании опыта многих поколений. То, что мы называем климатологическими сведениями, можно найти во многих памятниках письменности прошлых тысячелетий, особенно в творениях историков и путешественников. Эти данные были, конечно, весьма отрывочными и не складывались в какую-либо стройную научную систему.
Греческим ученым принадлежит первая попытка установить систему климатов земли. Утверждают, что историк Полибий (204 - 121 гг. до н.э.) первый разделил всю землю на 6 климатических поясов - два жарких (необитаемых), два умеренных и два холодных. В ту эпоху уже было ясно, что степень холода или тепла на земле зависит от угла наклона падающих солнечных лучей (члйнейн - наклонять). Отсюда возникло и самое слово «климат», обозначавшее в течение многих веков некоторый пояс земной поверхности, ограниченный двумя широтными кругами.
У Цицерона (106 - 43 гг. до н.э.) мы находим упоминание о смягчающем влиянии моря на климат. Позднее один их христианских комментаторов Цицерона Минуциус Феликс объяснил умеренность климата Британии влиянием омывающий ее морей.
В книге Мовсеса Хоренаци «История Армении» (V в. н. э.) мы находим многочисленные упоминания о климате различных частей Армении. Побывав в Египте, Хоренайи сообщил интересные сведения о его климате.
Немного добавили к наследию классической древности в области климатологии и средние века. В записках путешественников той эпохи мы находим сообщения о бурях и дождях ветрах и морозах.
В литературе Востока также можно обнаружить некоторые сведения о разнообразии климатов. Например, персидская география многократно напоминает о климате различных стран.
Стоит упомянуть некоторые сведения, касающиеся описания климата России. Марко Поло в 70-х годах XIII в. описал холодный климат Нижнего Поволжья. В 1246 г. Плано Карпини и несколькими годами позже Рубруквис проезжали через Южную России, направляясь на Восток, и оставили красочное описание снегов и морозов. Позднее подобные седения оставили Гильбер де Ланноа (1413 - 1421 гг.), венецианец Иосфат Барбаро (1436 - 1451 гг.) и др. Матвей Меховский в своем «Трактате о двух Сарматиях» (1517 г.) сравнивал климаты Москвы и Прибалтики. Баренц, зимовавший в «Ледяной гавани» на Новой Земле в 1596-97 г., оставил нам подробные записки о ветре, облаках, осадках того края.
Многочисленны свидетельства о климатах российских авторов. Внимание их, естественно, привлек климат новых, еще малоизвестных земель, недавно присоединенных к Московскому государству. Описание климата Якутии (1643 г.) сделали ленские воеводе Головин и Глебов. Завоевателей Приамурья Пояркова и Хабарова тоже сильно интересовал климат тех мест. Своеобразное физико-географичекое описание Сибири и особенно ее рек оставил нам Николай Спафарий, ездивший в 1675 г. с посольством в Китай.
Большую сводку географических, в том числе климатологических, данных, накопленных наукой к началу XVII в., мы находим в «Географии генеральной» голландского географа Б. Варениуса (1622 - 1650 гг.).
Изобретение метеорологических приборов и начало регулярных наблюдений позволили сделать следующий шаг - перейти от качественного к количественному сравнению и характеристике климатов.
Климатологическая теория также ведет свое начало с XVIIIв., хотя очень трудно указать вехи медленного и постепенного развития идей климатологии тех времен. Тогда была окончательно признана недостаточной астрономическая система деления климатов, именовавшая «климатами» определенные широтные пояса земной поверхности. Внимание ученый привлекли различные другие факторы климата.
Гениальный Ломоносов указал в ту эпоху на целый ряд факторов и зависимостей, которые позднее легли в основу климатологической науки.
Вместе с тем в XVIII в. были поставлены и практические задачи климатологии. У нее искали ответа на вопросы о гигиенических условиях местности и об опасности тех или иных болезней, о сельскохозяйственных возможностях и пр. Доктор Лининг в 1738 г. в Чарльстоне именно под этим углом зрения рассматривал пользу метеорологических наблюдений.
Таким образом, к концу XVIII в. старое представление о разнообразии климатов земли уже было подкреплено рядами инструментальных наблюдений, совершенно ясно определились важнейшие общие причины существования различных климатов, а также наметились и некоторые проблемы практической климатологии. Все это были зародыши идей, которым суждено было получить полное развитие в следующем веке, когда уже стало возможным использовать параллельные ряды наблюдений метеорологических станций для сравнения климатов.

II.V. Первые ряды инструментальных наблюдений и возникновение сетей метеорологических станций.
Создание первых метеорологических приборов и начало количественных наблюдений за метеорологическими явлениями отметили собой новый период развития науки в XVIII в. В этом и последующем столетиях были сделаны два важных шага к созданию современной системы метеорологии: были намечены первые метеорологические ряды наблюдений во многих местах Европы и Америки и сделаны первые удачные опыты устройства сети метеорологических станций в современном понятии.
Старейший ряд метеорологических инструментальных (притом одновременных) наблюдений был сделан по замыслу Паскаля.
Наиболее старые дождемерные наблюдения были сделаны во Франции. Э. Мариотт в своем «Трактате о движении вод», вышедшем в 1686 г., через два года после его смерти, выступил с инфильтрационной теорией грунтовых вод, подкрепляя свои доводы уже количественными дождемерными наблюдениями.
Наиболее длинный в мире ряд наблюдений за осадками был начат в 1688 г. в Париже Седило, а затем продолжен Лагиром, ведшим их непрерывно до 1717 г. Они были начаты в связи с «необходимостью обеспечить питание версальских водоемов».
В развитии метеорологии в XVII в. большую роль сыграло Лондонское Королевское общество, в особенности Гук, Бойль и другие его члены. Гуком была составлена специальная инструкция для метеорологических наблюдений.
Первая систематическая серия таких наблюдений была сделана философом Локком начиная с июня 1666 г. до декабря 1692 г., вначале в Оксфорде, затем в Лондоне и Отсе.
Примерно в это же время наблюдения с барометром послужили Бойлю основание для его некоторых соображений о связи погоды с высотой барометра.
В 20 - 30 годах XVIII в. начались систематические инструментальные наблюдения в России. Первые регулярные сведения о погоде сохранились в делах приказа тайных дел эпохи Алексея Михайловича. Они составлялись по показаниям стражи, наряжавшейся на караул в Кремль. Более или менее подробные записи о погоде были начаты в 1722 г. в Петербурге вице-адмиралом К. Крюйсом по личному приказу Петра I.
Первый, очень короткий ряд, метеорологических наблюдений в России был сделан в С.-Петербурге английским пастором Томасом Консеттом (с 24/XII 1724 г. до 23/VI 1725 г.).
Долгое время был малоизвестен тот факт, что обширные и подробные метеорологические наблюдения были организованы на целой сети станций в Сибири в 1730 г. Организация сети метеорологических станций в Сибири была делом ученых, участников Великой Северной Экспедиции под руководством Беринга. Экспедиция открыла в 1733 г. станции в Казани, в 1734 г. в Екатеринбурге, Тобольске, Ямышеве, Енисейске, Томске, Туруханске, Иркутске, Якутске, Селенгинском, Нерчинске, Аргунских серебряных копях.
Первые метеорологические наблюдения во многих различных п порой глухих уголках Европейской России, проведенные в 1731 - 1780 гг., связаны с именем военного врача Иоганна Лерхе.
Первые инструментальные наблюдения в Москве были сделаны также Лерхе 13/IX 1731 г. по 15/II 1732 г. Но первая длительная серия наблюдений с 1/X 1779 г. до конца 1784 г. была проведена там членом-корреспондентом Академии наук Энгелем.
Этот ряд наблюдений был продолжен Штритнером, работавшим до 1797 . На крайнем востоке России первые инструментальные наблюдения были сделаны в Охотске.
Инструментальные наблюдения в Америке впервые были начаты в марте 1730 г. при помощи термометра, а с 1738 г. также и при помощи барометра доктором Джоном Линингом в г.Чатльстоне. Несколько позднее Лининга, с 1742 г. математик Уинтроп начал наблюдения в Гарвардском колледже и продолжил их до 1763г.
Первая попытка сравнить параллельные сравнимые инструментальные наблюдения на сети станций была сделана в Италии. На средства Фердинанда Тосканского под руководством его секретаря иезуита Антинори с 1654 г. были организованы регулярные метеорологические наблюдения. Станции этой сети были расположены во Флоренции, Валломброзо, Кутильяно, Болонье, Парме, Милане, Варшаве, Инсбруке, Оснабрюке и Париже. Однако, эта метеорологическая сеть, тесно связанная с Академией Опыта, распалась с закрытием последней в 1767г.
Для науки приобрела значение та система наблюдений, которую удалось в 1724 - 1735 гг. организовать английскому Лондонскому Королевскому обществу.
Большую сеть метеорологических станций создала в России Великая северная экспедиция. Инструкция для этих станций была составлена в 1732 г. Д. Бернулли. Она говорила о наблюдениях «барометрных», «термометрных», «гигрометрных», наблюдениях иглы магнитной, …об экспериментах, которые надобно делать с привесами и часами, висячой маятник имеющими» и «…о других вещах, которые на земле примечать надлежит». Наблюдения на сети, устроенной Великой Северной экспедицией, длились довольно долго.
Попытку собирать и публиковать метеорологические наблюдения двух континентов - Европы и Америки - сделал Луи Котт, метеоролог и священник из Монморанси близ Парижа (1740 - 1815 гг.). по его настоянию Французское Королевское медицинское общество разослало циркуляр о присылке ему наблюдений за погодой и распространением болезней. Сводки Котта обладали большим недостатком: в них входили данные случайных станций со случайными наблюдателями, пестрыми строками наблюдений и разнообразными приборами. Методы наблюдений не были унифицированы, и результаты их поэтому едва ли были сравнимы между собой.
Впервые метеорологическая сеть станций в современном понимании этого слова была организована так называемым Мангеймским метеорологическим палатинским обществом, основанным в 1763г. меценатом Карлом-Теодором Пфальцским.
19/II 1781 г. общество обратилось с циркулярным письмом к тридцати академиям, научным обществам и обсерваториям с просьбой принять участие в организации наблюдений. Предложение общества нашло отклик почти везде. В предложенных обществом наблюдениях приняли участие многие обсерватории, число которых возросло постепенно с 14 в 1781 г. до 39. Таким образом, общество положило начало широкому международному сотрудничеству ученых. Общество составило для наблюдений специальную инструкцию под названием «Указания наблюдателям». Была установлена единая форма записи, для обозначения различный явлений погоды были введены специальные символы. Вся система получила вполне заслуженное ею название «гармонических наблюдений».
Мангеймское метеорологическое общество просуществовало недолго, но его деятельность имела громадное значение. Она пробила путь для развития современной метеорологии, немыслимого без хорошо организованной сети наблюдений. Наблюдения, собранные Обществом, дали материал для целого ряда позднейших важных исследований.
Деятельность Мангеймского общества завершила второй период развития метеорологии, начавшийся в эпоху возрождения наук и искусств и закончившийся в период большого промышленного переворота в конце XVIII в. Этот переворот дал невиданный толчок развитию физики и математики в начале XIX в. и стимулировал возникновение новых идей метеорологии.

II.VI. Возникновение метеорологических институтов.

Россия. После того как необходимость организации международной сети одновременных и однородных наблюдений была осознана в конце XVIII в., в XIX в. встал вопрос о создании метеорологической сети в различных государствах. В начале XIX в. метеорологические наблюдения велись систематически уже во многих местах.
Известный русский ученый В.Н. Каразин (1773 - 1842 гг.) выступил с проектом создания метеорологической службы при содействии учебных заведений России. Проект здания, составленный архитектором Гельшером, был утвержден в 1846 г., и постройка была окончена в декабре 1848 г.
Обсерватория открылась только 1/IV 1849 г. она была одним из первых центральных метеорологических учреждений Европы и Америки. Главная физическая обсерватория в своей работе могла опираться примерно на 50 обсерваторий и станций, разбросанных по всем обширным пространствам России.
В 1872 г. при Главной физической обсерватории была создана служба погоды под руководством Рыкачева. Эта служба открыла путь важным практическим приложениям метеорологических наблюдений.
1869 - 1872 гг. были отмечены важными реформами, оказавшими большое влияние на всю развитие русской метеорологии.
Англия. В противоположность русской, английская метеорологическая служба с самого начала носила отпечаток пестроты породивших ее интересов. Еще в XVIII в. в Англии появились первые метеорологические обсерватории, государственные и частные, но лишь в XIX в. разрозненные усилия отдельных любителей науки были объединены в стройную систему. Первую попытку такого объединения сделал Глэшер в магнитно-метеорологическом отделении Гринвичской обсерватории.
Первым официальным метеорологическим центром Англии, возникшим в 1855 г. под руководством адмирала Фиц-Роя, был открыт так называемый Метеорологический департамент Бюро торговли. Он имел главной целью сбор, проверку и разработку метеорологических наблюдений на морях и побережьях. Это направление работ было логично для морской и торговой державы.
Из важнейших метеорологических обсерваторий Англии, кроме магнитно-метеорологического отделения Гринвичской обсерватории. Следует отметить известную обсерваторию Кью. Построенная в пригороде Лондона в качестве астрономической обсерватории в 1769 г., она с 1772 г. служила и местом метеорологических наблюдений; последние тогда были довольно несистематичные и поэтому лишены научного интереса. В 1842 г. обсерватория была передана Британской ассоциации. До 1852 г. ее директором был Рональдс, а с 1852 по 1859 г. - известный физик и аэронавт Уэлш. С 1871 г. она была подчинена метеорологической службе.
Франция. Метеорологическая организация в точном смысле этого слова возникла во Франции поздно. С начала XIX в. довольно многочисленные метеорологические станции и обсерватории создавались учеными обществами, университетами, школами и пр. и работали совершенно разрозненно. Это было крайне неудобно для службы погоды, организованной в 1855 - 1856 гг. при Парижской (впоследствии национальной ) астрономической обсерватории. В 1864 г. Министерством просвещения были приняты меры к организации метеорологических наблюдений при нормальных школах; к 1877 г. число станций при этих школах достигло 58.
В 1878 г. было создано Центральное метеорологическое бюро Франции директором которого был назначен известный физик и метеоролог Э. Маскар (1837 - 1908 гг.). К 1903 г. число станций достигло 160.
Франции принадлежит инициатива создания особой сети наблюдений за грозами. ряд научных достижений имела парижская обсерватория в Монсури основанная в 1868 г. Кроме очень подробных метеорологических и агрометеорологических наблюдений, в этой обсерватории проводились еще исследования состава атмосферы, ее запыленности и характера пыли.

Бельгия.
Как и во Франции, центральным метеорологическим учреждением Бельгии явилась астрономическая обсерватория - Королевская Брюссельская обсерватория, которой руководил А. Кетлэ (1796 - 1874 гг.). Регулярные метеорологические наблюдения начались с 1/I 1833 г., фенологические - в 1839 г. Основатель статистического метода вообще, Кетлэ широко применил его в климатологии. Кетлэ снабжал отдельные станции приборами, но регулярный сбор наблюдений, инспекция станций, обработка и публикация данных очень долгое время не были организованы. Настоящая сеть была основана лишь преемником Кетлэ Хузо: на 1/I 1878 г. она насчитывала, кроме Брюсселя, еще три международные метеорологические станции и 30 климатологических станций. В 1898 г. метеорологическая служба выделилась в отдельное учреждение под руководством Ланкастера.

Голландия. Нидерландский метеорологический институт в Утрехте начал свое существование в 1854 г. За 5 лет до этого Бейс-Балло (1817 - 1890 гг.), доцент минералогии и геологии, позднее профессор математики, создал в Зонненберге небольшую магнитную обсерваторию. С 1/ІІ 1854 г. на основе этой скромной обсерватории был создан Королевский Нидерландский метеорологический институт. Тогда же Бейс-Балло занялся созданием небольшой сети станций. В 1905 г. этих станций стало 15, а станций, ведущих дождемерные, фенологические и прочие наблюдения, 200.

Италия. В XIX в. многочисленные ученые, научные деятели и любители науки вели метеорологические наблюдения и исследования. Наблюдения вели почти все астрономические обсерватории страны.

Первые попытки устройства метеорологической сети были сделаны Фердинандом Тосканским в 1654 г. Спустя 100 лет директор астрономической обсерватории в Падуе Тоальдо, известный в то время своими исследованиями о влиянии луны на погоду, предпринял новую попытку создания такой сети. Настоящая сеть метеорологических наблюдений была создана в 1860-х гг. профессором физики и математики в «Колледже Карло Альберто» в Монкальери Франческо Денца.

Большой интерес представляет сделанная и Италии раньше многих других стран попытка организовать сельскохозяйственные метеорологические наблюдения.

Соединенные Штаты Америки. Возникновение метеорологической системы в США история связывает с именем Джозефа Ловелла, с 1818 г. главного хирурга армии. С 1819 г. наблюдения организовывались при многих военных частях; они включали записи показаний барометра и термометра, заметки о виде неба и о ветре.

В 1825 г. Нью-Йоркский университет организовал в некоторых подчиненных ему учебных заведениях наблюдения за температурой и осадками.

В 1837 - 1845 гг. Франклиновский институт и штат Пенсильвания начали организацию ряда станций.

Германия. Метеорологическая служба германии очень долгое время носила отпечаток той политической разрозненности, которая характеризовала эту страну до 70-х годов XIXв. Небольшие германские государства не могли создать достаточно авторитетную и сильную организацию, которая могла бы наладить и объединить работу сети.

Прусский метеорологический институт был создан в октябре 1847 г. как научное отделение прусского статистического бюро. В 1848 г. институту были подчинены всего 35 станций, к 1882 г. количество станций достигло 133.

В Баварии центральная метеорологическая станция была организована в Мюнхене в 1878 г. под руководством Бецольда. В 1882 г. ей было подчинено 45 станций и довольно большая сеть грозовых станций.

Небольшие организации и сети станций были к тому времени в Бадене (16), Вюртемберге (24) и Саксонии.

Румыния. Некоторые результаты метеорологических наблюдений в Румынии были известны уже в XVIII в. Первые систематические инструментальные наблюдения в Румынии сделали Панграти и Стамати, преподаватели лицея в Яссах, в 1839 - 1840 гг.

Законом 1883 г. об организации в Румынии Министерства земледелия и промышленности уже предусматривалось создание ряда метеорологических станций. В 1884 г. был организован в Бухаресте румынский метеорологический институт, которому подчинялись три метеорологических и десять дождемерных станций. Институту удалось быстро создать сеть станций, число которых дошло в 1899 г. до 51 и в 1907 г. до 66.

Болгария. Первые более или менее разрозненные наблюдения в Болгарии - в Софии и в Русе - были сделаны довольно давно, но систематически их начал вести в Софии профессор университета М. Бачеваров (1859 - 1926 гг.) с 1887 г. - уже после освобождения от турецкого ига.

Метеорологическая служба была основана в Болгарии в 1890 г. под руководством Спаса Вацова (1856 - 1928 гг.), известного болгарского деятеля в области просвещения. В 1893 г. под руководством Болгарского метеорологического института находилось уже 8 станций и 55 дождемерных станций, к 1926 г. число станций достигло 55 и дождемерных - 125.

Норвегия. Толчком для развития метеорологической службы в Норвегии послужила потребность в сообщениях о погоде, в которых был заинтересован огромный рыболовецкий и торговый флот этой приморской страны.

Указ о создании специального Метеорологического института был утвержден 28/VII 1866 г. Директором был назначен Мон. Работа института началась в декабре 1866 г., в его ведении было семь станций. К 1900 г. число станций II разряда выросло до 80, число дождемерных станций до 450. Научная деятельность института была продуктивна во многих областях метеорологии.

Швеция. Первая метеорологическая сеть в Швеции была организована Шведской Академией наук в 1856 - 1858 гг. по почину физика Эдлунда. В 1873 г. при академии наук в Стокгольме был создан особый Центральный метеорологический институт со штатом всего два человека. В 1879 г. число станций II разряда равнялось 32, а в 1906 г. - 38.

Испания. В Испании еще в 1737 г. Франсиско Фернандес Наварете составил для Мадридской королевской медицинской академии план создания сети метеорологических наблюдений.

Метеорологическим центром Испании стала Мадридская метеорологическая обсерватория, построенная в 1847 г. и получившая необходимый штат только в 1847 г. Королевский дерет от 8/X 1850 г. предписывал создание 23 метеорологических станций при университетах и некоторых школах. Число станций возрастало весьма медленно: в 1879 г. их было 22, в 1900 г. - 42.

Португалия. Развитие метеорологии в Португалии началось значительно позднее, чем в других странах. Центральная метеорологическая обсерватория инфанта Дон-Луиса в Лиссабоне обязана своим возникновением некоему Г. Пегадо. Пегадо составил план устройства метеорологической обсерватории в Лиссабоне и сети метеорологических постов, число их к 1905 г. возросло до 13.

Китай. Уже в период Цинской династии, начиная со второго года правления императора Юн Чэна, в четырех пунктах Китая - Пекине, Нанкине, Сучжоу и Ханьчжоу - велись записи о ясных и пасмурных днях.

В 1873 г. иезуиты основали метеорологическую обсерваторию в Ци-Ка-Вее, близ Шанхая. Организации сети станций вдоль побережья и в долине Янцзы содействовало Таможенное управление Китая, и число станций к началу XX в. дошло до 30. Обсерватория в Ци-Ка-Вее занималась также предсказанием тайфунов и сейсмическими наблюдениями.

Япония. Япония, много веков жившая замкнутой политической и научной жизнью, лишь в середине XIX в. вступила в соприкосновение с европейской культурой. Первые метеорологические наблюдения были организованы в Иокагаме в 1862 г., в Хакодате в 1872 г. и в Токио в 1875 г. Метеорологическая служба Японии была создана декретом 3/VIII 1887 г., т.е. сравнительно поздно. Развитие службы шло быстро. К 1900 г. имелось уже 80 станций.

увеличить

увеличить

увеличить

0

2

ОФИЦИАЛЬНОЕ ВИДЕНИЕ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ МЕТЕОРОЛОГИИ

ИСТОКИ
Тому, кто не знаком с метеорологией, трудно понять, отчего наука об атмосфере и прогнозах погоды так называется. И в самом деле, метеориты - это космические тела, падающие на Землю, а метеоры - их светящиеся следы на небе. Но причем же здесь все-таки погода?

Слово «метеорология» - научный анахронизм, дошедший до нас со времен Аристотеля, крупнейшего греческого мыслителя IV в. до н. э., автора «Метеорологики» - трактата о небесных явлениях. В те времена считалось, что на небе все изменения происходят в одной природной сфере и, значит, должны изучаться одной наукой. Аристотель подобрал ей название, исходя из греческого выражения "та метеора" - предметы в воздухе. К этим «предметам» ученый причислял дожди и кометы, град и метеоры, радуги и полярные сияния, правда, гидрометеоры, то есть «предметы», со стоящие из воды или льда (в этом виде определение Аристотеля используется и сейчас), он выделял в особую группу. Звезды к метеорологии, по его мнению, не относились: они считались тогда неподвижными и неизменными.

Для современного человека очевидно, что представления Аристотеля о ряде природных явлений, о которых он размышлял в своем трактате «Метеорологика», были ошибочными, однако рождение науки об атмосфере и погоде, бесспорно, связано именно с этим трактатом.

Любая естественная наука состоит из трех органически связанных частей: наблюдение, эксперимент и теория. История показывает, что если пренебрегают одной из них, наука неизбежно обедняется, а иногда ведет к неверным выводам, то есть по существу самоликвидируется как средство познания. И до Аристотеля люди внимательно наблюдали за погодой, о проявляемом к ней интересе могут свидетельствовать многочисленные отрывки из поэм Гомера, древнекитайских трактатов, индийской героической поэмы «Рамаяна»... Однако прежде никто не пытался понять, почему происходят изменения погоды. Аристотель же стремился создать систему объяснений наблюдаемых фактов, то есть теорию. Следует отметить, что он не чуждался и эксперимента. Например, для выяснения вопроса, имеет ли воздух вес, ученый поочередно взвесил надутый и пустой бычий пузырь и обнаружил, что надутый пузырь весит больше пустого. Значит, рассуждал он, воздух действительно имеет вес. Однако надутый пузырь плавает на воде, а ненадутый тонет... Результаты последнего опыта вроде бы противоречили первому, и Аристотель делает странный для нас вывод об абсолютной легкости воздуха, об отсутствии у него веса.

С высоты современных знаний нетрудно заметить погрешности в рассуждениях ученого (ведь он еще не знал о переменной плотности воздуха и о принципе Архимеда!), но разве в этом дело? Науку и теперь можно представить себе в виде цепи бесконечных и нередко бесплодных попыток постичь истину. Главное же, несомненно, заключается в том, что Аристотель стремился понять причины природных явлений, и это приводило его к настоящим открытиям. Вот что, например, он писал о воде:

«Мы всегда ясно видим, как вода, поднявшаяся в воздух, опускается снова. Даже если то же самое количество не возвратится в течение года и именно в этой стране, то через определенный срок все, что было унесено вверх, будет возвращено».

Совершенно очевидно, что речь идет о круговороте воды в природе!

В вопросе о происхождении ветра Аристотель вновь заблуждается (по его мнению, воздух - это дым, который выдыхает Земля), а вот его вывод о связи характера погоды с направлением ветра - снова великое прозрение...

«Апарктий, Траский и Аргест, рассеивая плотные облака, приносят ясную погоду... Аргест и Эвр - сухие ветры, последний сух лишь вначале и влажен в конце... Нот, Зефир и Эвр горячи. Кайкий покрывает небо мощными облаками».*
Аристотель «Метеорологика»
(* В приведенном отрывке упоминаются названия ветров, принятые в Древней Греции: Апарктий - северный, Траский и Аргест - северо-западные, Эвр - юго-восточный, Нот - южный, Зефир - западный, Кайкий - юго-западный.)

Подмеченные Аристотелем особенности хорошо укладываются в современную схему атмосферных процессов в Средиземноморье. Связь направления ветра с характером погоды, конечно в более сложном виде, и сейчас является основой методов прогноза погоды.

На примере Аристотеля, с именем которого связана первая постановка вопроса о научном исследовании природы, очень хорошо видны особенности науки как диалектического организма со всеми свойственными ей противоречиями, временными спадами и качественными взлетами, составляющими сущность весьма непростого движения от частных наблюдений к общим закономерностям.

Кстати, насколько сходны процессы, управлявшие погодой в древности, и процессы, воздействующие на нее в наши дни? Данный вопрос не следует считать праздным, ведь наиболее важные законы атмосферных движений, на которых основаны приемы прогноза погоды, установлены на материале последних 100 - 150 лет, и, если эти законы со временем изменяются, то нельзя быть уверенным, что метеорологию не придется когда-нибудь полностью пересматривать. Ответить на него нам поможет... Гомер!

«По морю так беззащитное судно повсюду носили ветры, то быстро Борею его перебрасывал Нот, то шумящий Эвр, им играя, его предавал произволу Зефира...» (Борей - древнегреческое название северного ветра).

Нет ли в этом отрывке из «Одиссеи» чего-то уже нам знакомого? Описывается буря, при которой восточный ветер Эвр сменяется западным, Зефиром. Если циклон двигался над путешественниками с запада на восток, как чаще всего они и смещаются, то, действительно, восточные ветры после прохождения центра циклона должны были смениться западными. Значит, и в древности бурю и непогоду в умеренных широтах приносили циклоны. Русский метеоролог Б.П. Мультановский в 1992 г. внимательно изучил все описания природы из «Одиссеи» и построил карты погоды, которая наблюдалась 3000 лет назад. На них четко выделяются циклоны и антициклоны, управляющие воздушной стихией ныне, как и в древности.

В средние века наука о природе приходит в упадок, объяснение природных явлений становится прерогативой церкви. По иронии судьбы учение Аристотеля начинает играть роль тормоза на пути развития науки: средневековые схоласты абсолютизируют его, и существование иных взглядов оказывается невозможным. В астрономии такую же роль сыграла геоцентрическая система Птолемея. На 1000 с лишним лет прекратилось всякое движение идей в метеорологии, если не считать фантазий астрологов. Была, правда, еще одна своеобразная форма обобщения метеорологических знаний - это народные приметы погоды.

ПОГОДА ПО ПРИМЕТАМ
Средневековая наука крайне противоречива. В лабораториях алхимиков наряду с философским камнем исподволь создавалось учение о химических элементах. В результате наблюдений за звездным небом рождались астрологические предсказания судеб людей и государств и одновременно накапливались факты, ставшие основой для дальнейшего развития астрономии. Что-то подобное происходило и с метеорологией: она не избежала «астрологического периода», но вместе с тем наблюдения за погодой позволили нашим предкам - землепашцам, охотникам, морякам - подметить определенные закономерности, что привело к появлению связанных с этими закономерностями правил, или примет. Многие из существующих примет подкреплены длительными наблюдениями, а потому вполне обоснованы, однако есть и приметы-недоразумения, их тоже немало.

Интерес к народным приметам погоды не иссякает. Люди, далекие от естественных наук, часто верят всем приметам подряд. В научно-популярной периодике появляются обобщения, касающиеся примет, без какого-либо - научного анализа. Авторы этих статей тоже, по существу, призывают читателя к слепой вере в приметы. Иногда метеорологам приходится слышать: «Почему вы не используете народные приметы в прогнозах погоды?»

В этом разделе мы попытаемся разобраться в наследстве, которое нам оставила средневековая метеорология, попробуем отделить «зерна от плевел» - показать, какие приметы погоды надежны, какие сомнительны, а какие просто вводят в заблуждение, и можно ли использовать их в научных прогнозах погоды. Но сначала о самом «ярком» наследстве средневековой науки - об астрометеорологии.

Для нас вера в гороскопы и в китайский календарь с драконами, буйволами и кроликами - не более чем занятная игра. Совершенно иначе смотрели на это наши предки, для которых многочисленные астрологические календари были единственным научным откровением. Такой календарь был и в России, его называли Брюсовым, по имени одного из сподвижников Петра I, графа Якова Брюса. Маловероятно, чтобы сам граф, один из образованнейших людей своего времени, имел к нему непосредственное отношение - уж слишком много сомнительного было в шести таблицах календаря! Например, там был «прогностик», содержавший предсказания погоды, урожаев, войн и болезней по положению небесных светил. Характерно, что сами составители астрологических календарей оговаривались: «…войну и мир собственно из звездочтения провещати невозможное дело».

Ну а погоду, значит, можно? «Можно!» - считали авторы календарей и печатали прогнозы, подобные тому, что приведен в «Астрономическом телескопе», изданном в 1814 г., в котором погода предсказывается на 1946 г. (на 135 лет вперед): «В этом году господствует планета Меркурий. Весна в начале студеная, снежная, немного потом суха, тепла, ветренна, к концу приятна. Лето, хотя сначала мокрое, но потом прекрасное и теплое... Осень до половины октября студеная, далее хорошая и благоприятная погода, с солнечным сиянием, к концу пасмурная и дождями кончится. Зима не холодна, вихри и ветры частые, непогоды, холодный воздух».

Не будем слишком придирчивы к предкам - они писали о чем могли: о весьма «необычной» весне, сначала холодной, а потом теплой, о странной зиме, не холодной, но с холодным воздухом и т. д. Какие-то элементы настоящего прогноза погоды есть только в приведенном нами описании осени...

В 1725 г. в Санкт-Петербурге была открыта Академия наук, которая стала издавать свои календари, свободные от астрологических «предзнаний». Но читатели требовали вернуть астрологам утраченные позиции (ведь так заманчиво знать все заранее), и академикам пришлось согласиться. Правда, они не упускали случая с улыбкой предупредить: «Мы вовсе не надеемся, что все, что мы предсказываем, сбудется. В случае частых неудач просим помнить читателя, что за немногие копейки нельзя много истины купить».

Почему истинные исследователи природы так безоговорочно отвергают астрологию и астрометеорологию? Понятно (правда, не всем, особенно в наше неспокойное время), что звезды и планеты не могут оказывать никакого влияния на исторические события и судьбы, но, может быть, гравитационное взаимодействие небесных тел и атмосферы в состоянии определять погоду? В результате тщательных измерений было установлено, например, что притяжение Луны действительно вызывает в атмосфере приливы. Эти, подобные океанским, приливы выражаются в колебаниях давления воздуха с амплитудой 0,02 мм. рт. ст. Однако тот, кто следит за погодой, знает, что при ее перемене колебания атмосферного давления могут быть гораздо большими: их амплитуда превышает 20, 30 и даже 50 мм рт. ст. Следовательно, лунные приливы, самые мощные из всех известных, не могут быть причиной изменения погоды: слишком мало их воздействие на атмосферу.

Тем не менее энтузиасты прогноза погоды по фазам Луны и положению планет все еще ждут своего часа. А ведь такой «час» был не так давно - в 1983 г.! В марте - апреле этого года произошел так называемый парад планет, когда практически все планеты Солнечной системы одновременно оказались в узком секторе пространства с угловыми размерами не более 60°, если смотреть от Солнца.

По предположению упомянутых энтузиастов, следовало ожидать, что центр массы Солнечной системы при этом сместится за пределы Солнца и оно приобретет дополнительное вращательное движение. Тогда на нем резко усилится конвекция газов, что приведет к невиданному выделению солнечного вещества в космос и необратимым, катастрофическим изменениям погоды на Земле. В общем - конец света!

Но помним ли мы 1983 г.? Скорее, нам памятны лето 1972 г. из-за небывалой засухи и зима 1978-79 г. из-за страшных и продолжительных морозов на Европейской части России, хотя никаких особых событий в космическом окружении Земли тогда не наблюдалось. То, что в 1983 г. мы все-таки остались живы, указывает на крайне малый приливный потенциал планет по отношению не только к массивному Солнцу, но и к сравнительно небольшой Земле. «Парады планет» повторяются каждые 179 лет, но в погоде такой периодичности не существует.

Иное дело - приметы погоды, основанные на многовековых наблюдениях за состоянием атмосферы. Такие приметы можно разделить на три группы:

1) характеризующие погоду определенного дня (календарные); 2) позволяющие предсказывать ее на несколько часов или на сутки вперед (краткосрочные); 3) предназначенные для предсказания характера погоды на целый сезон или даже на год (долгосрочные).

Часть примет основана на наблюдениях за растениями и поведением животных. Сразу оговоримся, что справедливость таких примет нельзя оценивать без углубления в биологию и экологию. Пусть это делают специалисты в соответствующих областях науки, мы же рассмотрим чисто метеорологические приметы, каких, кстати, значительно больше.

Самые популярные, пожалуй, приметы календарные, например такие:

«Афанасий-ломонос - береги нос» (мороз 31 января);
«На Марка небо ярко» (8 мая);
«Введенье ломает леденье» (оттепель 4 декабря).

Ловко скроенные, приметы эти хорошо запоминаются и представляют собой как бы готовый на все времена прогноз погоды. Они обязательно привязаны к церковному календарю, поскольку для подавляющего большинства населения дореволюционной России он был основным. Помните, как у И. А. Гончарова в «Обломове»:

— А когда, бишь, она уехала от нас? - спросил Илья Иванович. - Кажется, после Ильина дня?
— Что ты, Илья Иванович, всегда перепутаешь! Она и Семика не дождалась, - поправила жена.
— Она, кажется, в Петровки здесь была, - возражает Илья Иванович...
— Так это Марья Онисимовна... Да и Марья Онисимовна не до Ильина дня, а до Прохора и Никанора гостила.
Они вели счет времени по праздникам, по времени года, по разным семейным и домашним случаям, не ссылаясь никогда ни на месяцы, ни на числа.

Календарных примет много, и если бы они абсолютно точно оправдывались, то из года в год наблюдалась бы совершенно одинаковая погода и разные природные явления происходили бы в одни и те же сроки. Вот, например, приметы первого месяца весны:

6 марта - Тимофей-весновей (теплый ветер),
12 марта - Прокоп дорогу рушит (ранняя распутица),
13 марта - Василий-капельник (оттепель),
14 марта - Евдокия-плющиха (оттепель),
17 марта - Герасим-грачевник (прилет грачей), 30 марта - Алексей - с гор потоки (таяние снега).

Если верить этим приметам, то в марте всегда должно быть тепло. Но известно, что год на год не приходится. Так, дата прилета грачей в средней полосе России, по данным фенологических наблюдений, колеблется между 7 и 31 марта. Другие народные приметы допускают, что на Евдокию (14 марта), Федота (15 марта) и Алексея (30 марта) в разные годы может быть разная погода. Таким образом, календарные приметы нельзя рассматривать как прогноз погоды на конкретный день конкретного года, они могут лишь свидетельствовать об увеличенной повторяемости определенного типа погоды в какой-либо день в среднем за очень много лет, то есть характеризовать то, что мы называем климатом.

Объективны ли в этом смысле календарные приметы погоды? Существуют периоды продолжительностью в несколько дней, когда средние многолетние значения температуры либо ниже, либо выше некоторой теоретической температуры, которая могла бы наблюдаться в том случае, если бы температура воздуха зависела только от высоты солнца над горизонтом.

Отличие реальной кривой от теоретической говорит в пользу календарных примет. Действительно, в Подмосковье есть «провалы», соответствующие рождественским (7 января), крещенским (19 января) и сретенским (15 февраля) морозам. Объективность народных примет подтверждается также и климатическими понижениями температуры, которые отмечаются в дни Афанасия (31 января) и Власа (24 февраля).

Но беспристрастный глаз заметит и другое. Например, сильные похолодания 10, 14 и 26 января, 10 февраля и 15 марта, а также потепления 18 января, 3 февраля и 1 марта как-то выпадают из оставленной нам предками системы примет. Вполне допустимо, что связанные с этими днями приметы существовали, но их почему-то не помнят, хотя отмечавшиеся в последнее столетие климатические морозы 14 января и сильные оттепели 3 февраля просто нельзя было не заметить! В чем же здесь дело? Неужели наши предки были столь ненаблюдательны?

Причина здесь, по-видимому, иная, и связана она с изменениями климата от столетия к столетию. Сейчас проводятся очень большие работы по восстановлению климата всего исторического времени и даже минувших геологических эпох продолжительностью в сотни миллионов лет. Это необходимо, в частности, для прогноза возможных колебаний климата в будущем. Используется все, что может помочь делу: материалы инструментальных наблюдений прошлого, указания летописей и литературных источников, сведения о характере геологических отложений, данные по нарастанию древних ледниковых покровов Антарктиды и Гренландии, древесные кольца и многое другое. Достоверно установлено, что климат в течение последней тысячи лет, когда и могли сформироваться календарные приметы погоды, менялся очень существенно.

В начале тысячелетия климат Европы и почти неизвестных тогда в Старом Свете земель за Атлантическим океаном был весьма теплым. Максимум его потепления пришелся на 800-900 гг. н. э., когда знаменитые викинги Эрик Рыжий и Лейв Счастливый совершили морские походы с территории современной Норвегии к берегам острова, который они назвали Гренландией («Зеленой страной»). Это название красноречиво говорит о том, что климат хорошо знакомой нам ныне ледяной пустыни, по крайней мере ее побережий, был мягким. Тепло так называемой эпохи викингов сохранялось до 1400-1450 гг. В Англии и на территории современной Эстонии в этот период выращивали виноград. Примерно с 1500 до 1850-1860 гг. климат Европы был относительно холодным и дождливым. Накопление большого количества снега способствовало росту горных ледников и продвижению их в некогда цветущие долины. Это дало основание климатологам назвать XVI - XVIII века малым ледниковым периодом. С конца XIX в. началось общее потепление климата, максимум которого пришелся на 30 - 40-е годы нашего столетия.

Календарные приметы сформировались окончательно, разумеется, не в эпоху последнего потепления климата, а раньше, и происходило это, по крайней мере, в течение малого ледникового периода. Поскольку характер климата тогда был другим, то и кривая годового хода температуры воздуха могла выглядеть иначе. Возможно, рождественские и крещенские морозы были выражены тогда более отчетливо, чем сейчас.

Но все-таки... Можно ли современные календарные особенности использовать для прогноза погоды? Решим этот вопрос на примере сретенских морозов. Климатическое похолодание в целом не так уж велико: суточная температура воздуха в период 11 - 15 февраля понизилась с - 8,0 до - 11,6 °С. Однако существует определенная повторяемость сильных морозов 14 - 17 февраля. Какова же эта повторяемость? Если за сильный мороз принять понижение температуры хотя бы до - 18 °С, то окажется, что повторяемость таких условий в дни, близкие к Сретению, за 85 лет составила не более 30 - 33%, то есть они наблюдались всего лишь раз в 3 года. Морозы же до - 25 °С в это время бывают раз в 10 лет. В остальные годы погода нормальная или относительно теплая. Похожая ситуация складывается и в начале осени: знаменитое бабье лето в конце сентября повторяется не чаще одного раза в 2 - 3 года.

Приведенные данные говорят сами за себя: прогнозы погоды, основанные исключительно на календарных приметах, будут оправдываться в лучшем случае на 50%, а это равносильно игре в «орла и решку».

Но если уж руководствоваться этими приметами, нужно учитывать следующее. Во-первых, ориентируйтесь не на конкретный день, связанный с народной приметой, а на интервал времени в 2 - 3 дня. Во-вторых, календарные приметы можно использовать только там, где они родились, например, русские приметы - для центральных районов Европейской части России. За Уралом все по-другому, о чем свидетельствует годовой ход температуры воздуха в Центральном Казахстане. Еще дальше, за Енисеем, можно использовать приметы, истоки которых следует искать в устном творчестве коренных народностей.

Следующая группа примет - краткосрочных - основывается на самых надежных и, главное, наиболее достоверных с точки зрения современной науки народных наблюдениях за погодой. В который раз приходится поражаться гениальной интуиции А. С. Пушкина - среди множества разнородных примет он обратил внимание именно на эти, хотя в годы жизни поэта основные закономерности синоптической метеорологии еще не были известны:

Старайся наблюдать различные приметы.
Пастух и земледел в младенческие леты,
Взглянув на небеса, на западную тень,
Умеют уж предречь и ветр, и ясный день,
И майские дожди, младых полей отраду,
И мразов ранний хлад, опасный винограду.

Приметы («Старайся наблюдать различные приметы...»)

Краткосрочные приметы интересно сопоставить с закономерностями, выявленными благодаря достижениям современной науки, поэтому мы вернемся к ним в той главе, где разбираются типы климата и погоды на Земле. Здесь же отметим, что опытные синоптики, которые долго работают в одной местности, умеют использовать наряду с новейшими научными методами и краткосрочные приметы, или, как они их называют, местные признаки погоды.

Приметы погоды третьей группы - долгосрочные - с научных позиций следует признать наименее надежными, и вот почему. В изменениях погоды, которые происходят за несколько часов и даже за 2 - 3 сут, действительно отмечается некоторая последовательность. Часто по направлению ветра, форме облаков, оптическим явлениям в атмосфере и ряду других признаков уже утром можно с достаточно большой уверенностью предсказать погоду на следующий день, однако научные методы прогноза погоды в настоящее время позволяют делать это более точно. А вот закономерность смены «погод» в течение нескольких месяцев проявляется значительно хуже. Иначе не было бы никакой проблемы долгосрочного прогноза погоды, а она есть и стоит очень остро.

Большинство традиционных методов долгосрочного прогноза основано на изучении закономерностей постепенного развития атмосферных процессов. Предполагается, что сигналы о возможных длительных отклонениях погоды от нормы появляются в атмосфере (или вообще в природе) задолго до того, как эти отклонения происходят. Следует, значит, лишь подробно проанализировать ход погоды, скажем, за полгода до того месяца, на который составляется долгосрочный прогноз. Как показал опыт, этот метод оказывается верным примерно в 60 случаях из 100, о чем свидетельствует успешность долгосрочных прогнозов погоды не только у нас в стране, но и за рубежом, которая составляет около 60%. В остальных 40% случаев крупные месячные и сезонные аномалии погоды возникают почти внезапно, без какой-либо видимой подготовки. И здесь традиционные методы оказываются бессильными.

Все это имеет прямое отношение к распространенным среди неспециалистов взглядам на смену сезонов года. Наверное, вы не раз слышали: «Ну, раз зима была холодной, то лето ожидай жарким». В основе подобных рассуждений лежит, на первый взгляд, верная логика: должен же соблюдаться баланс в природе! Однако логика самой природы не укладывается в такую простую схему. В этом легко убедиться, ознакомившись с табл. 1, в которой на основании наблюдений за последние 25 лет показано, насколько часто лето (или зима) по температурным условиям бывает аналогично или противоположно предыдущей зиме (или лету). Из таблицы следует, что для лета распространенная примета вообще неверна: в среднем для всех городов только в 41% случаев летняя погода была противоположна зимней, скорее уж наоборот: лето было похоже на зиму (59%) случаев. Правильно предсказать зимнюю погоду по летней еще сложнее: вероятность аналогичной и противоположной лету зимы одинакова (опять игра в «орла и решку»).

Проверка еще одной популярной приметы, «Лето - на холод, зима - на мороз», показывает, что она верна лишь в 45% случаев.

У автора нет ни малейшего желания уличать народные приметы в неточности, просто их, как и любое правило, нужно количественно проверять. В науке истина утверждается не авторитетом, пусть даже народа, а опытом и практикой.

Особенно интересны многочисленные долгосрочные приметы, которые, как и календарные, ориентируются на конкретную дату, но предназначены для предсказания погоды на какой-то отрезок времени после этого дня. Классическим примером таких примет является примета, связанная с 10 июля (по народному календарю - Самсон-сеногной): «На Самсона дождь - сорок дней тож». В книге А. А. Дмитриева и В. Н. Ягодинского «Москвичу о погоде», которую можно рекомендовать всем интересующимся влиянием погоды на здоровье и самочувствие, приведены данные количественной проверки этой приметы по материалам наблюдений в Москве за 31 год. Результаты проверки показали, что в 14 годах день 10 июля прошел без дождей, а в 17 годах в этот день были осадки. Количество осадков, выпавших с 10 июля по 28 августа, в первой группе лет составило в среднем 44 мм, а во второй группе - 71 мм, то есть было в 1,6 раза больше. Выходит, примета не лишена оснований, и она была бы еще надежнее, если бы рассматривался не один ключевой день 10 июля, а несколько дней, скажем 7 - 12 июля.

В существовании закономерности, подмеченной в примете на день Самсона, нет ничего сверхъестественного. Период 1 июля - 22 августа известен метеорологам как естественный синоптический сезон второй половины лета, а в соответствии с определением естественного синоптического сезона примерно в 75% входящих в него дней должна отмечаться близкая по характеру погода. Таким образом, если первые 5 - 10 дней сезона сухие, то можно ожидать, что и весь сезон будет засушливым. Это, конечно, не исключает отдельных дождей, но общее количество осадков в сезоне будет небольшим.

Можно перечислить великое множество примет такого типа, их обзор можно найти, например, в публикациях фенолога А. Стрижева в журнале «Наука и жизнь» за 1968 г. Однако следует отметить, что очень немногие долгосрочные приметы проверены количественно. Сам этот факт свидетельствует о том, что в научных прогнозах погоды они не используются, и вот почему. Долгосрочные приметы, как и календарные, представляют собой климатическое обобщение многолетних наблюдений за погодой. Поскольку год на год не приходится, достоверность долгосрочных примет имеет вполне определенный предел, который не может быть превзойден даже при сколь угодно тщательной обработке данных наблюдений. Соответственно и успешность прогнозов погоды, основывающихся на этих приметах, будет ограниченной. Чтобы ее повысить, следует ответить не только на вопрос, как происходят изменения погоды, но и на вопрос, почему они происходят. Перспективы научного подхода к прогнозу погоды открыл XVII в., когда атмосфера впервые стала рассматриваться как физическая среда.

НАУКА ИЗМЕРЯТЬ

Предтеча современной физики, универсал и энциклопедист Леонардо да Винчи однажды высказал следующую мысль: «...Мне кажется, что те науки пусты и полны ошибок, которые не порождены опытом, отцом всякой достоверности... если их начало или середина, или конец не проходят через одно из пяти чувств". Это высказывание свидетельствовало о том, что пришло время количественного анализа природы, и „наука измерять» стала равносильной «науке побеждать» в деле постижения ее законов. Однако понадобилось еще более 100 лет, чтобы мысль Леонардо да Винчи, столь понятная нам сейчас, утвердилась и считалась неоспоримым правилом. Фактически же эта идея великого ученого раньше всего была признана в Италии, где в семнадцатом столетии герцогом Тосканским, который вел свой род от покровителя искусств и науки Лоренцо Медичи, была основана Флорентийская академия опыта.

Немалое место в деятельности Академии отводилось изучению свойств атмосферы. Впервые воздух исследовали наравне с другими физическими телами. Но перешагнуть через аристотелевскую концепцию абсолютной легкости воздуха, признать его материальным, а значит и имеющим вес телом, было нелегко. Даже на исходе XVII столетия один из авторов газовых законов, французский физик Эдм Мариотт, признавался: „...было очень трудно поверить, что он (воздух) обладает весом ...ибо, когда он располагается поверх воды и всех других жидкостей, приписывают это движение снизу вверх свойству абсолютной легкости".

Доказал, что воздух имеет вес, ученик Галилео Галилея и его друг Эванджелиста Торричелли, но для этого ему пришлось поспорить с любимым учителем... Однажды во Флоренции рыли колодец. Вода наконец показалась, но очень глубоко - на глубине более 10 м. Для ускорения подъема воды решили качать ее наверх вакуумным насосом, но она почему-то не пошла, хотя из других колодцев, правда менее глубоких, прекрасно подавалась точно такими же насосами. Для разрешения этой загадки обратились к ученым Флорентийской академии опыта (как рано стали доверять науке!), и Галилей объяснил наблюдаемое явление тем, что столб воды обрывается под собственной тяжестью. И вот тут-то Торричелли позволил себе не согласиться с ним: не столько большая тяжесть воды препятствует ее подъему, сколько недостаточная тяжесть воздуха, думал он. Когда в насосе создается разрежение, атмосфера всем своим весом «налегает на воду в колодце и заставляет ее подниматься по трубе, заполняя образовавшуюся пустоту. С каждым ходом насоса вода будет подниматься по трубе все выше, но лишь до тех пор, пока ее вес не станет равным весу такого же по диаметру столба воздуха, простирающегося от уровня грунтовых вод до верхней границы атмосферы. Столб воды при этом достигнет высоты около 10 м, и что бы мы ни делали с насосом, выше не станет: воздух уже не сможет перевесить накачанную воду.

В 1652 г. Отто фон Герике, хорошо знакомый нам еще со школьных лет по опыту с «магдебургскими полушариями», сделал следующий решительный шаг: он приспособил водяной столб, заключенный в вертикальную трубу, для измерения колебаний веса воздуха. Так родился прибор, названный потом барометром, но сам Герике любовно называл его погодным человечком. Дело в том, что на поверхности водяного столба плавала деревянная фигурка человека, она поднималась или опускалась вместе с водой в зависимости от того, росло или падало давление воздуха (то есть его вес, приходящийся на единицу площади). Рука человечка указывала на примитивную шкалу с делениями, по которой в любой день можно было узнать, какое сегодня давление, и сравнить его, например, со вчерашним. И вот тут-то открылись интересные вещи!

Оказалось, что вес воздуха над пунктом измерений не постоянный, в атмосфере проходят какие-то волны давления и, главное, эти волны довольно четко связаны с погодой: при низком давлении часто идет дождь, при высоком - светит солнце (вот почему человечек «погодный»!). Теперь-то мы знаем, что замеченные Отто фон Герике волны давления являлись следствием прохождения через пункт наблюдения циклонов и антициклонов. Немецкий физик впервые обнаружил их инструментально, хотя и не знал, что они связаны с прохождением атмосферных вихрей. Однако по уменьшению высоты водяного столба в барометре он уже смог предсказать за 2 ч приближение сильной бури к Магдебургу 9 ноября 1660 г. И она действительно разразилась!

Связь между колебаниями «высоты» барометра и резкими изменениями погоды была настолько очевидной и впечатляющей, что ученые увидели в барометре универсальный инструмент для отгадывания ее тайн. Наш знаменитый соотечественник Ломоносов надеялся, что барометр произведет в метеорологии такую же революцию, как и телескоп в астрономии. В своем «Письме о пользе Стекла» он с восторгом писал:

...Уже в Стекле нам Барометры
Хотят предвозвещать, коль скоро будут ветры,
Коль скоро дождь густой на нивах зашумит,
Иль, облаки прогнав, их солнце осушит.
Надежда наша в том обманами не льстится:
Стекло поможет нам и дело совершится.
Открылись точно им движения светил;
Чрез то ж откроется в погодах разность сил.

Характер погоды стали считать целиком зависящим от давления. На барометрах появились уверенные надписи «сушь великая», «шторм» и другие. Между тем изменения погоды связаны не только с колебаниями давления, и когда барометр «ошибается», это означает, что ошибаемся прежде всего мы сами, приписывая зависимости погоды от давления абсолютный характер. При прогнозе погоды по местным признакам надо учитывать, как минимум, изменения давления, температуры воздуха, направления ветра и форму облаков.

Работать с водяным барометром было, конечно, неудобно, поскольку основной частью этого прибора была длинная и очень громоздкая трубка. Для уменьшения длины трубки требовалось применение какой-то более тяжелой жидкости. Торричелли еще раньше предлагал для этого ртуть. Высота столбика ртути в запаянной сверху стеклянной трубке барометра новой конструкции была меньше метра (удельный вес ртути в 13,6 раза больше, чем удельный вес воды), снизу трубка погружалась в небольшую чашку со ртутью. Таким образом был создан довольно компактный прибор для измерения давления воздуха - ртутный чашечный барометр, с которым уже можно было путешествовать.

Этим не замедлил воспользоваться Паскаль: его интересовало, понижается ли давление воздуха в горах. Если мы действительно живем на дне воздушного океана, полагал ученый, то над горами он мельче, а над долинами глубже, что и должен отразить барометр. В 1647 г. Паскаль послал письмо своему родственнику Перье из Клермона, в котором попросил его провести опыт. И вот 19 сентября 1648 г. Перье отправился к подножию ближайшей горы, захватив с собой два ртутных барометра и... еще одного родственника. Перье поднялся на вершину, а его родственник остался внизу, и они одновременно сделали отсчеты со своих приборов. Оказалось, что у подножия горы столбик ртути в барометре стоял на отметке 26 парижских дюймов, а на вершине - 23 дюйма. Предположение о существовании воздушного океана подтвердилось.

Опыт Паскаля подсказывал, что с помощью барометра можно определять разность высот двух точек на земной поверхности. Барометрический способ определения высоты места применяется и сейчас, но для этой цели используется другой барометр - анероид, он менее точен, но гораздо более удобен для транспортировки, чем чашечный. В анероиде приемником атмосферного давления является гофрированная металлическая коробка, из которой выкачан воздух. При понижении давления она расширяется, при повышении - сжимается, и в результате ее деформации по шкале прибора передвигается стрелка. Идея создания анероида также возникла в богатом изобретениями XVII в. и принадлежала немецкому физику и математику Готфриду Лейбницу, однако изготовить работоспособный анероид удалось только в середине XIX в. С тех пор он стал нашим домашним прибором, но на метеорологических станциях атмосферное давление по-прежнему отсчитывают по более точному чашечному барометру.

Долгое время высоту столбика ртути измеряли в дюймах, затем перешли на единицу метрической системы мер - миллиметр. Эта единица популярна и сейчас, в частности, в газетных публикациях и радио- и телевизионных передачах, сообщая сведения об атмосферном давлении, упоминают именно миллиметры ртутного столба. Однако метеорологи уже давно применяют для измерения давления воздуха другую единицу, потому что она является настоящей физической мерой давления, ведь давление - это сила, приходящаяся на единицу площади. В Международной системе единиц (СИ) сила выражается в ньютонах (Н), а площадь - в квадратных метрах, и следовательно, единица давления равна 1 Н/м2. В честь французского ученого она названа паскалем (Па).

Атмосферное давление принято измерять в сотнях Паскалей, или гектопаскалях (гПа). Перевод миллиметров ртутного столба в гектопаскали и наоборот осуществляется очень просто:

Р (гПа) = 1,33317 Р (мм рт.ст.),
Р (мм рт.ст.) = 0,75008 Р (гПа),
или примерно
Р (гПа) = 4/3 Р (мм рт.ст.),
Р (мм рт.ст.) = 3/4 Р (гПа).

Нормальным давлением на уровне моря считается 760 мм рт.ст., или 1013,2 гПа.

В показания ртутного барометра обязательно вводятся поправки, иначе нельзя сравнивать между собой значения давления, полученные на разных станциях, а это совершенно необходимо при анализе и прогнозе погоды. Таких поправок три: на температуру, на силу тяжести и инструментальная.

Температурная поправка связана с тепловым расширением ртути (при одном и том же атмосферном давлении ртутный столбик будет тем выше, чем выше температура воздуха, а значит, и самого барометра). Показания всех барометров приводят к одной температуре, то есть исправляют их на величину, при которой столбик ртути достигает такой же высоты, какой она была бы при температуре воздуха 0°С.

Сила тяжести зависит от широты места: на полюсе она максимальна, а на экваторе минимальна. Следовательно, при одинаковом давлении воздуха ртуть будет сильнее притягиваться Землей на полюсе, и показания барометра здесь будут меньше, чем на экваторе. Чтобы ликвидировать влияние этого эффекта, показания всех барометров приводят к одной широте - 45°.

Инструментальная поправка зависит от технических характеристик конкретного прибора, например от незаметных на глаз искажений формы стеклянной трубки.

Исправленные показания барометра уже кое на что годятся. По ним можно судить о благоприятных и неблагоприятных днях для больных сердечно-сосудистыми заболеваниями, сильнее притягнастраивать бортовые высотомеры самолетов, пытаться предсказывать погоду в пункте наблюдения, но для составления карт погоды по большим территориям даже исправленных данных барометра оказывается недостаточно. Показания барометров нужно привести к давлению на уровне моря. Зачем это делается?

В горах, как установил Паскаль, давление воздуха ниже, чем на равнинах. Если нанести на карту погоды значения давления, не приведенные к уровню моря, то на ней будут в основном вырисовываться горы и равнины, а не крупномасштабные области пониженного и повышенного давления в атмосфере - циклоны и антициклоны, от которых зависит погода. Диаметр этих вихрей, как мы выяснили ранее, превышает 1000 км, и они могут одновременно охватывать и горную цепь, и обширную низменность. Понятно, что, если показания барометров не приведены к давлению на уровне моря, то из-за сложного рельефа местности очертания таких вихрей на карте будут существенно искажены, а то и вообще замаскированы.

Приведение к давлению на уровне моря основано на закономерности, открытой Паскалем. Известно, что в нижних слоях атмосферы увеличению высоты на 8 м (эти 8 м называются барической ступенью) соответствует понижение давления на 1 гПа, поэтому формула для приведения давления выглядит так:

P0 = Ps + h/8,

где P0 - давление на уровне моря, Рs - давление, наблюдаемое на станции, h - высота места над уровнем моря. (Эта формула используется только для величин давления, выраженных в гектопаскалях!)

Барометр сыграл колоссальную роль в деле становления прогнозов погоды. Со времени его изобретения и до второй половины XIX столетия, то есть в течение двух веков, показания барометра были практически единственным количественным признаком изменений погоды. Сложилась целая система «предсказаний одного наблюдателя», как назвал ее историк метеорологии А. X. Хргиан. Однако следует признать, что и с позиций современной науки давление воздуха является важнейшей характеристикой состояния атмосферы, поскольку от его географического распределения полностью зависят направление и скорость перемещения воздушных масс.

В XVII в. были изобретены и сконструированы первые образцы всех основных метеорологических приборов: термометра, гигрометра - прибора для измерения влажности воздуха, дождемера, флюгера и анемометра - измерителя скорости ветра. Не имея возможности рассказать здесь обо всех этих приборах, позволим себе рекомендовать читателю интересную и единственную в своем роде книгу А. X. Хргиана «Очерки развития метеорологии». В данной же книге мы остановимся на некоторых эпизодах истории термометра, уделив особое внимание тем из них, которые связаны с созданием температурных шкал.

Первый термометр (термоскоп) создал Галилей. Это была вертикальная стеклянная трубка с полым шаром на конце, другой конец которой погружался в воду. Хотя по конструкции термоскоп был похож на первые барометры, между ними было одно принципиальное различие - воздух из трубки с шаром не откачивался. Именно он служил приемником температуры окружающей среды: при понижении температуры воздух в шаре сжимался и вода немного поднималась по нижнему концу трубки, при ее повышении происходило обратное. Нетрудно догадаться, что показания термоскопа зависели не только от температуры, но и от давления окружающего воздуха, хотя и в меньшей степени, чем показания барометра. Для исключения влияния давления нужно было сделать приемником температуры воду и заключить ее в герметический резервуар. В 1631 г. была высказана идея создания такого термометра (она принадлежит французскому врачу Жану Рею), а уже в 1641 г. во Флоренции выпускались (чуть ли не серийно!) довольно совершенные термометры, в которых воду заменили спиртом, так как температура его замерзания ниже температуры замерзания воды, а трубку сверху запаяли. Наконец, в 1715 г. немецкий физик Габриель Фаренгейт стал изготавливать ртутные термометры, показания которых очень хорошо согласовывались.

В настоящее время существует несколько видов ртутных и спиртовых термометров, с их помощью измеряют срочную температуру воздуха и почвы (то есть температуру, наблюдаемую в установленные сроки), а также минимальную и максимальную температуру за какой-либо период. Кстати, максимальный термометр всем хорошо знаком, это обычный медицинский термометр, продающийся в аптеках. У океанологов есть оригинальный опрокидывающийся термометр, фиксирующий температуру воды на заданной глубине.

Гораздо труднее далось изобретение надежной шкалы для термометров. Первым требованием, предъявляемым к приборам любого типа, является сравнимость показаний всех имеющихся экземпляров. Для этого приборы тарируют, то есть сравнивают их показания с показаниями эталона. У первых изобретателей термометров эталона, естественно, не было, и они придумали обходной маневр. Суть этого маневра заключалась в следующем: нужно было найти хотя бы один физический процесс, температура которого всегда и везде постоянна, затем отметить на еще пустой шкале высоту столбика ртути при данном процессе, а от этой точки уже и вести градуировку вниз и вверх. Лучше, если на шкале будут две опорные точки: они ограничат постоянный интервал, который можно поделить на любое удобное число градусов.

Первая опорная точка для шкалы термометра - температура таяния льда - была предложена во Флорентийской академии опыта. Вскоре появились и другие предложения: температура плавления анисового масла (Роберт Бойль), температура кипения спирта (Эдмунд Галлей, именем которого названа известная комета), температура человеческого тела (Исаак Ньютон) и даже температура глубокого погреба! Разнообразие предложений породило и разнообразие шкал. Первой температурной шкалой, надолго завоевавшей популярность, была шкала Фаренгейта. Этот искусный изготовитель термометров в 1724 г. указал три опорные точки на шкале: температура смеси воды, льда и поваренной соли (0° F), температура тающего льда (32 °F) и температура тела человека (96 °F). Температура кипения воды при этом составляла 212 °F. Хотя относительность первой и последней опорных точек очевидна, шкала Фаренгейта счастливо дожила до наших дней. Среди телеграмм погоды, поступающих из некоторых англоязычных стран, часто попадаются такие, в которых температура указывается в градусах Фаренгейта, несмотря на то что еще в 1872 г. международная конференция метеорологов в Лейпциге рекомендовала шкалу Цельсия как основную. Вот она, сила традиции!

В 1730 г. французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр представил в Парижскую академию наук метод изготовления спиртовых термометров с новой 80-градусной шкалой. Опорная точка на этой шкале была одна - температура таяния льда, и относилась она к 0 °R. Выше и ниже этой точки градуировка велась пропорционально объему спирта (при условии, что его увеличение на 1/1000 соответствует повышению температуры на 1 °R). Температура кипения воды, как показывали результаты измерений, составляла 80 °R. Однако вскоре в расчете шкалы Реомюра нашли ошибки: во-первых, при разной температуре спирт расширяется неравномерно, поэтому градуировка на шкале также должна быть неравномерной; во-вторых, температуру кипения воды (верхний предел шкалы) Реомюр определял с незапаянным термометром, отчего спирт испарялся и установить ее правильно было невозможно. К счастью, в 70-х годах XVIII в. появились ртутные термометры с 80-градусной шкалой Реомюра, у которых отмеченные недостатки были устранены, и они на долгие годы стали основным термометрическим прибором в некоторых странах Европы, в том числе и у нас в России. В Главной физической обсерватории в Петербурге - первом метеорологическом институте в России (теперь Главная геофизическая обсерватория) - термометры Реомюра использовались до 1869 г.

Шкала Андерса Цельсия, профессора астрономии из Упсалы (Швеция), в конечном итоге одержавшая победу над всеми остальными шкалами, число которых быстро дошло до шестидесяти, была предложена им в 1742 г. Этот же ученый окончательно обосновал преимущества ртутного термометра и, главное, остановился на двух надежных опорных точках - температуре таяния льда (100°) и температуре кипения воды (0°). Да, да, здесь не опечатка: первая шкала Цельсия была перевернутой, и отрицательных значений температуры на ней не было. Однако уже в 1745 г. известный ботаник Карл Линней поменял опорные точки местами и термометр Цельсия приобрел знакомый нам вид.

Унификация наблюдений за температурой воздуха и переход всех метеорологических служб к наблюдениям по термометру Цельсия продвигались с трудом и не закончены по сей день. Поэтому прежде чем использовать, скажем в научной работе по изучению колебаний климата, богатые данные, накопившиеся за последние 250 лет, надо привести их к «общему знаменателю».

Формулы перевода значений температуры Т по шкалам Реомюра (° R) и Фаренгейта (° F) к шкале Цельсия (° С) следующие:

Т °С = 5/9 (Т °F - 32),
T °F = 1,25 T°R.

Казалось бы, достаточно шкал! Но есть еще одна, причем она является основной при изучении атмосферы с помощью строгого математического аппарата современной физики. Это термодинамическая шкала английского физика Уильяма Томсона (Кельвина), в которой абсолютный нуль (0 К) - он соответствует - 273,16° C - присвоен самой низкой физически возможной температуре вещества. Эта температура достигается при полном прекращении теплового движения молекул, и следовательно, температуры ниже абсолютного нуля в принципе быть не может. Эксперименты по сверхнизким температурам показали, что и абсолютного нуля достичь невозможно: в любых условиях сохраняется хотя бы ничтожная часть кинетической энергии молекул. Абсолютный нуль - все-таки самая надежная опорная точка, потому что температура кипения и температура замерзания воды - величины отнюдь не постоянные. Точка кипения в значительной мере зависит от давления воздуха. Существует даже способ определения высоты места над уровнем моря по температуре кипения воды. Температура замерзания воды, в свою очередь, зависит от ее химического состава: чем больше солей в воде, тем ниже эта температура.

Таким образом, два с половиной века были потрачены учеными на изобретение надежных метеорологических инструментов и разработку единых правил метеорологических наблюдений. Но без этих усилий, без создания точных термометров и барометров, дальнейшее движение науки о прогнозах погоды было бы совершенно невозможным.

0

3


НА ПУТИ К СИНОПТИЧЕСКОЙ КАРТЕ

Как ни хорош был барометр для предсказания изменений погоды, метеорологи прекрасно понимали, что наблюдений за давлением в одном пункте явно недостаточно. Ведь области пониженного и повышенного давления, с которыми связана погода, имеют очень большие размеры и перемещаются в соответствии с определенными законами. Для того чтобы лучше понимать сущность этих законов, нужно научиться обозревать погоду сразу на большом пространстве - строить карты погоды.

Еще герцог Тосканский поручил Флорентийской академии опыта заняться этим вопросом, и его секретарь иезуит Антинори с 1654 г. сумел организовать наблюдения на девяти станциях Европы (в основном это были итальянские станции), самая далекая из них находилась в Варшаве. Организованная Антинори сеть станций работала до 1667 г., когда была закрыта и Академия. Неизвестно, были ли сделаны в результате наблюдений какие-нибудь выводы, но важен сам факт создания первой сети метеорологических станций.

Следующую попытку создать метеорологическую сеть предприняли англичане в 1723 г. В то время они ближе всех стояли к решению проблемы кооперации науки: еще в XVII в. было основано Лондонское королевское общество для организации и поощрения в стране научных исследований. Секретарь общества, врач и физик Дж. Джюрин обратился к ученым разных стран с «Приглашением», в котором содержался призыв вести метеорологические наблюдения и отсылать их результаты в Лондон. В этом документе была дана подробная инструкция, что и по каким приборам наблюдать, и даже была разработана стандартная форма таблицы наблюдений. Что же в ней было? Высота ртути в барометре в дюймах и температура воздуха по спиртовому термометру в неотапливаемой комнате, направление ветра и его сила в баллах (1 балл - слабое движение воздуха, а 4 - сильная буря), общий вид неба и «история» погоды и, наконец, толщина слоя выпавших осадков в дюймах. Неплохой список для начала! Плохо было только одно: Джюрин не установил единых сроков наблюдений, поэтому данные такой сети станций годились исключительно для изучения климата, никакой карты погоды - этого моментального «снимка» атмосферы - по наблюдениям, проведенным в разное время, не составить. Сеть Джюрина, которая держалась только благодаря добровольному сотрудничеству ученых, в том числе и русских, успешно проработала до 1735 г.

Примерно в то же время в России возникла своя сеть станций, причем в совершенно неожиданном месте - в Сибири. Великая Северная экспедиция, задуманная еще Петром I, охватила наблюдениями огромные пространства от Екатеринбурга до Якутска. Инструкция для наблюдателей была составлена в 1732 г. самим Даниилом Бернулли - членом Петербургской Академии наук, одним из основоположников гидродинамики, принципы которой широко применяются в современных методах прогноза погоды. Благодаря наблюдениям, проводившимся на сибирской сети станций, были получены ценные научные материалы (станция в Якутске, например, действовала до 1749 г.), однако сохранилась лишь незначительная их часть, и эти материалы - единственное свидетельство о климате Сибири в XVIII столетии.

Казалось бы, довольно логично было потребовать от наблюдателей единых сроков наблюдений, но такое решение было принято лишь в 1781 г. в тихом городке Мангейме на берегах Рейна. В этом городе произошло важное для метеорологии событие - в Академии наук и изящной словесности курфюрста Пфальцского было основано первое в истории метеорологическое общество. Деятельность общества с самого начала ориентировалась на широкое международное сотрудничество: по его программе действовало 39 станций - от Кембриджа в США до Урала (каковы масштабы для XVIII века!). Но главное, в этой программе были указаны четыре единых срока наблюдений - 7, 11, 14 и 21 ч. Кроме того, общество снабжало добровольных наблюдателей одинаковыми по конструкции и шкалам приборами, что было очень важно (вспомним о разнообразии методов и средств наблюдений за температурой воздуха в те времена).

В 1799 г. мангеймское метеорологическое общество прекратило свое существование. Началась эпоха наполеоновских войн, надолго разъединившая Европу. Было не до наблюдений, но даже если они и велись, работа почты - единственного канала связи - постоянно нарушалась из-за бесконечных изменений государственных границ и возникновения все новых политических коалиций. Однако, несмотря на кратковременность своего существования, мангеймское общество по сути сумело заложить основные принципы работы современной метеорологической сети: единовременность и единообразие наблюдений по стандартным приборам. Не было лишь одного - быстрого способа сбора информации. Если бы он существовал, то уже тогда можно было бы начать серьезный разговор об использовании единовременных наблюдений в прогнозах погоды. Эту возможность принес XIX в. спустя семьдесят с лишним лет после принятия мангеймской программы. Толчком к организации постоянной и оперативно действующей сети метеорологических станций послужили драматические события на юге России - Крымская война и, в частности... Но предоставим слово очевидцам.

Вот что пишет один русский путешественник в газете «Одесский вестник» за 1854 г.:

«В этот день находился я верстах в 60-ти от Симферополя, в степной части Крыма, и собирался возвратиться в город... На рассвете, 2-го ноября (по старому стилю. - А. У.), после небольшого дождя, было тепло и тихо; к юго-западу только виднелась, вдали, полоса черных туч. Ветра почти не было, но с восьми часов подул сперва восточный ветер, быстро превратившийся в юго-западный, тучи быстро находили, засверкала ослепительная молния, раздались удары грома и, вслед за ужаснейшим ветром, полился такой ливень, что по ровной степи в несколько минут образовались реки... Ветер на несколько минут утих, будто для того, чтоб собраться с силами и пронестись ужаснейшею, всеразрушающею бурей, такой бурей, которой, повторяю, никто не припомнит. Эта буря в степях началась около десяти часов утра и продолжалась до шести часов вечера...»

Силу ветра тогда оценили в 30 - 35 м/с.

А вот письмо французского флотского офицера с фрегата «Санэ», помещенное в газете «Северная пчела»:

«Сначала дело шло не очень дурно. Правда, что фрегат прыгал как щепка, но мы продвигались вперед. Но в десяти часах от Херсонеса встретила нас буря, какую я только видел у мыса Горна. Вы можете себе составить о ней понятие, когда я скажу, что одна из наших 30- фунтовых пушек... была подхвачена волною и с лафетом и со всеми принадлежностями переброшена за борт...»

У скалистого входа в Балаклавскую бухту, где стояли все морские силы экспедиционного корпуса англичан и ветер дул прямо на берег, было еще хуже. «Всякая мысль о горизонтальной поверхности моря, вся правильность волнения, казалось, были утрачены в кипящей и клокочущей массе, которая с громом разбивалась о неподвижные скалы... Среди этой ужасной пучины находилось около тридцати судов», - вспоминает в журнале «Морской сборник» командир английского корабля. Далее он с хладнокровием профессионального моряка описывает сцены гибели каждого судна... Всего англо-французский флот у берегов Балаклавы, Херсонеса, Качи и Бельбека потерял в этот день около 60 судов, убытки составили более 2 миллионов фунтов стерлингов, моральное состояние армии, осаждавшей Севастополь, по словам современников, не поддавалось описанию.

Знаменитая Балаклавская буря 2 (14) ноября 1854 г. нанесла такой ущерб англо-французской армии, что на метеорологию впервые обратили внимание не только ученые, но и государственные деятели. Собственно, это обстоятельство и стало решающим: метеорологическая служба получила твердое финансирование, кроме того, перед ней были поставлены ясные цели, главной из которых был, конечно, прогноз, предсказание стихийных бедствий.

Хотя французы пострадали меньше англичан, именно они первыми сделали правильные выводы. Военный министр Франции Вальян узнал, что эта буря за день до того, как она разразилась над Балаклавой, прошла над Средиземным морем, а значит, была не такой уж внезапной и при наличии средств оповещения ее можно было предсказать. С просьбой изучить все обстоятельства возникновения Балаклавской бури он обратился к известному астроному Урбену Леверье.

Судьба Леверье, талантливого и энергичного человека, была счастливой. Закончив в 1833 г. Политехническую школу в Париже, он целиком отдался проблемам небесной механики и в 1846 г. завершил большое исследование гравитационных возмущений движения самой далекой по представлениям того времени планеты Уран. Оказалось, что эти возмущения можно объяснить, предположив, что за орбитой Урана лежит орбита другой, еще неизвестной планеты. Так, чисто теоретически, «на кончике пера» был открыт Нептун. Параллельно идея о существовании Нептуна была высказана англичанином Джоном Адамсом, но Леверье оказался предприимчивее: он вычислил положение Нептуна на конкретные дни (эфемериды) и сообщил его координаты немецкому астроному Иоганну Галле, который в первую же ночь нашел планету на небе. Медлительный и основательный Адаме сначала рассчитал фундаментальные характеристики орбиты Нептуна, а эфемерид планеты передать астрономам-наблюдателям не успел, и только поэтому, несмотря на свой колоссальный труд и недюжинную научную интуицию, оказался лишь вторым в беспримерном научном марафоне XIX в.

Открытие Нептуна принесло Леверье неслыханную славу, и хотя его заслуги перед метеорологией вряд ли были меньшими, они остались как бы в тени великого астрономического достижения. А ведь именно Леверье суждено было стать основоположником современной службы погоды и впервые увидеть на географической карте те самые циклоны и антициклоны, о существовании которых раньше исследователи только догадывались... В 1854 г. во Франции не было более достойного претендента на пост директора Парижской астрономической обсерватории. Это первоклассное научное учреждение всегда занималось метеорологическими проблемами, поэтому изучение Балаклавской бури явилось естественным продолжением прежних работ обсерватории. Запросив метеорологов и астрономов всех стран Европы о погоде 12 - 16 ноября 1854 г., Леверье получил 250 ответов и на их основании проследил путь Балаклавской бури. После этого эксперимента необходимость постоянной сети метеорологических станций, которая позволяла бы быстро осуществлять сбор информации и оперативно оповещать моряков о надвигающихся бурях, стала для Леверье бесспорной.

Уже 16 февраля 1858 г. он представил проект такой сети станций императору Наполеону III и получил одобрение. А чтобы не быть голословным, энергичный астроном с помощью главного директора почт и телеграфа 19 февраля собрал метеорологические сведения по Франции и вечером того же дня представил Французской академии карту погоды на 10 ч утра! Это была первая в истории оперативная карта погоды. Телеграф наконец оживил метеорологические данные, достойно завершив труды, начатые еще во Флорентийской академии опыта. До сих пор синоптики всех стран называют свою работу живой, подчеркивая ее главное отличие от застывших на века климатологических обобщений, правда, и климат на Земле непостоянный, но об этом пусть расскажут другие.

Что же дала науке и практике оперативная карта погоды? Прежде всего, на карте видно, как выглядит область низкого давления, которую уже давно связывают с плохой погодой. Изобары - линии одинакового давления воздуха - очерчивают почти симметричный воздушный вихрь гигантских размеров. О том, что это именно вихрь, можно судить по оперенным стрелкам, показывающим направление ветра. На западе области низкого давления, над Англией ветры северные и северо-западные, в южной части они постепенно переходят к западным, на востоке и севере, хотя данных и мало, явно видны юго-восточные и восточные ветры. Таким образом, перед нами вихрь, воздух в котором вращается против часовой стрелки, а давление в центре понижено, - циклон. Название это, происходящее от греческого слова «циклос» (круг), появилось, правда, несколько раньше, в книге английского метеоролога Пиддингтона «Морская роговая книга законов штормов во всех частях света», вышедшей в 1842 г. Роговой она была названа, потому что к ней прилагались две прозрачные роговые пластинки, на которых были изображены схемы ветров, характерных для циклонов северного и южного полушарий. Приложив пластинку к навигационной карте, моряк по первоначальному направлению ветра мог определить, что его ждет в дальнейшем. Однако регулярное исследование циклонов по реальным ежедневным данным стало возможным лишь с появлением оперативных карт погоды.

Для предсказания будущего положения циклона достаточно иметь карты погоды за два последовательных срока. По таким картам определяется направление и скорость движения циклонов, а затем в зависимости от его типа прикидывается примерная траектория, на которой отмечается будущее положение центра вихря.

Карты погоды окончательно подтвердили одно очень важное правило, открытое чуть раньше голландским метеорологом Христофором Бёйс-Балло. Оно называется барическим законом ветра и связывает его направление с распределением атмосферного давления: если встать спиной к ветру, то центр циклона будет находиться слева и несколько впереди от наблюдателя (Помимо этого направление ветра, особенно в тех случаях, когда он слабый, зависит не только от распределения давления, но и от рельефа местности. Другое дело на высоте. Но во времена Бёйс-Балло о процессах в верхних слоях атмосферы практически ничего не знали).

Со времени составления первой карты погоды и до середины 30-х годов XX в. метеорологи пользовались только приземной информацией, что, как мы теперь знаем, чрезвычайно осложняло прогноз погоды. Однако и в этих условиях метеорологам удалось открыть множество общих и частных правил, которые легли в основу первого научного метода краткосрочного прогноза погоды, названного изобарической синоптикой. Изобарической, потому что исследовались атмосферные процессы примерно на одном уровне давления, то есть у поверхности земли. Синоптикой, или синоптической метеорологией, со второй половины XIX в. стала называться наука о закономерностях крупномасштабных процессов в атмосфере и прогнозах погоды. Этот термин появился одновременно с началом регулярного составления прогнозов, а следовательно, и синоптических карт, построенных по данным одновременных наблюдений («синопсис» по-гречески означает «одновременно обозреваемый»), и ввел его в научный лексикон человек с яркой и трагической судьбой, английский моряк и метеоролог Роберт Фицрой.

КАПИТАН ФИЦРОЙ

...Он родился в год Трафальгарского сражения, в год наивысшей славы английского флота. Эта слава далась Англии нелегко - она была оплачена жизнью одного из самых талантливых флотоводцев мира и самого почитаемого адмирала страны, Горацио Нельсона. Тогда, в 1805 г., в роду Фицроев еще свято чтились славные морские традиции предков, и, хотя родители будущего синоптика были людьми, совершенно несвязанными с морем, сама судьба указала Роберту путь моряка. На этом пути ему суждено было отдать свою жизнь, но не в бою за отечество, а в борьбе за научную идею, опередившую время, и за право сострадания и практической помощи своим собратьям по трудной и опасной профессии.

Морская карьера Фицроя началась блестяще. Двадцати трех лет от роду, едва став лейтенантом, он получил в командование гидрографический корабль «Бигль», но за это адмиралтейство потребовало от Фицроя действительно усердной службы. «Бигль» отправили производить картографическую съемку берегов в один из самых мрачных районов планеты - на Огненную Землю. Съемку приходилось вести на вельботах и баркасах под проливными дождями, даже костюмы из промасленного брезента, так затруднявшие каждое движение, промокали насквозь. Но главное - пронизывающий, сильный, монотонный ветер. Ветер и волны, ветер и волны... А сверху, задевая мачты, несется серая мокрая вата облаков. И так день за днем и месяц за месяцем... Предыдущий капитан «Бигля», Стоке, не вынес гнетущей атмосферы этих мест и после ряда странных поступков покончил с собой.

Фицрой был крепче, а может, просто моложе. Почти два года провел одинокий «Бигль» у южных берегов Америки, лишь изредка заходя в небольшие порты. Ревматизм, простуды, легочные заболевания считались на «Бигле» обычным явлением. Подступала цинга. Но молодой капитан был неизменно тверд, упорен и изобретателен на всякие предприятия, хотя бы и временно отвлекавшие измученных людей от повседневного кошмара.

Наконец 6 августа 1830 г. «Бигль» вышел из Рио-де-Жанейро, направляясь домой, в Англию. Репутация Фицроя как капитана была уже прочной, и адмиралтейство решило вторично послать его на «Бигле» к Огненной Земле. Но как бы в награду за перенесенные трудности Фицрою было предписано после гидрографических съемок этого неприветливого архипелага выйти в Тихий и Индийский океаны для точного определения географической долготы ряда точек на земном шаре, в чем очень нуждалась навигация. Вернуться в Англию исследователи должны были через Атлантический океан, и, таким образом, им предстояло кругосветное путешествие.

Биограф Фицроя Г. Е. Меллерш приводит в своей книге «Фицрой - капитан «Бигля»« следующую фразу из письма капитана: «Боясь упустить случай собрать ценные материалы и сведения во время экспедиции, я попросил главного гидрографа найти ученого, который захотел бы разделить все удобства и неудобства нашего плавания ради возможности посетить отдаленные и почти не изученные страны». Так встретились молодой, но уже достаточно опытный капитан Фицрой и еще более молодой выпускник богословского факультета Кембриджского университета Чарлз Дарвин...

Почему же Фицрой сделал именно такой выбор? Богослов был явно неординарен. Раньше он учился на медицинском отделении Эдинбургского университета и, как пишет в том же письме Фицрой, «очень увлекался геологией, как, впрочем, и всеми прочими отраслями естествознания». Итак, сам Фицрой выбрал Дарвина в попутчики, и уже этого было бы достаточно, чтобы прославить имя капитана на века.

Но вместе им было нелегко. Дело в том, что знаток Священного писания Дарвин родился на свет, чтобы опровергнуть его догмы, а для моряка Фицроя слово Библии было желанной истиной. Правда, в то время и такие, казавшиеся незыблемыми, истины подвергались проверке (в Англии многие священники занимались естественнонаучными исследованиями именно в этих целях). Как считал Г. Е. Меллерш, Фицрой неслучайно остановил свой выбор на Дарвине: он тайно надеялся, что верующий человек, являвшийся одновременно подающим надежды натуралистом, поможет найти геологические доказательства справедливости библейской легенды о сотворении мира... Какая поразительная ирония судьбы! Ведь результаты наблюдений, которые Дарвин проводил именно во время этого плавания, и привели его к созданию революционной теории происхождения видов, биологической эволюции на Земле, опровергавшей библейские догмы.

Уже на первой стоянке в Южной Америке Фицрой неоднократно пытался привлечь внимание Дарвина к некоторым геологическим объектам, возникшим, как предполагалось, вследствие всемирного потопа. Однако очень быстро выяснилось, что Дарвин не помощник капитану в его религиозных начинаниях, и только большая внутренняя культура обоих исследователей, несмотря на вспыльчивость Фицроя и юношеский задор Дарвина, позволила им остаться соратниками в этой экспедиции. Серьезные разногласия между ними возникли позднее, после плавания.

Дарвин испытывал к Фицрою глубокое уважение, его поражала, прежде всего, целеустремленность и воля капитана: «Мне раньше не доводилось встречать человека, которого я мог бы вообразить Нельсоном или Наполеоном... ему по силам любое высокое и великое деяние. Его власть над людьми поразительна: если его не знать, просто невозможно представить, какое действие оказывает на всех, и матросов и офицеров, его малейшее порицание или похвала... Его прямота и искренность беспримерны, но почти таковы же (употреблю его собственные слова) «тщеславие и раздражительность». Эти последние качества я уже почувствовал на себе, но ему все прощаешь... В целом он - самая сильная личность из всех, с кем мне довелось встречаться в жизни». В этом письме Дарвина, конечно, чувствуется молодая восторженность, но уберите ее - и перед вами предстанет образ типичного первопроходца, каковым Фицрою суждено было стать через 20 лет.

Историческое плавание «Бигля» продолжалось 4 года 9 месяцев и закончилось 3 октября 1836 г. После этого подолгу в море Фицрой уже не бывал. Он был членом парламента, старейшиной английской лоцманской ассоциации, исполняющим обязанности инспектора управления по охране рек и лесов (как рано осознали в Англии необходимость экологических мер!) и даже губернатором Новой Зеландии. На последнем посту, который отнюдь не был предназначен для честного и откровенного человека, Фицрой не преуспел. Лучше всех высказался об этом бывший начальник Фицроя адмирал Кинг: «Бедняга, он оказался жертвой своих принципов». Добавим - принципов гуманизма. Еще с дороги Фицрой писал Кингу: «Мы с женой едем туда по доброй воле, уповая на Всевышнего и горя желанием принести пользу коренным новозеландцам. Не думаю, что с ними возникнут какие-нибудь затруднения, зато от белых я не жду ничего хорошего». Для колониального губернатора такая позиция, конечно, была непростительной. Лишь два года продержался Фицрой в Новой Зеландии, да и то потому, что очень далека она от Англии.

В 1853 г. после конференции главных морских держав в Брюсселе, на которой обсуждались принципы и виды метеорологических наблюдений на море, в Англии было принято решение открыть должность метеоролога-статистика и дать в его распоряжение несколько помощников. Лондонское королевское общество, в котором Фицрой к тому времени состоял как гидрограф, безоговорочно высказалось за назначение на этот пост именно его. Так открылась последняя страница жизни капитана - блестящая и трагичная.

Сначала Фицрой действительно занимался статистикой морских наблюдений и на основании полученных данных составил климатические описания различных районов Мирового океана, уделив особое внимание направлению и силе ветра. Сопоставляя сведения о повторяемости ветров различных направлений, он построил серию диаграмм, названных им «звезды ветров» (теперь говорят «розы ветров»). Основную пользу для моряков от этих «звезд» Фицрой видел в том, что они позволяют проложить оптимальный курс корабля и, главное, увеличить безопасность мореплавания. Надо сказать, что последнее особенно заботило Фицроя-метеоролога, поскольку на первом месте для него всегда был человеческий фактор, а затем уже - научный интерес. Он не мог не понимать, что польза от занятий климатологией весьма ограниченна, и мечтал о предсказаниях погоды, хотя это выходило за рамки официально установленных задач метеоролога-статистика.

На свой страх и риск, используя средства частных благотворителей, Фицрой налаживает производство барометров для рыбаков и составляет руководство, в котором общедоступным языком описывает способ наблюдений за давлением с помощью этих приборов и объясняет правила прогноза погоды по изменениям давления.

Осенью 1859 г. произошел случай, который окончательно увел Фицроя от метеорологической статистики: в Ирландском море, около острова Англси, жестокий шторм разбил на прибрежной мели корабль «Ройял чартер», погиб весь экипаж. Эта трагедия, случившаяся у берега, вблизи крупных портов, глубоко потрясла Фицроя, утвердив его в мысли о том, что необходимо срочно организовать государственную службу штормовых предупреждений. Ему пришлось проявить необычайную настойчивость и употребить все свое влияние (к тому времени Фицрой был уже контр-адмиралом), чтобы добиться разрешения на организацию сети из 24 метеорологических станций, связанных телеграфом с Лондоном.

Как только сеть заработала и были построены первые английские карты погоды, названные Фицроем синоптическими, он сразу же приступил к составлению прогнозов погоды на ближайшие несколько дней и распространению их с помощью телеграфа. Ему хотелось, чтобы как можно больше людей знало о надвигающихся штормах, и вот уже солидная «Тайме» впервые в истории человечества помещает на своих страницах ежедневные прогнозы погоды. Оптимизм и энергия адмирала увлекают буквально всех, его служба погоды становится популярной не только в Англии, но и на континенте, сама королева Виктория обращается к нему с просьбой предсказать погоду на период увеселительной прогулки, а уж о рыбаках и говорить нечего - вся их работа строится на прогнозах Фицроя. Воодушевленный успехом, он за четыре месяца пишет «Книгу о погоде», в которой с жаром доказывает свой основной тезис: синоптические карты составляются не для того, чтобы знать погоду сегодня, а для того, чтобы предвидеть ее на завтра. Фицрой понимал, что наука еще несовершенна, но был уверен, что она должна, обязана приносить людям пользу сейчас, а не в далеком будущем.

Прав ли был Фицрой? Нужно ли было спешить с прогнозами погоды, имея на руках лишь очень несовершенную синоптическую карту? Это трудный и больной вопрос. Не только для метеорологов времен Фицроя, но и для нас - специалистов, имеющих на вооружении электронную вычислительную технику, метеорадары, спутники и многое другое. Имеем ли мы право ежедневно обнадеживать людей прогнозами, заведомо зная, что определенный процент их не оправдается?

Если отвлечься от эмоций, на этот вопрос можно дать точный, количественно взвешенный ответ: да, мы имеем это право, если использование наших прогнозов в хозяйственной деятельности дает в среднем положительный экономический эффект. Ну а если такого эффекта нет, зато спасено несколько человеческих жизней?.. В свое время мы еще вернемся к проблеме экономической эффективности прогнозов погоды, здесь же подчеркнем, что для Фицроя не существовало такого понятия. Он измерял ценность прогнозов не фунтами стерлингов, а спасенными жизнями. Фицрой хорошо понимал ограниченность своей научной методики, но не чистый разум, а совесть и сердце руководили поступками уже стареющего капитана... И если этого не понять, столь же необоснованными могут показаться усилия всех последующих поколений синоптиков. В том-то и заключается историческая драма метеорологии, что практические запросы всегда опережали ее научные возможности. Лишь в самое последнее время они вышли примерно на один уровень, да и то в ограниченной области прогнозов погоды на небольшие сроки.

Первые грозовые облака критики над головой Фиц-роя появились спустя два года после начала публикации прогнозов. «Тайме» писала: «…каждое утро мы делаем попытку предсказать погоду на ближайшие два дня. Не вменяя себе в заслугу отдельные успехи, мы вместе с тем не желаем нести ответственности за частые неудачи этих прогнозов. В последнюю неделю природа, видимо, получила особенное удовольствие, опровергая догадки науки». Отдавая себе отчет в несовершенстве методов Фицроя, нельзя не признать упрек газеты справедливым. Разве что тон заметки... Его трудно назвать доброжелательным. Именно это и раздражало Фицроя: неужели, думал он, нельзя понять, что «законы природы всегда истинны. Это неоспоримо. Просто мы еще не научились их правильно объяснять». Фицрой жаждал получить возможность спокойно продолжать начатое дело, потому что только активная работа приближает к истине.

Однако нападки газет становились все более вызывающими. Но главное, возникла угроза административной расправы с начальником метеорологического департамента, который, конечно же, нарушал данные ему инструкции: не был Фицрой метеорологом-статистиком, вернее, не ограничился этим - вот в чем состояла его «вина». Угнетало его и негативное отношение к прогнозам погоды со стороны ученых: Лондонское королевское общество благоразумно оберегало свою репутацию.

Но была и другая Англия... Вот отрывок из письма, пришедшего Фицрою из портового городка Силлот: «За текущий год метеорологическая станция в наших краях получила тридцать три телеграммы, предупреждающие о приближении шторма, и в двадцати шести случаях шторм пришел именно оттуда, откуда его ждали». В Торговый совет поступали положительные отзывы от страховой компании в Ливерпуле, из Манчестера, Гринвича, Глазго, Эдинбурга, Лита, Данди... Значит, экономически прогнозы Фицроя все-таки были полезны!

Но, видимо, было уже поздно. Психика Фицроя, надломившаяся под тяжестью многолетнего труда, газетных издевок и иронического недоверия, не выдержала... Вечером 29 апреля 1865 г. он вернулся домой как никогда возбужденный после разговора с американским гидрографом и метеорологом Мэтью Мори, долго стоял перед столом, на котором лежала развернутая газета, лег спать около 12 ночи, но наутро признался, что сон не освежил его. Еще не было 8 утра, когда Фицрой поцеловал спящую дочь, закрыл за собой дверь туалетной комнаты, взял бритву и перерезал себе горло...

Вскоре после трагической смерти Фицроя метеорологический департамент был закрыт и выпуск прогнозов погоды прекратился, поскольку, как выразились члены специальной комиссии, «еще нет научных оснований для ежедневных предсказаний».

Но современники Фицроя хорошо помнят и другое - как жены простых рыбаков и на севере Шотландии, и на юге Англии, вспоминая о «своем капитане», сокрушенно вздыхали: «Кто теперь позаботится о наших мужьях?» Это и есть самая справедливая оценка его благородного подвижничества.

СТУПЕНИ РОСТА

После блестящих успехов Леверье в организации оперативной службы погоды и пионерских усилий Фицроя в деле практического предсказания штормов во многих странах Европы и в США тоже появились государственные метеорологические службы и институты. Однако синоптическая карта с неумолимой ясностью показывала, что погода не признает государственных границ. И вот уже в 1873 г. в Вене проходит первый международный метеорологический конгресс, решения которого имели далеко идущие последствия. В метеорологии появилась единая система мер (не придерживались ее только Англия и США), были установлены единые сроки наблюдений, выработан единый телеграфный код для передачи метеосведений. Роль телеграфа в создании служб погоды оценивалась тогда настолько высоко, что синоптическую метеорологию называли метеорологической телеграфией. Наконец, на конгрессе были заложены основы Всемирной метеорологической организации, которая и сейчас координирует метеорологические исследования на Земле.

Труды Аристотеля, Галилея и Паскаля позволяют считать метеорологию древней наукой. Это действительно так, если речь идет просто о воздухе, но если говорить о прогнозах погоды, то метеорология еще совсем молода. Ведь только во второй половине XIX в. появилась реальная возможность изучать атмосферу как единую физическую среду, одновременно обозревая весь воздушный океан. Ранее для этого не было необходимых данных. Именно стремительный рост числа наблюдений, их повсеместность и рациональная организация привели впоследствии к открытию фундаментальных свойств атмосферы, о существовании которых метеорологи - одиночки прошлого не могли и предполагать.

Итак, в 1873 г. был сделан первый крупный шаг на пути к прогнозам погоды - метеорологи увидели лик атмосферы, правда пока еще туманный. А что же прогнозы погоды? С этим явно не спешили. Не все были такими альтруистами, как Фицрой, у большинства метеорологов преобладало другое и вполне справедливое чувство - они отдавали себе отчет в том, что стоят только на пороге науки, а прогноз, как правило, есть следствие, венец ее развития. Вспомним хотя бы прогноз существования планеты Нептун, сделанный на основе развития небесной механики. Или еще один пример. Можно ли было предсказать поведение ядерного реактора, да и просто сконструировать его, не зная структуры атома? Предвидение новых >химических элементов и даже их свойств стало возможным только после открытия Д. И. Менделеевым периодической системы элементов. Сложилась естественная последовательность этапов познания в науке: наблюдение - теория - прогноз.

В 70-е годы XX в. метеорология вступила лишь на первый этап познания, теории поведения атмосферы еще не существовало. И все-таки прогнозы погоды были очень нужны, поэтому сразу же после венского метеорологического конгресса специалистам был задан вопрос: наблюдение или прогноз? Часть метеорологов защищала прогноз, ибо без него метеослужба превращается в организацию, занятую исключительно самообслуживанием. Многие стояли за «простое телеграфное извещение о фактах», в лучшем случае - за предупреждение о серьезных бурях. Некоторые требовали (и не без оснований) до поры до времени категорически запретить прогнозы.

Но жизнь есть жизнь, и через 2 года 8 месяцев после смерти Фицроя вновь стали выпускаться прогнозы погоды, причем печатались они в той же «Тайме». Не отставала от своей бывшей метрополии и Америка, там дело было поставлено на коммерческую основу: бюллетени с прогнозами погоды распространялись по подписке, причем составлялись они с учетом самых разнообразных требований потребителей (иногда в ущерб точности прогнозов), чем и заслужили большую популярность. Число подписчиков бюллетеней к концу XIX в. достигло 9300. Во Франции дело подвигалось несколько медленнее. Разрешение на выпуск прогнозов погоды Леверье смог получить только через 9 лет после триумфа первой синоптической карты, после личного свидания с Наполеоном III. Но уже в 1877 г. 1230 сельских общин во Франции получали оперативные предупреждения о заморозках и других нежелательных явлениях природы.

Метеорологи других европейских стран старались уклоняться от составления прогнозов погоды либо давали их, придерживаясь крайне осторожных формулировок. Так, в Дании для прогноза существовало всего три формулировки: «хорошая погода», «неустойчивая погода» и «плохая погода». Берлинское Центральное бюро штормовых предупреждений, само название которого говорило о назначении этой организации, несмотря на давление сверху за 10 лет выпустило 9 (!) штормовых предупреждений. Только в 1876 г. реорганизованная метеорологическая телеграфная служба Германии опубликовала первый бюллетень с картой погоды и прогнозом для Северного и Балтийского морей.

Первая синоптическая карта в России, правда очень небольшая по охвату территории, была составлена в 1872 г. в Главной физической обсерватории. С самого начала деятельности обсерватории, то есть с 1849 г., она была не только местом наблюдений за погодой, проводившихся в Санкт-Петербурге, но и центром метеорологических исследований в России. К тому времени, когда в обсерватории были развернуты синоптические работы, в нее поступали телеграфные сообщения о погоде с 55 отечественных и 19 зарубежных станций. Организация службы погоды, выпуска ежедневного бюллетеня и составления штормовых предупреждений - заслуга моряка по профессии и метеоролога по призванию М. А. Рыкачева. Морское ведомство, как и во многих других странах, первым проявило, так сказать, официальный интерес к метеорологии. Еще до организации синоптических исследований в Петербурге установили штормовую сигнальную мачту, на которую при приближении шторма поднимали специальные конусы и цилиндры, а ночью - фонари.

Синоптическая карта значительно расширила возможности русской прогностической службы, ее результативность стала расти, но, конечно, постепенно - ведь для выработки правил прогноза нужно было время. В 1877 г., то есть вскоре после появления первой синоптической карты, правильный прогноз содержался в 62% всех разосланных русской прогностической службой оповещений о штормах, через 22 года число оправдавшихся прогнозов выросло до 79,5%.

Надо сказать, что приведенные цифры были характерны в то время для всех стран, в которых метеорология занимала передовые позиции. И по сей день уровень оправдываемости прогнозов погоды в развитых странах остается примерно одинаковым, хотя и растет с течением времени. Иначе и не может быть, так как эффективность метеорологических прогнозов, где бы они ни составлялись, зависит от степени изученности атмосферы над всем земным шаром, и если, скажем, плохо известны законы, управляющие погодой в тропиках, это отрицательно скажется на качестве прогнозов и в США и в России.

Следующий решительный шаг на пути к научным прогнозам погоды был сделан только через полвека после венского метеорологического конгресса. Длительный этап наблюдений за погодой и накопления фактов завершился их теоретическим обобщением. И произошло это в маленькой Норвегии, в самом конце первой мировой войны.

Со времен непоседливых викингов Норвегия жила и живет морем, поэтому, как и в Англии, прогнозы погоды на морях - важнейшее подспорье хозяйству этой страны. Между тем во время первой мировой войны Норвегия была практически лишена метеорологической информации, так как воюющие страны (а это были практически все страны Европы) держали ее в секрете.

В июле 1917 г. норвежец Вильгельм Бьеркнес, занимавшийся и ранее метеорологическими проблемами, вместе с сыном Якобом и ассистентом Сульбергом покидает геофизический институт в Лейпциге и приезжает в город Берген, расположенный на берегу неспокойного Норвежского моря, где, кстати, повторяемость циклонов самая большая в Европе. Здесь он организовывает свой геофизический институт, бывший, по его словам, «импровизированной службой погоды в Норвегии». Почему же так иронично - «импровизированной»? Дело в том, что В. Бьеркнес был теоретиком и весьма сдержанно относился к идее всякого прогноза погоды до завершения теоретического исследования атмосферы. Но, как и Фицрой, он оказался на поверку не только настоящим ученым, но и человеком, неравнодушным к трудностям своей страны. При составлении прогнозов погоды Бьеркнесу приходилось идти на известный компромисс с научной совестью - человеческий фактор вновь перевесил.

Но истинный ученый остается таковым всегда. Вместе со своим сыном, ассистентом Сульбергом и метеорологом Туром Бержероном Бьеркнес активно изучает циклоны по синоптическим картам и выделяет на этих картах две примечательные линии, на которых имеют тенденцию особенно сильно сходиться, или конвергировать, воздушные потоки. Но главное, что удается обнаружить Бьеркнесу, состоит в следующем: линии конвергенции разделяют в циклоне области теплого и холодного воздуха, более того, зоны дождей, шквалов и гроз тоже «привязаны» к этим линиям. Понятно, что открытие определенной локализации разных типов погоды внутри циклона позволило давать ее прогноз более точно. Как же удалось норвежскому исследователю и его сподвижникам увидеть на карте то, что скрывалось от других синоптиков более полувека? Все объясняется очень просто: здравым научным подходом к проблеме и, главное, тем, что в распоряжении Бьеркнеса имелись самые подробные в мире синоптические карты. Изолированной от источников метеорологической информации Норвегии не оставалось ничего другого, как организовать на своей маленькой территории очень частую сеть метеорологических станций. Это блестящий пример влияния количества информации на развитие метеорологии и качество прогнозов. Проблема информации тогда себя лишь обнаружила, а проявилась во всей полноте уже в наше время.

Итак, если на картах Леверье циклон выглядит однородным атмосферным образованием, то на картах, построенных норвежскими учеными, появился сложный рисунок распределения температуры воздуха, облачности и осадков (см. рис. после этого абзаца). Оказалось, что теплый воздух затягивается в циклон не по всей его восточной (правой) половине, а в достаточно ограниченном секторе, расположенном в южной и юго-восточной частях циклона между двумя линиями конвергенции. Облачность и осадки распределены в циклоне неравномерно. Обложные дожди выпадают преимущественно перед первой (восточной) линией сходимости воздушных потоков, а также в центре циклона.

Ливневые дожди и грозы сосредоточены в узкой полосе вдоль второй (западной) линии конвергенции.
Открытие и изучение линий конвергенции в циклоне, на которых резко меняются свойства воздушных масс, - главное научное завоевание норвежской метеорологической школы. Эти линии по аналогии с линиями на картах военных действий, еще очень памятных в послевоенные 1919 - 1921 гг., назвали атмосферными фронтами. Поскольку в умеренных широтах циклоны обычно перемещаются с запада на восток, через пункт наблюдений сначала проходит восточный фронт циклона, за которым поступает теплый воздух, поэтому этот атмосферный фронт был назван теплым. Затем к наблюдателю приближается западный, холодный фронт циклона, при прохождении которого температура воздуха резко падает.

Открытие атмосферных фронтов, прежде всего, позволило улучшить качество прогнозов погоды: зная направление и скорость смещения циклона, можно заранее вычислить время прохождения фронтов и сопутствующих им погодных явлений через пункт, для которого составляется прогноз. В научном плане работы норвежцев открыли эпоху фронтологического анализа погоды и стали основой фронтальной теории зарождения и развития циклонов. Принципы фронтологического анализа явились высшим достижением изобарической синоптики и были главной научной базой прогнозов погоды вплоть до конца 40-х годов нашего столетия.

Ступени роста, упомянутые в названии этого раздела книги, на нем видны очень ясно. Период 1935-1940 гг. дает представление о средней успешности прогнозов погоды, основывавшихся на принципах изобарической синоптики и фронтологического анализа. Она составляет всего лишь 60% несмотря на все перечисленные достижения науки. В технике прогнозов не хватало чего-то очень важного, что появилось в конце 40-х годов. Именно с этого времени отмечался бурный рост оправдываемости синоптических прогнозов: за 7 лет (1947 - 1953 гг.) она поднялась на 15%! Что же произошло?

Научно-технические достижения не рождаются на пустом месте, и в данном случае такой резкий скачок успешности прогнозов был предопределен исследованиями, начавшимися еще в XVIII в. В 1754 г. М.В. Ломоносов предлагает проект «аэродромической машинки», по существу представлявшей собой летательный аппарат тяжелее воздуха, «которая поднимала бы вверх термометры и другие малые инструменты метеорологические». Подняться в воздух этой «машинке» было не суждено, но идея не пропала, и уже в 1783 г. французский физик Шарль на воздушном шаре братьев Монгольфье проводит первые наблюдения за температурой и давлением воздуха до высоты 3467 м. Результаты наблюдений Шарля и других отважных ученых поражали: с высотой температура понижалась, а ветер усиливался и менял направление; внизу шел дождь, а вверху сияло солнце. Не следует сравнивать данные цифры, характеризующие оправдываемость прогнозов погоды, с приведенными ранее, так как они считались по разным методикам.

Во второй половине XIX в. разносторонний русский гений Д.И. Менделеев предпринял попытку установить общие законы изменения погоды с высотой, но до объективных оснований для открытия этих законов и тем более до их применения в прогнозах погоды тогда было еще далеко: требовались массовые и регулярные наблюдения в высоких слоях атмосферы.

История этих наблюдений, называемых аэрологическими, богата интересными техническими решениями: метеорологические приборы поднимали в воздух на воздушных шарах, аэростатах, воздушных змеях и самолетах. К 1930 г. многое из жизни верхней атмосферы было известно, но наблюдения все еще оставались эпизодическими и не использовались в прогнозах погоды. Оперативными и полезными для службы прогнозов их сделало радио, так же как за полвека до этого телеграф «оживил» информацию о наземной погоде, ставшую ос новой синоптической метеорологии. Но на сей раз важное для метеорологии событие произошло не в Париже, а под Ленинградом, в Павловске, где 30 января 1930 г. поднялся в небо первый в мире радиозонд, сконструированный П. А. Молчановым. Справедливости ради следует отметить, что мы были первыми, хотя и с минимальным преимуществом. Идея радиозондирования возникла одновременно в нескольких странах в связи с изобретением вакуумных радиоламп и легких радиопередатчиков - в мае того же 1930 г. метеорологические радиозонды поднялись в воздух под Парижем и Берлином. Однако достаточно частую мировую сеть аэрологических станций удалось создать лишь после второй мировой войны.

Именно это достижение и отражает первая ступень роста оправдываемости прогнозов погоды в 1946-1953 гг. Оперативный анализ трехмерной структуры атмосферы позволил открыть такие закономерности ее жизни, без понимания которых современная синоптика немыслима. Стало, например, значительно легче прогнозировать направление и скорость перемещения циклонов. Оказалось, что приземные барические центры движутся в соответствии с направлением ветра на высоте 5 км со скоростью, в два раза меньшей скорости высотного воздушного потока. Изучение вертикальной структуры атмосферных фронтов привело к созданию новых методов прогноза дождей и снега. Наконец, были открыты струйные течения - довольно узкие протяженные скоростные потоки на высоте 8-12 км, связанные все с теми же фронтами, что имело чрезвычайно важное значение для авиации.

Итак, в конце 40-х годов в синоптике были пересмотрены физические представления о формировании погоды, и то, что эти представления приблизились к истине, немедленно сказалось на качестве прогнозов.

Следующий резкий скачок качества прогнозов погоды приходится на 1961 - 1967 гг. К этому времени метеорологической информации стало так много, что синоптики не успевали ее обрабатывать за то короткое время, которое отведено на подготовку прогноза. Помощниками человека стали электронные вычислительные машины (ЭВМ). Сначала ЭВМ использовались для подготовки информации к прогнозу, но вскоре они стали составлять прогнозы погоды по схеме, разработанной человеком. Эта схема основывалась на применении теоретических законов гидромеханики и термодинамики для условий земной атмосферы. Таким образом, метеорология обрела свою теорию, которая оказалась, как свидетельствуют графики оправдываемости прогнозов, достаточно эффективной.

Без ЭВМ использование метеорологической теории в целях прогноза погоды невозможно, потому что для решения уравнений гидро- и термодинамики в современных условиях, при которых прогноз дается хотя бы даже на сутки вперед, требуется выполнить несколько миллиардов операций (арифметических действий). Причем такой трудоемкий счет нужно произвести всего за 2-3 часа, иначе прогноз погоды на следующий день будет составлен очень поздно и никому уже не понадобится.

Ровный ход оправдываемости прогнозов в течение 70-х годов означает, что несмотря на повышение уровня вычислительной технологии и даже появление метеорологических ИСЗ был достигнут некоторый предел возможностей метеорологической науки. В чем же здесь дело?

Для всякой численной схемы прогноза погоды необходима очень подробная информация о состоянии атмосферы в начале счета прогноза. ... Сеть аэрологических станций позволяет получать такую информацию, но только на суше. На океанах же среднее расстояние между такими станциями (островными и специальными кораблями погоды) в лучшем случае 1000—1500 км, а в некоторых районах — намного больше. Значит, на океанах наша информация о состоянии всей толщи атмосферы носит самый приблизительный характер. Вспомнив, что доля площади, занимаемой океаном, составляет на Земле 71%, мы поймем главную причину отсутствия прогресса в оправдываемости прогнозов погоды с конца 60-х годов: не хватает данных. Везде говорят об информационном взрыве, а метеорологи — об информационном голоде!

Вполне логично связать дальнейший прогресс оправдываемоести прогнозов с использованием данных метеорологических ИСЗ, ведь с их помощью можно собирать информацию со всей поверхности планеты, и даже океан им не помеха. Первые метеорологические ИСЗ были запущены еще в 60-х годах, и автор этой книги вместе с другими метеорологами искренне радовался первым изображениям облачности циклонов и фронтов, полученным из космоса. Наконец-то предмет твоих исследований непосредственно виден на фотографии! Но очень долгое время таким „взглядом со стороны" и приходилось ограничиваться. Дело в том, что телевизионная аппаратура ИСЗ способна наблюдать только за такими параметрами состояния атмосферы, как облачность и туманы. Конечно, и этого уже много. Спутниковые фотографии позволили, например, заблаговременно обнаруживать над морем тропические циклоны (тайфуны) — источник самых разрушительных бурь на Земле, по форме облаков можно уточнять положение атмосферных фронтов над океаном, прогнозировать перемещение циклонов, рассчитывать скорость ветра. Но все-таки тех данных, которые очень нужны для расчетов на ЭВМ,— о температуре, давлении и влажности воздуха на разных уровнях в атмосфере — с ИСЗ долгое время получать не могли. Только в самые последние годы появилась аппаратура (многоканальные радиометры), которая позволяет по излучению атмосферы в разных участках инфракрасной части спектра восстанавливать вертикальные профили давления, температуры и влажности воздуха. Таким образом, ИСЗ теперь в состоянии заменить радиозонды и собирать данные о вертикальной структуре атмосферы над любым участком поверхности земли. В этом заключается наиболее ценный вклад ИСЗ в решение проблемы прогноза погоды. Рост успешности прогнозов в 80-х годах в значительной степени был связан именно с передовой технологией сбора метеорологической информации. Справедливости ради следует отметить и заслуги ученых, создающих новые схемы прогноза погоды и продолжающих изучение атмосферы. Как бы совершенны ни были ЭВМ и ИСЗ, без понимания механизма формирования погоды ее прогноз будет малоуспешен. К анализу атмосферы как физической среды мы приступим в следующей главе.

При использовании данных материалов в других информационных источниках ссылка на сайт Гидрометцентра России meteoinfo.ru обязательна.

увеличить

увеличить

увеличить

0


Вы здесь » Древний Рим: Республика » Наука Древнего Рима » История развития метеорологии как науки.


Рейтинг форумов | Создать форум бесплатно © 2007–2017 «QuadroSystems» LLC