Вопросы о погоде - Астапенко Павел Дмитриевич. Страница 27

6.17. Что такое климатические справочники и для чего они нужны?

Климатические справочники – источник информации о климате той или иной местности. Они содержат средние обобщенные за длительный период наблюдений цифровые данные о режиме основных метеорологических величин, а также предельные максимальные и минимальные их значения, характеризующие их состояние и колебания на протяжении суток, месяцев и сезонов.

В климатических данных нуждаются все отрасли народного хозяйства. Особенно остро они необходимы при планировании строительства новых предприятий, транспортных магистралей, линий связи и электропередачи, жилых массивов, а также при выполнении многих других работ, в том числе связанных с освоением земельных площадей, осушением болот, лесонасаждениями, созданием водохранилищ, ирригационных и мелиоративных или оросительных систем.

Практически любые работы – строительные, сельскохозяйственные и т. д. – требуют учета характерных для той или иной конкретной местности условий погоды: режима температуры, осадков, ветра, повторяемости и интенсивности различных метеорологических явлений (например, туманов, метелей, гроз, гололеда, шквалов, ураганных ветров и т. п.).

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

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

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

6.19. Насколько устойчивы средние климатические данные?

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

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

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

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

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

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

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

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

6.22. Насколько велика энергия, заключенная в атмосферных процессах?

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

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