алаклавская буря, в своем вихреобразном движении подобна планете, мчащейся в пространстве. Какая ирония судьбы: человеческий разум способен за сотни лет вперед предвидеть положения планет, затмения, соединения, противостояния и т. п. — все то, что происходит в недосягаемом пространстве; а то, что совершается здесь, на Земле, окутано еще для пытливой человеческой мысли завесой непонимания!
Леверье казалось, что он разрешил бы эту загадку, если бы для вычислений имелся у него материал. Он обращается к ряду ученых, которые вели в то время метеорологические наблюдения, с просьбой доставить ему наблюдения за предшествовавшие буре дни — 12 и 13 ноября 1854 г. Полученные им данные, обработанные и сгруппированные, показали, что астроном был прав. Математическая мысль и здесь может торжествовать. Буря у Крымских берегов — не местного происхождения. Она пришла вихрем, вращаясь вокруг оси, подобно Нептуну в далеком мировом пространстве, и шла сюда в течение двух дней через Италию и Балканский полуостров. Леверье торжественно заявил, что если бы у него заблаговременно были в руках наблюдения этой бури, переданные по телеграфу, то он, сообразив направление движения бури и рассчитав скорость ее продвижения, мог бы телеграфировать на театр военных действий и предупредить союзников о надвигающейся опасности.
Практическое следствие теоретических рассуждений было так очевидно, что Леверье удалось вскоре же при правительственной поддержке наладить первую государственную службу погоды — систему предсказания погоды по телеграфу из Франции. С 1857 г. к этой системе стали примыкать и другие государства. Так возникла синоптическая метеорология — собирание одновременно производимых метеорологических наблюдений в разных местах и обработка их в едином центре, откуда на основании изданной карты погоды стало возможным делать первые предсказания ожидаемой погоды. В дальнейшем делу, начатому Леверье, сильно помогли другие страны. С этих пор и начало развиваться учение о строении и движении циклонов и антициклонов и о барическом рельефе. У нас синоптические карты стали выходить с 1872 г. Так как в большинстве случаев циклоны движутся с запада, то Россия оказалась в особенно счастливом положении: наблюдения, производимые в Западной Европе, сообщенные нам по телеграфу, уже дают богатый материал для предсказания погоды у нас. Циклон, возникший где-либо в Исландии, прежде чем попасть к нам, должен пройти над Англией, Францией, Германией; наиболее краткий его путь в наш Союз будет лежать все же через Скандинавию. Сеть метеорологических станций на нашей территорий уже будет иметь значение для востока Союза и Сибири. Но это не значит, что для нас собственная сеть станций может иметь только второстепенное значение. Дальнейшая разработка синоптической метеорологии показала, что для полного уяснения законов, управляющих движением циклонов и антициклонов, недостаточно единичного их изучения, а необходимо исследование барического рельефа всего земного шара или по крайней мере северного полушария.
ПОЛЯРНАЯ ШАПКА ХОЛОДНОГО ВОЗДУХА
Выше мы изложили теорию образований циклонов, как следствие встречи двух воздушных течений, одного теплого, идущего из южных тропических областей, и другого — холодного — из приполярных северных стран. Эта теория, высказанная впервые норвежским ученым Бьеркнесом и ныне разработанная Бержероном — представителями Бергенской школы в синоптической метеорологии, все более и более находит себе сторонников, и на основе ее принципов теперь составляются у нас в СССР ежедневные карты Центрального бюро погоды в Москве и Областного — в Ленинграде.
По воззрениям Бергенской школы, массы воздуха как в циклонах, так и в антициклонах не однородны. Они состоят из частей разнородных потоков. Они не смешиваются между собою, а движутся рядом, отграничиваясь один от другого линиями раздела, носящими название теплого и холодного фронтов, как это мы видели выше. Теплый воздух, притекающий с юга в верхнем слое тропосферы к полюсу и опускающихся там от охлаждения, образует над полюсом постоянную шапку холодного или арктического воздуха, края которой, в среднем, на широте 60–65° (в северном полушарии) имеют наклон к земной поверхности, по которому проходит "поверхность раздела". Но эта "средняя" граница полярной воздушной шапки никогда не сохраняет своих правильных очертаний, части ее иногда отделяются в виде "капли" к югу — и опускаются в тылу теплых циклонических секторов или "языков" тропического воздуха, стремящихся, наоборот, прорваться к северу. На рис. 86 мы видим как раз, что такой теплый "язык" вдается в Скандинавии и Баренцовом море до Новой Земли— следовательно, здесь имеет место большой циклон, тогда как вдоль Карелии происходит натиск полярного фронта к югу, — в тылу циклона, прорывающего полярный фронт в Сибири. Эта схема лучше всего помогает усвоить идеи Бергенской школы, хотя в действительности дело бывает сложнее, и полярная воздушная шапка сильно наклоняется иногда набекрень и полярная капля спускается до Северной Африки.
Рис. 86.Полярная шапка воздуха и натиск холодного фронта на юг.
На прилагаемой карте погоды 19 февраля 1932 г. (рис. 87) видно, как "капля" арктического воздуха (АВ), спустившись вдоль Урала, охладила воздух Южной Европы до 10°—15° мороза; она заполняет имеющий здесь место антициклон с 1040 мб в центральной его части, В то же время обширная область низкого давления над Феноскандией, Баренцовым и Карским морями и над всем нашим севером заполнена тремя циклоническими центрами до 980 мб, с языками теплого воздуха, поднявшими здесь температуру до 3°—40 выше нуля. Область низкого давления заполнена морским воздухом, пришедшим сюда из Атлантического океана и согретым теплым течением Гольфстрима. Вот почему в Ленинграде и даже на Мурмане зимой иногда бывает теплее чем на юге, а на Новой Земле теплее чем в Архангельске.
Рис. 87.Карта погоды, составленная по новому методу.
АТМОСФЕРНАЯ МАШИНА
Атмосферная циркуляция с ее циклонами и антициклонами и прорывом полярного и тропического фронтов может быть представлена так. Вокруг каждого полушария существуют четыре широтных кольца или зоны воздуха — экваториальная, тропическая, полярная или переходная и арктическая. В первой зоне господствуют пассаты. Из тропической зоны, прорывая фронт, выделяются теплые "языки" воздуха, а из арктической шапки — холодные "капли". Промежуточная же между ними зона полярного или "переходного" воздуха, между 45° и 70° широты (рис. 88) является той ареной, на которой возникают, растут и распадаются циклоны; в тылу циклонов происходит обвал арктических масс воздуха.
Рис. 88. Схема взаимоотношения холодного и теплого фронтов.
Формы "языка" и "капли" не случайны. Острый язык или клин теплого воздуха, имея в общем стремление с юга на север, прокладывает себе путь с большим трудом среди "нейтральных" частиц "переходного" воздуха, обладающих меньшей скоростью вращения, и своей формой как бы следует суживающимся к полюсам меридианам. Наоборот, "капля" холодного воздуха, устремляясь с севера на юг, легко прокладывает себе путь, внедряясь под теплый воздух. Растекаясь на восток и запад, вследствие ускоренного вращения частиц тропосферы, она следует форме расходящихся меридианов.
Таким образом, "переходный" воздух пассивен, а зоны арктического и тропического воздуха динамичны. Циклоны в атмосферной машине играют роль как бы трансмиссионных колес между двумя зонами — арктической и тропиками.
Циклон никогда почти не бывает одиночным, а наблюдается целая семья их, следующих друг за другом — отца, сына и внука (терминология Бьеркнеса), причем отец идет несколько впереди, сын же и внук отстают; в тылу каждого из них наблюдается прорыв арктического воздуха к югу (рис. 89).
Рис. 89.Схемы циклонов.
Вдоль линии всех членов семьи этот прорыв бывает иногда столь значителен, что превращается в самостоятельное образование — в полярный антициклон, иногда далеко проникающий на юг. В среднем, семья циклонов проходит через данное место наблюдения с запада на восток в 51/2. Днем затем следует антициклон, т. е. как бы опускается завеса полярного фронта над циклоническим процессом. Далее идет новая семья циклонов, заключающаяся новым антициклоном, и, таким образом, весь процесс циркуляции атмосферы в средних широтах можно себе представить, при идеальном его течении, в виде четырех полярных воздушных потоков, которые, прорываясь между каждыми двумя семействами циклонов, разделяют их и несут холодный воздух в более южные широты. Вся система при этом вращается вокруг полюса в направлении с запада на восток и через каждые 22 (51/2х4) дня приходит в свое исходное положение (рис. 90). В чистом виде эта схема наблюдается в южном полушарии, где материков мало и они не искажают процесса. Наоборот, в северном полушарии обилие суши и горных хребтов никогда почти не позволяет проследить процесс в чистом виде.
Рис. 90.Циркуляция течений в тропосфере.
КАК В ОБСЕРВАТОРИИ ПРЕДСКАЗЫВАЮТ ПОГОДУ
В погоде заинтересованы все, и потому все жаждут достоверных предсказаний. Когда предсказание не сбывается, обрушиваются на обсерваторию, высмеивают метеорологов и метеорологию. Мало кто задумывается над тем, насколько трудно давать такие предсказания. Курьезно, что многие воображают, будто предсказания погоды в Ленинграде дает Пулковская обсерватория. В канцелярии этой астрономической обсерватории часто получаются письма с упреками по поводу несбывшихся предсказаний. На самом же деле погоду изучают у нас и делают попытки предсказаний (т. е. несут государственную службу погоды) особые Бюро погоды в составе Единой гидрометеорологической службы в Москве и Ленинграде.
Как же современные метеорологи пытаются предсказать ход погоды? Говорим: "пытаются потому что метеорология далеко еще не достигла той высоты, которая, как в астрономии, дает возможность за тысячи лет вперед предсказать солнечные затмения с точностью до минуты времени. Метеорология находится еще на первых ступенях своего развития. Число причин и воздействий, влияющих на погоду, очень велико, и далеко не все они ясны, — поэтому и предвидение погоды нелегко. На предсказания погоды пока нужно смотреть, как на искусство, а на предсказателя — как на искусног