В атмосфере непрерывно протекают различные физические процессы: изменяется температура, влажность, происходит конденсация водяных паров, возникают туманы, облака, выпадают осадки или происходит испарение облачных капель; солнечные лучи нагревают атмосферу, ионизируют ее, приводят в движение по горизонтали и вертикали и т. д. Все эти многочисленные и сложные процессы не являются изолированными один от другого, наоборот, они тесно связаны между собой, взаимно влияют один на другой. Кроме того, все процессы, протекающие в атмосфере, тесно связаны с физическими процессами, протекающими в поверхностном слое почвы.
Для измерения этих метеорологических элементов существуют разнообразные приборы. Их устанавливают в служебных помещениях и на открытых площадках метеорологических станций.
Наблюдения на одной станции дают характеристику физического состояния атмосферы только в одном пункте. Чтобы видеть состояние атмосферы на большой площади, например на территории государства, необходимо организовать густую Сеть станций, Распределенных по всей изучаемой территории.
Такая сеть станций не простое увеличение числа пунктов наблюдений; она дает новые возможности, технически недоступные отдельным пунктам наблюдений. Результаты наблюдений сети станций, соответственно обработанные и нанесенные на географическую карту, дают возможность видеть физическое состояние атмосферы и распределение погоды на больших площадях.
2. Первый свод знаний об атмосферных явлениях был составлен Аристотелем, взгляды которого затем долго определяли представления об атмосфере. В средние века регистрировались наиболее выдающиеся атмосферные явления, такие, как катастрофические засухи, исключительно холодные зимы, дожди и наводнения.
Современная научная метеорология ведет начало с XVII в., когда были заложены основы физики, частью которой на первых порах являлась метеорология. Галилеем и его учениками были изобретены термометр, барометр, дождемер, появилась возможность инструментальных наблюдений. В это же время появились первые метеорологические теории.. К середине XVIII столетия М. В. Ломоносов уже считал метеорологию самостоятельной наукой со своими методами и задачами, из которых главной, по его мнению, было «предзнанне погод»; он создал первую теорию атмосферного электричества, построил метеорологические приборы, высказал ряд важных соображений о климате и о возможности научного предсказания погоды. Во второй половине XVIII в. создана в Европе на добровольной основе сеть из 39 метеорологических станций (в том числе три в России — С.-Петербург, Москва, Пышменский завод), укомплектованных единообразными.
проградуированными приборами. Сеть функционировала 12 лет. Результаты наблюдений были опубликованы. Они стимулировали дальнейшее развитие метеорологических исследований. В середине XIX столетня возникают первые государственные сети станций, а уже в начале века трудами А. Гумбольдта и Г. Д. Дове в Германии закладываются основы климатологии. После изобретения телеграфа, синоптический метод исследования атмосферных процессов быстро вошел в общее употребление. На основе возникла служба погоды и новая отрасль метеорологической науки — синоптическая метеорология.
К середине XIX в. относится организация первых метеорологических институтов, в том числе Главной физической (ныне геофизической) обсерватории в Петербурге (1849). Ее директору (с 1868 по 1895 г.) Г. И. Вильду принадлежат историческая заслуга организации в России образцовой метеорологической сети и ряд капитальных исследований климатических условий страны.
Во второй половине XIX столетия были заложены основы динамической метеорологии, т. е. применения законов гидромеханики и термодинамики к исследованиям атмосферных процессов. Большой вклад в эту область метеорологии был сделан Кориолисом во Франции.
Развитие метеорологии в XX столетии шло все нарастающими темпами. В очень краткой характеристике этого развития назовем только несколько областей. Работы по теоретической метеорологии, особенно в Советском Союзе, все более сосредоточивались на проблеме численного прогноза, хотя пионерская работа. С появлением ЭВМ эти первоначально чисто теоретические исследования очень быстро нашли применение в практике работы службы погоды СССР, США, Англии, Франции, Германии и многих других стран. Синоптическая метеорология также быстро шагнула вперед, началась разработкаь важнейшую в практическом отношении проблему долгосрочного прогноза погоды.
Большие успехи достигнуты с начала XX в. в области аэрологических исследований. Во многих странах выдвинулись выдающиеся организаторы и исследователи в этом, тогда еще новом, направлении. В частности, в Велик в XX в. и прогресс в актинометрии. — учении о радиации в атмосфере.
Во второй половине XX столетия огромное значение приобрели проблемы загрязнения атмосферы и распространения примесей как естественного, так и антропогенного происхождения. Потребовалось создание специальной службы загрязнений.
Во всем мире и в нашей стране объем метеорологических исследований и число публикаций бурно растут; накоплен большой опыт международного сотрудничества в проведении таких международных программ, как Программа исследования глобальных атмосферных процессов, и уникальных экспериментов, подобных Международному геофизическому году (1957—1958).
3. Атмосфера Земли — это газовая оболочка нашей планеты.
Считается, что в начале своего существования наша планета вообще не имела газовой оболочки. Но молодое, новообразованное небесное тело постоянно развивалось. Первичная атмосфера Земли образовалась в результате постоянных извержений вулканов. Именно так за много тысяч лет вокруг Земли образовалась оболочка из водяного пара, азота, углерода и других элементов (кроме кислорода). Поскольку количество влаги в атмосфере ограничено, то ее избыток превращался в осадки — так формировались моря, океаны и прочие водоемы. В водной среде появлялись и развивались первые организмы, заселившие планету. Большинство из них относилось к растительным организмам, вырабатывающим кислород путем фотосинтеза. Таким образом, атмосфера Земли начала наполняться этим жизненно необходимым газом. А в результате скопления оксигена образовался и озоновый слой, которые защищал планету от губительного влияния ультрафиолетовых излучений. Именно эти факторы и создали все условия для нашего существования.
4. Формирование химического состава атмосферы началось около четырех миллиардов лет назад. Изначально атмосфера состояла лишь из легких газов – гелия и водорода. По мнению ученых исходными предпосылками создания газовой оболочки вокруг Земли стали извержения вулканов, которые вместе с лавой выбрасывали огромное количество газов. В дальнейшем начался газообмен с водными пространствами, с живыми организмами, с продуктами их деятельности. Состав воздуха постепенно менялся и в современном виде зафиксировался несколько миллионов лет назад.
Главные же составляющие атмосферы это азот (около 79%) и кислород (20%). Оставшийся процент приходится на следующие газы: аргон, неон, гелий, метан, углекислый газ, водород, криптон, ксенон, озон, аммиак, двуокиси серы и азота, закись азота и окись углерода.
Кроме того, в воздухе содержится водяной пар и твердые частицы (пыльца растений, пыль, кристаллики соли, примеси аэрозолей).
В последнее время ученые отмечают не качественное, а количественное изменение некоторых ингредиентов воздуха. И причина тому – человек и его деятельность. Только за последние 100 лет содержание углекислого газа возросло в десять раз! Это чревато многими проблемами, самая глобальная из которых – изменение климата.
5. Как известно, газовая оболочка нашей планеты состоит из нескольких слоев — это тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера. Нельзя провести четкие границы между этими слоями — все зависит от времени года и широты участка планеты.
Тропосфера — нижняя часть газовой оболочки, высота которой составляет в среднем от 10 до 15 километров. Именно здесь сосредоточенная большая часть атмосферного воздуха. Кстати, именно тут находится вся влага и формируются облака. За счет содержания кислорода тропосфера поддерживает жизнедеятельность всех организмов. Кроме того, она имеет решающее значение в формировании погоды и климатических особенностей местности — здесь образуются не только облака, но и ветра. Температура падает с высотой. Стратосфера — начинается от тропосферы и заканчивается на высоте от 50 до 55 километров. Здесь температура с высотой растет. Эта часть атмосферы практически не содержит водяного пара, но зато имеет озоновый слой. Иногда здесь можно заметить образование «перламутровых» облаков, которые можно увидеть только ночью — считается, что они представлены сильно конденсированными водяными каплями.
Мезосфера — тянется до 80 километров ввысь. В этом слое можно заметить резкое падение температуры по мере продвижения вверх. Здесь также сильно развита турбулентность. Кстати, в мезосфере образовываются так называемые «серебристые облака», которые состоят из небольших кристаллов льда — увидеть их можно только ночью. Интересно, что у верхней границы мезосферы воздуха практически нет — его в 200 раз меньше, чем возле земной поверхности.
Термосфера — это верхний слой земной газовой оболочки, в котором принято различать ионосферу и экзосферу. Интересно, что с высотой температура здесь очень резко поднимается — на высоте 800 километров от земной поверхности она составляет более 1000 градусов Цельсия. Ионосфера характеризируется сильно разжиженным воздухом и огромным содержанием активных ионов. Что же касается экзосферы, то эта часть атмосферы плавно переходит в межпланетное пространство. Стоит отметить, что термосфера не содержит в себе воздуха. Можно заметить, что атмосфера Земли — это очень важная часть нашей планеты, которая остается решающим фактором в появлении жизни. Она обеспечивает жизнедеятельность, поддерживает существование гидросферы (водной оболочки планеты) и защищает от ультрафиолетовых излучений.