Лекция 1
1. КЛИМАТОЛОГИЯ И МЕТЕОРОЛОГИЯ
1.1. Климатология и метеорология как наука, связь с другими науками
1.2. История развития метеорологии
1.3. Вертикальное строение атмосферы
1.4. Состав воздуха и роль газов в атмосфере
Климатология и метеорология как науки, связь с другими науками
Метеорологией называется наука об атмосфере, о ее составе, строении, свойствах и протекающих в ней физических и химических процессах. Теоретической основой метеорологии служат общие законы физики и химии, записанные применительно к атмосфере. Главными задачами метеорологии являются описание состояния атмосферы в данный физический момент времени и прогноз ее состояния на будущее. В некоторых случаях возникает необходимость восстановить состояние атмосферы в прошлом. Климатологией называется раздел метеорологии, в котором изучаются закономерности формирования климатов, их распределения по земному шару и изменения в прошлом и будущем. Под климатом в узком смысле слова, или локальным климатом, понимают совокупность атмосферных условии за многолетний период, свойственных тому или иному месту в зависимости от его географической обстановки. В таком понимании климат является одной из физико-географических характеристик местности. Климатом в широком смысле, или глобальным климатом, называется статистическая совокупность состояний, проходимых системой «атмосфера - океан - суша - криосфера - биосфера» за периоды времени в несколько десятилетий. В таком понимании климат есть понятие глобальное. Климат, являясь одной из физико-географических характеристик среды, окружающей человека, оказывает решающее влияние на хозяйственную деятельность людей: на специализацию сельского хозяйства, размещение промышленных предприятий, воздушный, водный и наземный транспорт и т. п. Знание основ метеорологии и климатологии необходимо для подготовки специалистов в области инженерной защиты окружающей среды [5]. Ход метеорологических процессов оказывает влияние на все стороны жизни человеческого общества: определяет гидрологический режим водных объектов; без метеорологической информации не могут обойтись авиация, морской, железнодорожный транспорт; от погодных условий зависят коммунальные службы городов, сельскохозяйственное производство. Погода влияет на самочувствие людей и их работоспособность. В задачи современной метеорологии входят: повсеместные и непрерывные метеорологические наблюдения; обобщение и изучение материалов наблюдений с целю установления причин изменений метеорологических элементов и явлений погоды, установление законов, управляющих их развитием; разработка методов предсказания погоды; обеспечение отраслей народного хозяйства информацией о текущем состоянии погодных условий, их прогнозирование на будущее. В последнее время в метеорологии решается задача активного воздействия на атмосферу с целью улучшения климата и управления погодой. Сложную проблему представляют долгосрочные прогнозы погоды. На метеорологию возложена так же задача контроля загрязнения природной среды. Совершенствование методов прогнозирования погоды приносит большой экономический эффект, прежде всего в результате предупреждения о таких опасных явлениях, как наводнения, ураганы, засуха и др.
Использование в метеорологии и климатологии точных физических законов, а сейчас и сложного математического аппарата роднит эту науку с физико-математическими науками. В то же время все атмосферные движения протекают на планете Земля с характерными только для нее очертаниями материков и океанов, строением рельефа, распределением рек, морей, ледникового, снежного покровов и растительности. Это определяет географичность метеорологии и климатологии и их вхождение в комплекс географических наук. Понимание закономерностей климата возможно на основании изучения тех общих закономерностей, которым подчинены атмосферные процессы. Поэтому при анализе причин возникновения различных типов климата и их распределения по земному шару климатология исходит из понятий и законов метеорологии. Процессы, происходящие в атмосфере, развиваются в основном в результате превращения энергии, поступающей от Солнца. При изучении этих процессов широко используются законы различных областей физики (гидромеханики, термодинамики, учении о лучистой энергии и т. д.). На современном этапе развития метеорологии из нее выделилось несколько частных дисциплин, изучающих различные стороны атмосферных процессов. К таким дисциплинам относятся, прежде всего, физика атмосферы, изучающая физические закономерности атмосферных явлений; синоптическая метеорология, изучающая формирование погоды и разрабатывающая методы ее предсказания; динамическая метеорология, изучающая теоретические вопросы физики атмосферы на основе решения математических уравнений гидродинамики, термодинамики и т. д. Большой раздел метеорологии, посвященный климату, обособился в дисциплину «Климатология», в которой изучаются закономерности формирования климатов, их распределения по земному шару и изменения в прошлом и будущем. Климатология, являясь разделом метеорологии, одновременно входит в состав географических наук. В процессе использования метеорологических сведений выделились прикладные разделы метеорологии. Важнейшими из них являются: сельскохозяйственная метеорология (агрометеорология), авиационная метеорология, морская метеорология, космическая метеорология, военная метеорология, медицинская и биометеорология. В метеорологии выделяются такие основные методы исследований, как метод наблюдений, метод эксперимента, теоретический метод. До настоящего времени преобладает метод наблюдений: на наземных метеорологических, аэрологических станциях осуществляются постоянные наблюдения. Для этих же целей используют самолеты, ракеты, космические аппараты и другие средства. Полученные данные о фактическом состоянии атмосферы используются в научных целях и для обеспечения народного хозяйства информацией о текущем состоянии погоды и для ее предсказании на будущее. Экспериментальные исследования проводятся как в лабораторных, так и в природных условиях. Опыты в лабораторных условиях позволяют детально изучить взаимосвязи между отдельными факторами, наблюдаемыми в каком-либо метеорологическом процессе. Например, в специальных камерах можно имитировать процессы облакообразования при температурах и давлениях, соответствующих высотам 5-6 км. Так же используются электрические, акустические и другие явления. Экспериментальные исследования в естественных условиях по активному воздействию на метеорологические процессы выполняются с целью разработки практических мето
дов создания и рассеяния облаков, туманов, стимулирования или предотвращения осадков, борьбы с градом и др. Теоретические методы базируются на использовании математических моделей различных атмосферных процессов. Важнейшим направлением этого метода является совершенствование техники прогнозирования погоды.