Як вивчають клімат?

Большое значение погоды и климата для жизни и деятель­ности человека принуждало его с древних времен собирать све­дения климатологического характера, о чем свидетельствует целый ряд древних записей, летописей, книг — описаний путе­шественников, мореплавателей и пр. Но научный подход к иссле­дованию климатов невозможен без метеорологических прибо­ров. Простые свидетельства очевидцев об исключительных жарах или холодах, ливнях, засухах, отразившихся на урожае, могут, конечно, иметь некоторое значение для суждения о кли­мате тех или других стран, настоящее же изучение климата. даже сравнение климатов, на основании подобных чисто каче­ственных и притом субъективных данных невозможно. Поэтому начало научной климатологии следует отнести ко времени изо­бретения термометра и барометра, т. е. к XVI веку нашей эры. Климатология, стало быть, наука еще очень  “молодая”.

Однако и наблюдения но приборам не могут дать настоя­щего представления о климате,   если   они не   обладают   очень важным свойством — однородностью. Если, например, мы будем наблюдать хотя бы температуру — сегодня в каком-нибудь защи­щенном месте, завтра — в открытом, сегодня — утром, завтра — вечером, сегодня — у земли, а завтра — у окна нашего дома, то сравнить эти наблюдения между собой и сделать какие-либо выводы будет невозможно. Сейчас нам это кажется вполне ясным, а между тем далеко не сразу пришли к выводу о необ­ходимости определенной и неизменной установки приборов и столь же неизменных сроков наблюдений. Одним из первых ученых, обративших внимание на необходимость правильной установки термометра, был Реомюр (1732 г.), который сам вел метеорологические наблюдения. В числе различных сроков наблюдений, принятых в начале XVIII века, были и такие: “утро”, “3 часа пополудни”, “время ложиться спать”. С течением вре­мени, конечно, все больше выдвигалась мысль о том, что для сравнения и изучения климатов нужно организовать регулярные наблюдения в различных странах земного шара и вести их при­мерно в одинаковых  условиях.

Первая в мире регулярная сеть метеорологических стан­ций была организована в 30-х годах XVIII века в Сибири во время великой северной экспедиции Беринга, под руководством естествоиспытателя Гмелина. Кроме 10 сибирских станций, с 1733 г. велись наблюдения в Казани и б. Екатеринбурге, по одной и той же программе и в определенные часы. Наблю­дения продолжались еще в 40-х годах, но, к сожалению, лишь часть их была напечатана Академией Наук, остальные не сохра­нились.

Великий русский ученый М. В. Ломоносов еще в 1759 г. первый высказал мысль о необходимости международного сотрудничества для изучения погоды и климата: „… особливо, когда в разных частях света, в крупных государствах учредили бы самопишущие метеорологические обсерватории, коих учреж­дению и расположению с разными новыми инструментами имею новую идею”. Только через 20 слишком лет, в 1780 г., эта идея организации международной сети станций была осуществлена Маннгеймским научным обществом. Им была организована сеть, заключавшая 39 метстанций в различных государствах; из них русских было три: Москва, Петербург и Пышменский завод на Урале. Сроки наблюдений были всюду одни и те же: 7, 11, 14 и 21 час. Наблюдения Маннгеймской сети печатались в так называемых “Эфемеридах” и обнимали 12 лет, 1781—1792 гг. В дальнейшем развитие сетей шло уже во всех странах более быстрыми шагами. К 1800 г. в России Академия Наук, в веде­нии которой была тогда метеорологическая сеть, получала на­блюдения с 8 станций, в 40-х годах XIX века их было уже 70, а конце XIX века — уже более 1000. Много сделал для разви­тия сети и методов обработки метеорологических наблюдений академик Г. И. Вильд, бывший длительное время директором Главной физической обсерватории, а далее — акад. М. А. Рыкачев. Приборы   и   методы   наблюдений  постепенно усовершенствовались, но сроки наблюдений еще долгое время не были оконча­тельно согласованы. Вопрос этот поднимался в международном масштабе на метеорологическом конгрессе в Вене в 1879 г., но и до настоящего времени сроки наблюдений не во всех странах одинаковы, и хотя при наличии самописцев это не имеет такого уже существенного значения, но все же вносит в обра­ботку наблюдений лишние осложнения. Нужно попутно отме­тить, что американцы и англичане до сих пор пользуются в наблюдениях термометром Фаренгейта, а не общепринятым стоградусным термометром, что также создает неудобства тех­нического порядка при сравнении температурных данных.

Для постановки метеорологических исследований на научную основу необходима организация в каждой стране единого авто­ритетного центра, который руководил бы наблюдениями, их обработкой и дальнейшей исследовательской работой. В России этот вопрос впервые поднял В. Н. Каразин в 1810 г. в своем докладе в Обществе естествоиспытателей, в котором указыва­лась необходимость расширения сети “от Колы до Тифлиса и от Либавы до Нижнеколымска”, т. е. от крайнего севера до крайнего юга и от запада до востока, и сосредоточения этих наблюдений в “каком-либо обществе ученых, которое зай­мется выводом правил”. Эта идея получила осуществление 1 апреля 1849 г., когда была учреждена Главная физическая обсерватория, ныне Главная геофизическая обсерватория. Отме­тим, что Россия в этой области намного опередила другие страны, например в Соединенных Штатах такие центры были учреждены только в 1860 г., и организация нашей метеороло­гической службы во многом послужила им образцом.

В середине XIX столетия мировая метеорологическая сеть насчитывала уже более 900 станций, и явилась возможность построить графическое изображение распределения темпера­туры для всего земного шара в виде детальных карт изотерм (Дове дал в 1852 г. изотермы для всех 12 месяцев), а также дать карты других изолиний — изобар, изогнет — и карты пре­обладающих ветров и облачности.Однако для подробной харак­теристики климатов этого количества станций было недоста­точно, хотя основные черты климатических различий — влияние СУШИ и моря, влияние гор и т. п. — уже можно было опреде­лить. Первые сводные работы по климату России были даны акад. К. С. Веселовским (1851 г.), затем Г. И. Вильдом и М. А. Рыкачевым. Оставалось, с одной стороны, научно истолковать все эти различия, с другой — увеличить материал для исследо­ваний путем дальнейшего расширения сети гидрометстанций и программы их наблюдений. Для этого много сделали А. В. Клоссовский, П. И.Броунов, А. А. Каминский и другие климатологи.

Эти работы продолжаются до наших дней и имеют бесконеч­ные перспективы. Для исследовательской работы вообще нет предела; в отношении же наблюдений, как материала для иссле­дований — даже и в этой простой книжке читатель не раз встре­чал   указания   о их   недостаточности.   Не   говоря   об   Арктике и тем более Антарктике, о горах, на которые еще не вступала нога человека, еще целый ряд территорий ждет исследования, а целый ряд вопросов метеорологии — своего разрешения. Про­блемы микроклимата только намечаются. В будущем, несом­ненно, возникнет множество новых задач, которых мы сейчас не предвидим. И для решения всех этих задач основной источ­ник— это наблюдения метеорологических станций, рядовые и специальные. Таких станций в настоящее время десятки тысяч. В СССР их насчитывается около 3000, не считая водо­мерных постов. Но принимая во внимание обширность и разно­образие нашей территории, наше бурно растущее строительство, а также все многообразие запросов, которые оно предъявляет к метеорологическим исследованиям, это количество следует считать еще далеко не достаточным.

Станции нашей сети делятся на 40 типов собственно станций и постов, в зависимости от объема работы. Кроме того, станции делятся по видам на материковые, речные, озерные, болотные и морские. Наблюдения в основном ведутся в 1, 7, 13, 19 час. по местному времени; для специальных запросов отдельных ведомств создаются специальные станции. Все гидрометеороло­гические станции входят в состав республиканских или област­ных сетей, которые находятся в ведении соответствующих управлений гидрометеорологической службы.

За последние годы у нас в СССР, в связи с задачами строи­тельства и освоения новых, до сих пор мало заселенных тер­риторий, устанавливается целый ряд станций на высоких горах, на ледниках (рис. 23), в тайге, в пустынях. Есть станции в глу­бине тайги, куда необходимое оборудование и даже сами наблю­датели, как в Арктику, забрасываются на самолетах. Есть у нас в Арктике автоматические станции, которые работают без уча­стия человека и сами сообщают данные о метеорологических элементах по радио в центральные учреждения. Все эти стан­ции дают важнейшие сведения и для изучения климата, и для службы погоды.

Метеостанция на Мамисонском перевале

Месячные таблицы, получаемые со станций, подвергаются тщательному критическому просмотру и затем или в полном виде или в виде лишь средних месячных и годовых значений печатаются в ежегодниках и других изданиях Гидрометеороло­гической службы СССР. От времени до времени выводы, полу­ченные на основании долголетних наблюдений, обобщаются и суммируются в сводках и атласах, которые содержат в том или ином виде сведения о различных метеорологических элемен­тах за большие периоды времени для более или менее обшир­ных пространств. Числовые данные обычно иллюстрируются картами; разнообразные климатические характеристики изобра­жаются на этих картах в виде различных изолиний, соединяю­щих на земной поверхности пункты с одинаковыми значениями того или другого элемента. Возможны и другие способы изо­бражения. Возможно также проводить линии, указывающие одновременное   наступление   той   или  иной температуры зимой или летом, или равные значения повторяемости какого-либо элемента и т. п. Все такие линии служат наглядным выражением тех чисел, которые приводятся в таблицах. Взглянув, напри­мер, на карты изотерм (рис. 24 и 25), мы сразу видим, как они отклоняются от того хода, который должны бы иметь согласно одному только распределению солнечного тепла. Если летом изотермы еще имеют более или менее широтное направление, то зимой совершенно ясно выражено убывание температур при переходе с океанов на материк вне зависимости от широты. Явственно выступают на картах и “острова” высоких или низ­ких температур, связанные с выхолаживанием или надеванием отдельных участков земной поверхности Точно так же и карты изобар ясно обнаруживают области высоких и низких давле­ний, с которыми связаны и господствующие направления вет­ров. Само собою разумеется, что для надежного проведения этих линий нужно весьма большое количество наблюдений, а сами наблюдения должны  быть доброкачественными.

Карта изотерм за январь

Изотермы и изобары проводятся обычно по значениям тем­ператур и давления, приведенным к уровню моря. Для давле­ния это само собою разумеется. Давление приводится к уровню моря уже при производстве наблюдений Для температуры дело обстоит иначе. Прежде всего величина падения температуры с увеличением высоты на 100 м, или так называемый темпе­ратурный градиент, как мы уже видели, не одна и та же в различных условиях местности, рельефа, даже типа погоды; при определенных условиях она бывает и отрицательной, т. е. температура с возрастанием высоты возрастает, а не падает (инверсия). Поэтому для приведения температуры к уровню моря приходится брать какой-то условный средний градиент. Кроме того, на практике мы имеем дело с реальными, неприведеннымитемпературами, и для характеристики условий высокогорной местности человеку, казалось бы, важнее знать ту температуру, которую он встретит там на самом деле, чем ту, которая была бы там, если бы эта местность лежала на уровне моря. С этой точки зрения приведение температуры к уровню моря встречало очень много возражений. С другой стороны, если на общих климатических картах давать для горных стран неприведенные температуры, сравнимость данных явно нарушается, и в этих горных странах естественно полу­чатся “полюсы холода”, зависящие не от различия климата в большом масштабе, а только от влияния высоты. Некоторые климатологи, например Воейков, совсем не проводили изотерм в высокогорных районах, другие дают неприведенные темпе­ратуры. Для многих теоретических исследований нужны карты приведенных температур, для практического же использования удобнее карты  температур неприведенных.

Карта изотерм за июль

При составлении климатологических карт на основании мно­голетних наблюдений перед учеными уже на первых порах стал вопрос об использовании коротких рядов наблюдений. Сети  метстанций   росли   постепенно,  и в момент   составления первых карт можно было набрать лишь немного станций, кото­рые имели бы одинаковый период наблюдений, притом доста­точно длинный. Понятно, что средние выводы из таких неоди­наковых рядов не могут быть вполне сравнимы между собой, а крайние пределы метеорологических элементов — тем более. Если одна станция, например, имеет 25 лет наблюдений, а дру­гая всего 5, то различия в средних того и другого ряда могут зависеть вовсе не от истинных различий климатических усло­вий, а от того, что в эту пятилетку могли попасть какие-нибудь исключительные годы, которые при выводе средних за 25 лет скажутся не очень сильно, а при выводе за 5 лет будут уже очень заметны. Наблюдения, таким образом, оказываются несрав­нимыми между собой, а просто отбросить наблюдения станции с коротким рядом, если они сами по себе не плохи, особенно жаль тогда, когда станций вообще мало. Поэтому уже давно был разработан способ так называемого приведения коротких рядов наблюдений к длинным, чтобы сделать их сравнимыми, в первую очередь для температурных наблюдений. Метод этот, в теорию которого мы вдаваться не можем, основан на том соображении, что разности температур между станциями оста­ются из года в год приблизительно постоянными. Конечно, это справедливо лишь в том случае, если станции не слишком уда­лены друг от друга и находятся примерно в одних географи­ческих условиях. Теория дает указания, в каких именно преде­лах допустимо приведение, практически же оно делается так. Положим, что одна станция наблюдает 25 лет, а другая —5; тогда сравнивают данные этих 5 лет с данными тех же пяти лет для долголетней станции. Если, например, за 5 лет станция с коротким рядом наблюдений оказалась в среднем холоднее 25-летней на 1°, то предполагается, что эта же разность Г сохраняется и для всех 25 лет, стало быть, вычтя 1° из 25-лет­них средних нашей долголетней станции, мы получим прибли­женно ту температуру, которую дала бы станция, имеющая наблюдения за 5 лет, если бы она наблюдала тоже 25 лет. Эта средняя температура будет более близкой к действительной и более пригодной для сравнения, чем если бы мы просто огра­ничились пятью годами имеющихся наблюдений. Таким путем оказывается возможным использовать все доброкачественные наблюдения, хотя бы и недавно открытых станций. Суммы осад­ков приводятся не по разностям, а по отношениям сумм осад­ков станций с коротким и длинным рядом наблюдений.

Упомянем, что нормальным периодом, к которому приводятся наблюдения, считается 50-летний — с 1891 по 1940  гг.

То же предположение о примерном постоянстве разностей лежит в основе критической проверки наблюдений отдельных станций в центральных учреждениях. Если в таблице какой-либо станции получается, начиная с некоторого определенного дня, резкое изменение значений какого-либо элемента, в то время как на других близких станциях такого изменения нет, это наводит на мысль о переносе станции, о смене наблюдателя и т. п., о чем почему-либо не получено сведений в централь ном учреждении. Иногда таким образом выявляются и отдельные ошибки — “скачки”, которых нет на соседних станциях, бывает, что наблюдатель недостаточно добросовестно отно­сится к своей работе и наблюдает не в положенные сроки. При сравнении наблюдений станции с соседними это непременно обнаружится. Был в старое время такой курьезный случай: на одной из станций Белоруссии при просмотре наблюдений вы­явилось резкое повышение температуры и влажности в вечерний срок наблюдений, ничем необъяснимое и не подтверждав­шееся сравнением с соседними станциями. При инспекции ока­залось, что будка была установлена в саду и вплотную к ней ставился стол, за которым наблюдатель перед вечерним сроком мирно сидел со своим  семейством за самоваром.

При характеристике климатов, наряду со средними и край­ними величинами метеорологических элементов, пользуются часто и повторяемостями различных их значений в определен­ных пределах. Для направления ветра повторяемость направле­ний от различных стран горизонта служит вообще основной характеристикой. Но и для других элементов повторяемость имеет большое значение. Представим себе, что где-либо на юге наблюдалась зимой температура —20°. Если это редкий или единичный случай, то хотя с возможностью такой температуры необходимо считаться, но все же это совсем иное, чем повто­ряемость таких температур более или менее часто. О том, на­сколько часто повторяются крайние значения температуры, можно, правда, судить и по среднему минимуму и среднему максимуму, но и повторяемость других значений температуры, а также повторяемости для других метеорологических элемен­тов, имеют свой самостоятельный интерес.

Повторяемости играют особую роль в так называемых ком­плексных методах изучения климата. Известный русский кли­матолог Е. Е. Федоров, определяя климат, как совокупность погод, составил ряд типов погоды, из которых каждый имеет свои пределы температуры, влажности, осадков, облачности, скорости ветра, и изучал повторяемость отдельных таких типов для некоторых местностей СССР. На первый взгляд кажется, что таких комбинаций может быть чрезвычайно много; но из всех арифметически возможных комбинаций далеко не все воз­можны на практике. При ясном небе невозможны осадки; зимой в наших широтах при ясном небе не бывает высоких температур и больших скоростей ветра; наоборот, при большой облачности редко бывают очень низкие температуры зимой и высокие летом, малы пределы изменения влажности и т. п. Таким образом, число типов погоды, с повторяемостью которых приходится иметь дело, значительно сокращается, хотя все же этот метод отличается большой громоздкостью. Тем не менее он имеет большое значение в том смысле, что дает описание климатов с точки зрения совокупностей метеорологических элементов, а не обособленных их значений.

Учение о климате с точки зрения воздушных масс также пользуется понятием повторяемости: каждая воздушная масса несет с собою ту или иную погоду, а потому и повторяемость воздушных масс связана с повторяемостью определенных типов погоды. Описания климатов с этой точки зрения в последнее время очень многочисленны. Они вносят в характеристику кли­матов не только комплексность, но и представление о верти­кальном строении воздушных масс и дают поэтому более “жиз­ненное” описание климатов, чем рассмотрение отдельных эле­ментов. Этот метод имеет, в частности, большое практическое значение для авиации — при климатологическом изучении воз­душных трасс.

Нередко для суждения об изменчивости температуры рас­сматривают еще так называемую среднюю изменчивость. Напри­мер, средняя месячная изменчивость температуры получается, если взять разности температур от одного дня к другому без различия знака и полученную сумму разделить на число дней месяца. Таким путем можно установить, в какие именно месяцы температура более устойчива и в какие месяцы вероятны более или менее резкие изменения температуры, а также можно срав­нивать между собою степень постоянства температур различных местностей. Так, в экваториальных странах, где погода изо дня в день почти не меняется, средняя изменчивость для всех меся­цев очень мала; наоборот, в средних широтах, особенно на севере, она значительна, и в зимние месяцы больше, чем летом. В Щугоре и Верхоянске были отмечены наибольшие изменения температуры за сутки — до 30°.

В климатологических характеристиках, предназначенных спе­циально для сельскохозяйственных целей, часто пользуются еще одним показателем — суммой температур. По исследованиям: ряда ученых и у нас, и за границей давно уже известно, что каждое растение требует для своего роста и созревания опре­деленного количества тепла, условным показателем которого является сумма температур от начала вегетации. Начиная от определенного дня, когда замечено начало роста данной куль­туры, суммируются изо дня в день средние температуры; для каждого растения существует сумма температур, при которой оно дает зрелые семена или плоды и т. д. Сумма температур дает возможность судить о том, хватит ли, так сказать, тепла для созревания в данном месте той или иной культуры. В этом подходе есть некоторые условности, но интересно отметить, что академик Т. Д. Лысенко производил специальное исследо­вание о влиянии тепла на растения и выяснил, что, независимо от срока посева, определенная фаза в развитии растения, на­пример для зерновых культур — цветение, колошение, созрева­ние— наступает лишь тогда, когда накопится сумма температур, необходимая для достижения этой фазы.

И все эти самые разнообразные комбинации метеорологи­ческих элементов, которые служат для освещения тех или иных вопросов теории и практики, берутся со страниц обыкновенных метеорологических таблиц, изо дня в день заполняемых наблю­дателями.

До Великой Социалистической революции сеть метстанций и вся метеорологическая служба не были едины. Кроме сети, подведомственной Главной физической обсерватории, сущест­вовал еще целый ряд отдельных ведомственных сетей (железно­дорожных, сельскохозяйственных, курортных и т. п.), работав­ших без всякой согласованности. Кроме того, наблюдения строи­лись в большой мере на добровольных началах. Наблюдатели получали ничтожное вознаграждение или не получали его вовсе; ими чаще всего были по совместительству педагоги, начальники железнодорожных станций, работники связи и др. Тем не менее многие из наблюдателей вели работу чрезвычайно добросовестно и в течение долгого времени. С. П. Куроедов в Шуе, А. И. Пуль­ман в Богородицком-Фенине, А. Ю.Лютницкий на Мархотском перевале, А. П. Преображенская в Новороссийске, сторож Пен­зенской мужской гимназии Кузьма Алексеев, Костоловский в Кириллове Новгородской области и др. были наблюдателями станций по 20 лет и более и дали метеорологии не только гро­мадный цифровой материал, но и ряд чрезвычайно ценных лич­ных наблюдений, относящихся к климатологическим особен­ностям местности, а иногда и законченные научные исследо­вания.

Организованная в Советском Союзе Единая гидрометеороло­гическая служба, ныне Главное управление гидрометеорологи­ческой службы, дала возможность еще шире развернуть метео­рологические и, в частности, климатологические исследования по единому государственному плану.

Наряду с постоянной сетью метеорологических станций сле­дует упомянуть об экспедиционных наблюдениях, которые орга­низуются для изучения климатических условий мало населенных областей или для более подробного освещения климатических особенностей отдельных районов; в последнее время — и для изучения местного климата и микроклимата.

Среди экспедиций международного масштаба — Международ­ный полярный год 1883/84 положил начало систематическим исследованиям Арктики. Россия принимала деятельное участие в этих наблюдениях. Еде шире было участие Советского Союза в организации 2-го Международного полярного года в 1933/34 г. Здесь роль СССР была ведущей. Изучению Арктики у нас вообще отводилось и отводится большое место, ввиду боль­шого экономического значения Севера и, в частности, в связи с проблемой Северного морского пути. Чрезвычайно большой интерес представляют организация и наблюдения дрейфующей станции “Северный полюс”. В настоящее время, благодаря экспедиционным наблюдениям и постоянной сети полярных станций, климат Арктики уже не является сплошным “белым пятном”, каким был еще сравнительно недавно. В этом деле велики заслуги советских ученых В. Ю. Визе, О. Ю. Шмидта и других.

В изучении климатов Средней Азии значительна роль рус­ских исследователей — Пржевальского, Козлова, Семенова-Тяньшаньского, Потанина.

Сведения о климатах тропических стран и на континентах, и в океанах были вначале получены также по преимуществу путем экспедиционных наблюдений. По этим вопросам много ценного дали кругосветные путешествия 1886 — 1889 гг. адми­рала С. О. Макарова. Нередко экспедиции организовывались различными капиталистическими государствами, которые, как правило, интересовались вопросами климата преимущественно в связи с колонизаторскими целями.

• ← Мікроклімат та місцевий клімат
• Клімат та життя →