Погода на завтра: между Марсом и Землей ветрено

Михаил Малахов
09 июня, 2022
10.3k
0
Наука
в избранное

С древнейших времен люди пытались предугадывать погоду потому, что от нее слишком многое зависело. Не вовремя засеянная пшеница могла сгнить под проливными дождями. Торговый караван, попавший в песчаную бурю, рискует навсегда остаться где-то в пустыне. Застигнутый врасплох флот пойдет на дно вместе со всеми людьми и товарами. Точность прогнозов была буквально вопросом жизни и смерти, победы и поражения.

Тогда возникло два принципиально разных метода прогнозирования. Одни прибегали к шаманизму в надежде повлиять на погоду, направив ее в нужном направлении. Другие пользовались опытом прямых наблюдений — так появились народные приметы, которые используются до сих пор. Например, если густой туман ранним утром быстро рассеивается, стоит ожидать ясного солнца на небе. Гало вокруг солнца или луны, напротив, свидетельствует о высокой вероятности дождя.

Шли века, совершались технологические скачки, и сегодня для предсказания погоды у человечества есть огромная сеть метеостанций с внушительным флотом из космических спутников. Мы используем разнообразные датчики в водах мирового океана и метеозонды в атмосфере. За всеми технологиями находится еще и армия ученых, которые занимаются исключительно изучением природных явлений и прогнозами.

Тем не менее, невзирая на все технологии и опыт многих тысяч лет, у нас все еще нет надежного способа предсказывать погоду хотя бы на неделю вперед. Это означает, что погода не так проста, либо мы не так умны и наблюдательны.

Из чего состоит погода и когда она появилась

Погода может быть описана с помощью метеорологических элементов, таких как температура воздуха, давление, скорость ветра, количество осадков. Кроме этого существуют отдельные атмосферные явления: туман, гроза, метель, пылевая буря и прочие. Очевидно, что перечисленные элементы возникли задолго до появления человека да и вообще жизни. Более того, для существования погоды не нужна даже сама планета, но к этому моменту мы вернемся чуть позже, а пока разберем природу некоторых погодных явлений.

В 1962 вышла комедия «Деловые люди», снятая по новеллам О. Генри. Один из сюжетов про Вождя Краснокожих содержит шутку о ветре, который дует потому, что деревья качаются. Очевидный для любого взрослого человека абсурд, воспринимается детьми вполне серьезно. Что в общем-то неудивительно, ведь простого и верного объяснения не существует. Воздух находится в непрерывном движении, но ветер или ураган начинает дуть из-за разницы давления. Можешь надуть воздушный шарик, пока держишь его за шейку, все нормально, полное спокойствие. Однако стоит разжать пальцы, как сильный поток воздуха устремится прочь. Это происходит потому, что давление внутри шарика и снаружи отличается.

Примерно то же самое происходит в земной атмосфере, только в иных масштабах. Из-за наклона земной оси Солнце нагревает поверхность неравномерно. Теплый воздух поднимается вверх, атмосферное давление падает, освободившееся место занимает холодный воздух. По мере его накопления холодные воздушные массы начинают разбегаться в стороны. Ты мог чувствовать такое на пляже, когда в жаркий день воздух охлаждается над морем, и оттуда дует холодный и приятный ветер.

При сближении теплой и холодной массы воздуха образуется атмосферный фронт. Это горизонтальное разделение с отчетливо видимой границей. По горизонтали фронт может простираться на тысячи километров, хотя в высоту редко превышает несколько тысяч метров.

Движение воздушных масс по краям атмосферного фронта могут порождать и куда более удивительные явления вроде смерчей и торнадо. Со стороны они кажутся похожими и в неспециализированных изданиях обычно являются полными синонимами, однако их происхождение отличается. Смерчи обычно появляются над водой, в море или океане, тогда как торнадо возникают на равнинной местности.

Причины их возникновения остаются малоизученными. Известно, что в Северном полушарии движение воздуха происходит против хода часовой стрелки. В Южном полушарии, наоборот, всегда по ходу часовой стрелки. Скорость течения внутри вихря может достигать нескольких сотен километров в час, что высвобождает энергию, равную эталонной атомной бомбе. Сам смерч перемещается со скоростью от 20 до 60 километров в час, а продолжительность его жизни редко превышает нескольких десятков минут. Тем не менее, бывают исключения, так рекордсменом является Мэттунский смерч, который за 7 часов прошел около 500 километров, убив на своем пути 110 человек.

Кроме воздуха и воды вихрь может содержать множество других элементов. Например, бывают снежные смерчи, возникающие во время сильной метели. Их разрушительный потенциал невелик, а срок существования обычно ограничивается секундами. В пустынях могут образовываться пыльные вихри, переносящие значительные массы мелкого песка.

Существуют так называемые «Туманные дьяволы», появляющиеся ранним утром над озерами. Земляные смерчи одни из самых редких, они возникают после оползней или землетрясений выше 7 баллов по шкале Рихтера. Наиболее эффектно выглядит огненный смерч, вызванный лесными пожарами или извержениями вулканов.

Фокус внимания смещен именно к ветру в разных его проявлениях потому, что так или иначе именно он влияет практически на все остальные погодные явления. Если же говорить о статистически наиболее опасных для человека явлениях, то на первое место выходят наводнения. Чаще всего они вызваны таянием снега или сильным дождем, но могут происходить в результате штормового прилива в полузамкнутых водоемах вроде морских устьев рек или на крупных озерах. Эти наводнения кратковременные, но их опасность кроется в непредсказуемости.

На втором месте по опасности находятся грозы, способные не только убить человека, но и нанести существенный вред инфраструктуре целых населенных пунктов. Грозы происходят из-за разности температур, когда создаются положительные и отрицательные заряды. Тем не менее, механизм возникновения грозовых облаков остается малоизученным. В некоторых регионах планеты они могут образовывать грозовые воротники. Наиболее впечатляюще выглядит «Утренняя глория» в Австралии.

10 открытий, сделанных благодаря стихийным бедствиям

Как делают прогнозы погоды

30 апреля 1865 года основатель и руководитель Метеорологического департамента Великобритании Роберт Фицрой покончил с собой. Это произошло на почве постоянного переутомления в поисках способа улучшить точность прогнозов погоды. Впервые его прогнозы появились на страницах журнала Times еще в 1861 — таким образом Фицрой положил начало ежедневным погодным сводкам, которые стали доступны относительно широкой общественности.

Здесь важно учитывать контекст того времени. Середина XIX века — период, когда человек практически покорил планету, став действительно всесильным. Практически не осталось больше «белых пятен», все континенты открыты, организовано регулярное сообщение через Атлантический океан. Железнодорожные сети окутали крупные города, уже произошла промышленная революция, появились первые концепции самолетов. Однако несмотря на очевидный технический прогресс, прогнозирование погоды оставалось на прежнем, почти первобытном уровне.

14 ноября 1922 г. прогноз погоды впервые прозвучал по радио, вскоре он стал ежедневным. Еще через 32 года ведущий из BBC Джордж Коулинг с экрана телевизора рассказал и показал на карте, каких погодных изменений следует ожидать зрителям в крупнейших городах Соединенного Королевства Великобритании. Сюжет длился пять минут, и с тех пор стал неотъемлемой частью телевизионного эфира на большинстве телеканалов в любой стране мира. Таким образом, датой рождения прогноза погоды в современном виде является 11 января 1954 года.

Для предсказания погоды используются формулы из гидродинамики. Это раздел физики, описывающий движение атмосферы как сжимаемой жидкости. Формулы для расчетов содержат колоссальное количество данных, которые не сможет просчитать ни один человек, поэтому используются компьютеры. Впрочем, их вычислительного потенциала тоже недостаточно и, возможно, мы сможем обхитрить непредсказуемую погоду только с появлением настоящих суперкомпьютеров. До тех пор, вероятно, нашим горизонтом останутся три дня. Тем не менее, это не значит, что любые прогнозы на больший срок берутся с потолка, просто их точность существенно снижается. Чтобы понять, о каком порядке цифр идет речь, нужно разобрать сами виды прогнозов по их долгосрочности.

Самым точным является наукастинг или текущее состояние погоды, когда мы сами видим происходящее на улице или можем предугадать изменения ближайших двух часов. В общем-то с таким краткосрочным прогнозированием прекрасно справляются и народные приметы. Наверняка знаешь, что низко летающие птицы, запах озона и хмурое небо явно к дождю.

Сверхкраткосрочные и краткосрочные прогнозы рассчитаны на срок от 12 часов до 72, в процентном соотношении их точность колеблется от 95 до 85, чем дальше — тем ниже соответственно.

Среднесрочные прогнозы на период от 3 до 10 дней уже больше походят на гадание, вероятность точного предсказания не превышает 65%.

Долгосрочные прогнозы свыше 10 дней по-сути являются среднестатистическими данными за последние 10 лет. Вроде бы, и не просто пальцем в небо тыкают, но точность предсказаний даже на две недели вперед практически равна нулю. Скорее всего, будет нечто среднее, как в прошлые годы, но это не точно. Май будет теплее, чем апрель, а в октябре, скорее всего, будет больше дождей, чем в летние месяцы. Вот и весь прогноз на 15-20 дней вперед.

7 катастроф, с которыми человечеству пока посчастливилось не столкнуться

Погодные рекорды

Когда речь заходит о рекордах, включается режим состязания, где каждый хочет заполучить первенство, даже если оно ничего не значит. Многие рекорды оспариваются разными странами, к тому же не всегда можно подтвердить то или иное наблюдение. Случаются ошибки в вычислениях, приборы могут дать сбой, а где-то имеет место и целенаправленный подлог. Поэтому будем обращаться к официально принятым данным, которые признаются Всемирной метеорологической организацией.

Самая высокая температура воздуха +56,7 была зафиксирована в калифорнийской Долине Смерти. Местечко примечательно еще и тем, что является самой низкой точкой континента, находясь на 86 метров ниже уровня моря.

Холоднее всего в Антарктиде — температура воздуха на вершине ледового щита в восточной части Земли Королевы Мод опускалась до –91,2 градуса. При этом если говорить о температурах именно земной поверхности, то здесь Антарктида остается самым холодным местом, с практически неизменными цифрами, но самым жарким становится иранская пустыня Деште-Лут, где песок прогрелся до +70,7.

Самый сильный из зарегистрированных дождей прошел в Гваделупе, его мощность составила 38 миллиметров воды в минуту. Если считать осадки за год, то больше всего дождей прошло в Колумбии, и если бы они продолжались беспрерывно, то страна ушла бы под воду почти на 14 метров. По неподтвержденным данным, суточный рекорд принадлежит острову Реюньон в Индийском океане, где выпало 1 870 миллиметров дождя.

Кроме дождя осадки могут выпадать в форме снега или града. Самая большая снежинка имела 38 см в диаметр, а рекордный снегопад накрыл Калифорнию в 1959, за неделю насыпав почти 5 метров снега.

Самый тяжелый град весом в 7 килограммов выпал в Китае. Кроме этого, в апреле 1986 правительство Бангладеш сообщило о граде весом в 1 килограмм, но оба источника информации подвергаются сомнению. Самые крупные из зафиксированных градин превышают 45 сантиметров в диаметре: падая на землю Канзаса, они оставляли настоящие воронки, подобно небольшим бомбам.

Самое резкое похолодание случилось в Браунинге, США в ночь с 23 на 24 января 1916 года, тогда температура упала с +6,7 до −48,8. В Южной Дакоте, напротив, всего за 2 минуты температура поднялась с −20 до +7,2.

Если хочется климатической стабильности, то следует обратить внимание на остров Фернанду-ди-Норонья у побережья Бразилии. На протяжении десятков лет температура здесь не опускается ниже 18 и не поднимается выше 32 градусов.

8 экстремальных мест на планете, где живут люди

Погода на других планетах

Погода есть и на других планетах, например, на Марсе она носит сезонный характер. Летом, когда планета находится ближе к Солнцу, начинается таяние полярных шапок. Углекислый газ сгущает атмосферу, повышая давление. Это вызывает ветра, которые увлекают частицы пыли, создавая глобальные песчаные бури. Эти мельчайшие частички обтачивают горные породы, создавая самые причудливые формы, в которых земные наблюдатели периодически видят следы инопланетной цивилизации.

Большое Красное Пятно на Юпитере, открытое Джованни Кассини в 1665 году, является самым большим атмосферным вихрем в Солнечной системе. Несмотря на постоянное уменьшение площади, этот шторм продолжается уже много веков.

Ярко выраженные атмосферные фронты можно видеть и на Сатурне. Там нет торнадо размером с Землю, но есть молнии, которые по мощности радиосигнала в миллион раз превышают наши. Менее красочные, но похожие явления присущи всем газовым гигантам. На планете со скучным астрономическим названием в созвездии Лисички дуют сверхзвуковые ветра, скорость порывов может превышать 8 000 километров в час.

Венера — самая жаркая планета Солнечной системы, и температура у поверхности достигает 470 градусов. Никакой воды там быть не может, однако периодически идут дожди, состоящие из серной кислоты. Явно не такой представляли «сестру Земли» астрономы прошлого.

Самой холодной планетой нашей системы является Уран, лежащий на боку предположительно из-за столкновения с каким-то массивным телом. Средняя температура здесь остается на отметке −224 °C, что немногим выше абсолютного нуля.

Погода во Вселенной

Возвращаясь к необязательности планеты как таковой, обратим внимание на главный генератор погоды в пределах Солнечной системы. Речь снова идет о ветре, только на этот раз о солнечном. Это поток ионизированных частиц, вырывающийся из Солнечной короны с разной скоростью. Он вызывает магнитные бури и полярные сияния. Частицы могут воздействовать с окружающими объектами, например, с гипотетическим электрическим парусом, над которым уже долгие годы думают земные ученые. Неизвестно, сможем ли мы его реализовать на практике, но ветер в любом случае продолжит дуть, разнося частицы не только по Солнечной системе, но и за ее пределы.

Свой звездный ветер есть у каждой звезды, некоторые потоки могут нести так много частиц, что они начнут формирование новых небесных тел, повергая в полный хаос огромные пространства. Между тем, в других уголках Вселенной, где нет никаких звезд, царит буквально вечный покой. Таким образом, можно говорить о наличии глобальной, вселенской погоды. У нее есть свои циклы, приметы вроде взрыва сверхновой и последствия в форме космических лучей, способных уничтожать все живое, но и создавать новую почву для жизни.

Дикая пустошь и небесная яма: 10 самых необычных мест планеты