Что изучает метеорология
Метеорология — наука об атмосфере Земли, атмосферных процессах и явлениях, определяющих погоду. Погода — это состояние атмосферы в конкретном месте в конкретный момент: температура, давление, влажность, ветер, осадки. Климат — усреднённая погода за 30+ лет.
Атмосфера Земли — тонкая плёнка газов (77% N₂, 21% O₂, 1% Ar, 0,04% CO₂). Если Землю уменьшить до яблока, атмосфера была бы тоньше кожуры. Несмотря на это, она поддерживает жизнь, защищает от солнечной радиации и делает возможными привычные нам погодные явления.
Строение атмосферы
Тропосфера (0–12 км) — здесь происходит вся погода. Содержит 75% массы атмосферы. Температура падает с высотой: в среднем 6,5°C на каждый километр. Именно здесь образуются облака, дождь, снег, циклоны.
Стратосфера (12–50 км) — здесь расположен озоновый слой (15–30 км), поглощающий ультрафиолетовое излучение Солнца. Температура растёт с высотой (до +0°C на 50 км). Здесь летают реактивные самолёты — меньше турбулентности.
Мезосфера, термосфера, экзосфера — всё выше, до 10 000 км. Полярные сияния возникают в термосфере (80–500 км) при взаимодействии солнечного ветра с магнитным полем Земли.
Как формируется погода
Солнечное тепло нагревает поверхность неравномерно: тропики получают больше, полюса — меньше. Это создаёт перепады давления и температуры, которые атмосфера пытается выровнять через движение воздушных масс.
Циклон — область низкого давления. Воздух стекается к центру и поднимается, образуя облака и осадки. В Северном полушарии циклоны вращаются против часовой стрелки (из-за эффекта Кориолиса — вращения Земли).
Антициклон — область высокого давления. Воздух опускается и расходится, облака рассеиваются, погода ясная и сухая. Летом — жара, зимой — мороз.
Атмосферные фронты — границы между воздушными массами разных температур. Тёплый фронт: тёплый воздух наползает на холодный, постепенные обложные осадки. Холодный фронт: холодный воздух вытесняет тёплый снизу, резкое ухудшение погоды, ливни, грозы.
Прогнозирование погоды
Первый численный прогноз погоды вычислили вручную в 1950 году на одном из первых компьютеров ENIAC — это заняло 24 часа на прогноз на 24 часа. Сегодня глобальные модели (ECMWF, GFS) обсчитывают атмосферу Земли в сетке с разрешением 9 км, используя миллионы точек данных от зондов, метеостанций, спутников и радаров.
Точность прогнозов выросла за 40 лет: современный 5-дневный прогноз точнее, чем 1-дневный в 1980 году. Горизонт надёжного прогнозирования — около 10–14 дней, после чего хаотическая природа атмосферы делает предсказания ненадёжными (принцип Лоренца, «эффект бабочки», 1963).
Экстремальные явления
Тропические циклоны (ураганы, тайфуны) — самые разрушительные погодные явления. Ураган Катрина (2005) убил 1836 человек и нанёс ущерб на 125 миллиардов долларов. Торнадо — вихри диаметром 10–2000 м, скорость ветра до 500 км/ч. «Торнадный пояс» США (Оклахома, Техас, Канзас) ежегодно регистрирует 1200–1500 торнадо.
Грозы производят около 100 молний в секунду по всей Земле. Каждая молния имеет температуру около 30 000 K — в 5 раз горячее поверхности Солнца. Жара всё чаще бьёт рекорды: лето 2023 года стало самым жарким за всю историю инструментальных наблюдений.