Размещено на http://www.allbest.ru/

2

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КРАСНОКУТСКОЕ ЛЕТНОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ ИМЕНИ ЗАСЛУЖЕННОГО ПИЛОТА СССР ВАСИНА И.Ф. ФИЛИАЛ

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «УЛЬЯНОВСКИЙ ИНСТИТУТ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ ИМЕНИ ГЛАВНОГО МАРШАЛА АВИАЦИИ Б.П. БУГАЕВА»

Специальность: 25.02.04 Летная эксплуатация летательных аппаратов

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломной работе

НА ТЕМУ: История развития метеорологии

Красный Кут, 2023 г.

Аннотация

В выпускной квалификационной работе в форме дипломной работы рассматриваются история развития метеорологии. Рассмотрена история метеорологии как науки, рассмотрены первые приборы по изучению метеорологии и учению погодных явлений. Изучены первые ученые со средних веков. метеорология погодный явление авиация

Во второй изучена современная метеорология, современные приборы метеорологии, люди, повлиявшие на развитие современной метеорологии.

В третей части показана тесная связь современной метеорологии и гражданской авиации.

В полном объеме изучены современные приборы по изучению погодных условий в авиации.

Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе в форме дипломной работы изложена на 47 страницах, содержит 4 рисунок, список использованных источников из 10 наименований.

Содержание

• Введение
• 1. История развития метеорологии как науки
• 1.1 История науки
• 1.2 Метеорология в средние века
• 1.3 Первые метеорологические приборы
• 2. Метеорология как наука помогающая в современном мире
• 2.1 Современная метеорологии
• 2.2 Современные метеорологические приборы
• 3. Метеорология в авиации
• 3.1 Взаимодействие метеорологии и авиации
• 3.2 Периоды истории авиационнои? метеорологии
• Заключение
• Список литературы


Введение

Метеороломгия (др.-греч. -- «рассуждение о небесных явлениях», от др.-греч. -- «небесные явления» (др.-греч.-- атмосферные и небесные явления, «небесный») + др.-греч. -- наука) -- научно-прикладная область знания о строении и свойствах земной атмосферы и совершающихся в ней физико-химических процессах. В процессе развития метеорологии из неё выделился ряд самостоятельных научных дисциплин: физика атмосферы, климатология, синоптическая метеорология и пр.

На всем протяжении истории человечества развитие науки было одним из элементов этой истории. Уже с той далекой и темной для нас эпохи, когда первые зачатки человеческого познания воплотились в древнейших мифах и в обрядах первобытных религий, мы можем проследить, как вместе с общественными формациями, в тесной связи с ними. Развивались и естественные науки. Они зарождались из повседневной практики земледельцев и пастухов, из опыта ремесленников и мореплавателей.

Первыми носителями науки были жрецы, предводители племен и знахари.

Лишь античная эпоха увидела людей, имена которых прославили именно занятие наукой и обширность их познаний - имена больших ученых.

Цель данной дипломной работы - изучение истории развития метеорологи. доказательство её важности и связь метеорологии с современно авиацию.

Данная цель включает в себя следующие задачи:

- доказать её важность

- изучить взаимосвязью метеорологии и авиации

- провести анализ средств изучения погоды

1. История развития метеорологии как науки

1.1 История науки

Ученые античного мира создали дошедшие до нас первые научные трактаты, подведшие итоги знаниям, накопленным предыдущими веками. Аристотель, Эвклид, Страбон, Плиний, Птоломей оставили нам столь важные и глубокие исследования, что последующая эпоха смогла прибавить к ним довольно мало, вплоть до эпохи Ренессанса, в период которого начался вновь стремительный подъем науки. Такой ступенчатый подъем, то замедляющийся, то ускоряющийся, привел естественные науки постепенно к их современному развитию, к их теперешнему положению в обществе. Еще на заре своего существования человек пытался разобраться в окружающих явлениях природы, которые часто были ему непонятны и враждебны. Жалкие хижины плохо защищали его от непогоды, посевы его страдали от засухи или от слишком сильных дождей.

Жрецы первобытных религий учили его обожествлять стихии, с натиском которых человек был бессилен бороться. Первыми богами всех народов были боги солнца и луны, грома и молнии, ветров и морей. Озирис у египтян, бог солнца Ойтосур у скифов, Посейдон у греков, громовержец Индра в Индии, подземный кузнец Вулкан у древних римлян являлись олицетворением сил природы, едва лишь познанных человеком. Древние славяне чтили Перуна, творца молнии. Действия и поступки этих богов, как внушали человеку жрецы, зависели только от их капризной воли, и ему было очень трудно защищаться от гнева неблагосклонных божеств. В эпической и философской литературе древности, донесшей до нашего времени некоторые идеи и понятия давно прошедших веков, нередко встречаются сведения о погоде, о разных атмосферных явлениях и пр., характеризующие их авторов как внимательных наблюдателей.

Вот несколько примеров, относящихся к разным странам и культурам. О круговороте ветров, настигшем Одиссея у земли фракийцев, повествует

Гомер в «Одиссее»: «ПО морю так беззащитное судно повсюду носили ветры, то быстро Борею его перебрасывал Нот, то шумящий Эвр, им играя, его предавал произволу Зефира…», т.е. северные и западные ветры следовали за восточными и южными. О радуге, нижняя часть которой кажется погруженной в море, повествует «Илиада»: «…ветроногая с вестью помчалась Ирида на расстоянии, равном меж Имбром крутым и Самосом, прыгнула в темное море…». В «Книге пути и добродетели» (около VI в. до н.э.), которую ранее приписывали китайскому философу Лао Цзы, мы читаем: «Крепкий ветер длится в течение всего утра, сильный дождь не продолжается весь день».

Индийская героическая поэма «Махабхарата» в ярких красках описывает вторжение летнего муссона в Индию: «…и когда Кадру так восславила великого владыку, разъезжавшего на светло-желтых конях (Индру, бога грозы и грома), тот покрыл тогда все небо громадами синих облаков. И те облака, сверкающие молниями, непрерывно и сильно грохоча, как бы браня друг друга, стали проливать воду в большом изобилии. И следствии того, что чудесные облака постоянно изливали неизмеримые массы воды и страшно грохотали, небо словно разверзлось. От множества волн, от потоков воды небесный свод, оглашаемый раскатами грома, превратился точно в пляшущий эфир И земля кругом наполнилась водой».

Немного дальше там повествуется о пыльных бурях индии: «Гаруда (легендарный царь пернатых) …расправил свои крылья и взлетел на небеса. Могучий, он прилетел к нишадам… Собираясь уничтожить тех нишадов, он тогда поднял огромную тучу пыли, которая достигла до небес». Коран в суре ХХХ утверждает: «…бог посылает ветры, и они гонят тучу: он расширяет ее по небу, сколько хочет, вьет ее в клубы, и ты видишь, как льется дождь из лона ее…». Первые письменные памятники, дошедшие до нас, относились к временам, когда явления природы трактовались как знаки божественной воли. Жрецы древних религий были иногда первыми учеными далекой древности.

Благодаря им религия крепко держала в подчинении первые проблески научной мысли. Она заставляла считать, чо божество - неограниченный властелин не только над человеком, но и над свей окружающей природой.

Мысль о том, что мир управлялся божественным произволом, исключая науку в подлинном смысле слова, так же, как и всякую попытку найти и формулировать какие-либо законы природы. Когда греческая античная наука еще только зарождалась, Пифагору (род.570 г. до н.э.) уже пришлось ограничить власть божества, сказав, что «Бог всегда поступает по правилам геометрии». В области метеорологии первая закономерность, которая была известна, конечно, с незапамятных времен, был годовой цикл погоды. Сказания древних славян не раз упоминали о постоянной борьбе доброго и злого начала, лета и зимы, света и тьмы, Белобога с Чернобогом. Этот мотив нередко встречается и в преданиях других народов. «Работы и дни» Гесиода (VIII в. до н.э.) повествует, как вся жизнь греческого землевладельца связана с движением солнца и светил: «Лишь на востоке начнут восходить Атлантиды-Плеяды, жать поспешай, а начнут заходить - за посев принимайся». «Месяц очень плохой Ленеон, для скотины тяжелый. Бойся его и жестоких морозов, которые почву Твердою кроют корой под дыханием ветра Борея…» «Вот пятьдесят уже дней наступает после солноворота (летнего), и наступает конец многотрудному, знойному лету.

Самое здесь-то и время для плавания: ни корабля ты. Не разобьешь, ни людей не поглотит пучина морская… Море тогда безопасно, а воздух прозрачен и ясен… Но воротиться обратно старайся как можно скорее, не дожидайся вина молодого и ветров осенних И наступленья зимы и дыханья ужасного Нота. Яро вздымает он волны…». Упоминание о годовом цикле погоды сыграло особую роль в создании первых метеорологических записей древности. Уже со времен астронома Метона (около 433 г. до н.э.) в греческих городах выставлялись в общественных местах календари с записями о явлениях погоды, сделанных в предыдущие годы. Эти календари назывались парапегмами. Некоторые из этих парапегм дошли до нас, например в трудах известного александрийского астронома Клавдия Птоломея (род. Примерно в 150 г. до н.э.), римского землевладельца Колумеллы и других писателей древности. В них мы находим большей частью данные о ветрах, осадках, холодах и о некоторых фенологических явлениях. Так, например, в александрийской парапегме много раз отмечено появление южных и западных ветров (что не согласуется с фактом преобладания там северных ветров в наше время).

Сильные ветры (бури) наблюдались в Александрии преимущественно в зимнее время, как и теперь. Записи о дождях (примерно 30 случаев в год) и грозах встречаются во все месяцы, что очевидно, не характерно для Александрии с ее безоблачным, сухим летом. Сравнительно частые указания на туман летом подтверждает еще раз, что в парапегмах были отмечены главным образом выдающиеся, исключительные события. В них нельзя видеть ни систематический дневник погоде, ни климатологическую сводку в современном понятии. [8]

Китайская классическая литература содержит некоторые фонологические сведения, которые дают представление о погоде прошлых веков. Так, в «Книге обычаев» Ли Ки имеется целая глава о сельскохозяйственном календаре, восходящая примерно к III в до н.э. В книге Чоу Кунга, написанной по-видимому, незадолго до нашей эры, указано, что цветение персика происходило тогда 5/III по нашему календарю (ныне, например в Шанхае, в среднем 25/III), прилет домашней ласточки наблюдался 21/ІІІ (ныне в Нинг-По в середине марта), а ее отлет21/ІХ. Помня, что в наше время ласточка в Шанхае остается лишь до августа, мы видим, что эти записи указывают на более теплый климатический период. В китайских летописях мы находим также довольно многочисленные сведения о морозах, снегопадах, наводнениях и засухах. Последние были особенно часты в IV и VI-VII вв. н.э.

Средняя дата позднейшего за каждые 10 лет снегопада в эпоху южной династии Сунь (1131 - 1260 гг.) была 1/IV - приблизительно на 16 дней позднее, чем, например, в десятилетие 1905 - 1914 гг. Первые опыты прогноза погоды по местным признакам были начаты весьма давно.

В китайской «Книге песен» (Шицзин), относящейся к периоду Чжоу (1122 - 247 гг. до н.э.), приводится примета: «если во время восхода солнца на западе видна радуга, то это значит, что вскоре будет дождь». Довольно много подобных признаков мы находим у греческого естествоиспытателя Теофраста из Эреза (380 - 287 гг. до н.э.), ученика Аристотеля. Теофраст писал, что «…знаки дождя, ветра, бурной и ясной погоды мы описали так, как нам удалось их постичь. Часть их мы наблюдали сами, часть - узнали у других достойных доверия людей».

Так, например, надежным признаком дождя, по Теофрасту, является пурпурно-золотистая окраска облаков перед солнечным восходом. Такое же значение имеет темно-красный цвет неба при заходящем солнце, появление полос тумана на горах и т.д.

Многие приводимые им приметы основаны на поведении птиц, животных и пр. В классической стране правильной смены сезонов - Индии - наблюдение за большими и длительными аномалиями погоды уже давно было использовано для предсказания ее. Мы не знаем точно, к каким векам восходят первые попытки предсказать хороший или плохой летний муссон - основу благосостояния или неурожая в Индии, но они, очевидно, были сделаны очень давно. Многочисленные записи о погоде и климате мы находим в книге «История Армении» Мовсеса Хоренаци (V в. н. э.).

Этот историк повествует о легендарном витязе Гайке (олицетворяющем, очевидно, Армению), который «поселился среди морозов». Он «не захотел смягчить холод оцепенелого своего гордого нрава» и, подчинившись вавилонским царям, жить в их теплой стране. В легенде о Семирамиде, покорившей Армению, говорится, что она решила построить на берегах оз. Ван «…город и дворец в этой стране, где такой умеренный климат…и проводить четвертую часть года - летнее время - в Армении». В описываемых Хоренаци исторических эпизодах упоминается о влажности воздуха и частых туманах Аджарии, о снегопадах, сильных ветрах и метелях Армянского нагорья и пр.

В конце книги при перечислении причин упадка страны к ним автор относит неблагоприятный климат - «…ветры, приносящие летом суховей и болезни, облака, мечущие молнии и град, дожди, несвоевременные и беспощадные, погода суровая, порождающая иней…». Индийский астроном Вараха-Михира (V в. н. э.) в соей книге «Большое собрание» систематизировал признаки, по которым можно было задолго предсказать обилие ожидаемых муссонных дождей, сгруппировав эти признаки по индусским лунным месяцам. Предвестниками хорошего сезона дождей, согласно Вараха-Михира, являлись: в октябре - ноябре (его деление года на месяцы не совпадало с нашим) красная заря утром и вечером, гало, не очень большое количество снега; в декабре - январе сильный ветер, большой холод, тусклые солнце и луна, плотные облака при восходе и заходе солнца; в январе - феврале сильные сухие шквалы, плотные облака с гладкими основаниями, разорванное гало, медно-красное солнце; в феврале - марте облака, сопровождающиеся ветром и снегом; в марте --апреле молния, гром, ветер и дождь. К сожалению, проверка этих признаков, имеющих столь почтенную давность, еще не сделана. Вараха-Михира указывал, что если все благоприятные признаки, указанные выше наблюдаются, то число дней с дождем (в переводе на наш календарь) в мае будет 8, в июне 6, в июле 16, в августе 24, в сентябре 20, в октябре 3. Индийский метеоролог Сен сообщает, что интенсивный муссон 1917 г. дал, например, гораздо меньшее число дней с дождем - соответственно 5, 6, 12, 13 и 5 дней.

Наибольших успехов, систематичности и ясности наука древности достигла в античной Греции, прежде всего в Афинах. Благодаря своим колониям, распространившимся, начиная с VI в. до н.э., по Средиземному и Черному морям, от Марселя до современных Феодосии и Сухуми, греки смогли познакомиться с культурой западного мира того времени. Они восприняли многое от своих предшественников - египтян и финикийцев, но сумели из сравнительно отрывочных элементов создать уже науку в современном понимании слова. Греки уделили большое внимание собранному прежде материалу, проявили умение глубоко проникать в существо вещей и находить в них самое важное и простое и способность к абстракции. Естественные науки у них были тесно связаны с философией. В то же время великие философы, например Пифагор и Платон, видели в математике (и особенно в геометрии) ключ к истинному общему познанию. Метеорологические наблюдения древних народов и их наследников греков привели их к изучению и физических закономерностей природы.

Тепло и холод, свет и тьма, их регулярная смена и взаимная зависимость были первыми физическими понятиями древности. В течение веков физика не была отделена от метеорологии. Первая книга об атмосферных явлениях была написана одним из самых крупных ученых античной Греции Аристотелем (384 - 322 гг. до н.э.) под названием «Метеорология». Она составляла, как полагал Аристотель, существенную часть общего учения о природе. Он писал в начале книги, что «…остается рассмотреть еще ту часть, которую предшествовавшие авторы называли метеорологией». Отсюда видно, что эта наука получила свое название еще задолго до Аристотеля и что он, вероятно, использовал многие прежние наблюдения, приведя их в систему. Первая книга «Метеорология» трактовала о явлениях, происходящих, по мнению автора, в верхних слоях атмосферы (кометах, падающих звездах и пр.), а также о гидрометеорах.

Верхние слои, как полагал Аристотель, являлись сухими и горячими, в отличие от влажных нижних слоев. Вторая книга была посвящена морю, снова ветрам, землетрясениям, молнии и грому. Третья - описывала бури и вихри, а также световые явления в атмосфере. Четвертая книга была посвящена «Теории четырех стихий». Содержание «Метеорологии» показывает, что греки времен Аристотеля бели знакомы со многими важнейшими метеорологическими явлениями. Они были столь наблюдательны, что имели ясное представление даже о северных сияниях.

Аристотель знал, что град образуется чаще весной, чем летом, и чаще осенью, чем зимой, что, например, в Аравии и Эфиопии дожди выпадают летом, а не зимой (как в Греции), что «молния кажется опережающей гром, потому что зрение опережает слух», что цвета радуги всегда одни и те же что и во внешней, более слабой радуге, они расположены в обратном порядке, что роса образуется при слабом ветре и т.д. Великий ученый не чуждался и экспериментального метода. Так, он делал попытку доказать, что воздух имеет вес. Он нашел, что надутый пузырь тяжелее пустого; это, казалось, дало ему требуемое доказательство (принцип Архимеде был ему неизвестен), но факт, что не надутый пузырь тонет в воде, а надутый плавает, снова увлек Аристотеля от истины и привел его к странному, на современный взгляд, понятию об абсолютной легкости воздуха.

Аристотель пытался понять процессы, происходящие в атмосфере. Так, например, он писал, что «… жидкость, окружающая землю, испаряется лучами солнца и теплом, которое приходит сверху, и поднимается вверх… Когда тепло, которое ее подняло, ослабевает, …охлаждающийся пар сгущается и снова становится водою». Он полагал, что вода замерзает в облаках «…потому, что из этой области выпадает три вида тел, образованных охлаждением, - дождь, снег и град».

Аналогично он отметил, что град более част летом в жарких местностях, потому что «тепло там отталкивает облака дальше от земли». Можно сказать без колебания, что первым камнем фундамента науки о погоде была старая идея о тесной связи погоды с направлением ветра. Об этой связи Аристотель писал: «Апарктий, Траский и Аргест (примерно северный, северо-северо-западный и западно-северо-западный ветры, рис.1), рассеивая плотные облака, приносят ясную погоду, по крайней мере, когда они не слишком плотны. Их действие иное, если они не столь сильны, сколь холодны, ибо они вызывают сгущение (паров) раньше, чем они рассеют другие облака. Аргест и Эвр (востоко-юго-восточные) - сухие ветры, последний сух лишь вначале и влажен в конце. Мез (северо-северо-восточный) и более всех Апарктий приносят снег, ибо они самые холодные. Апарктий приносит град, так же как Траский и Аргест, Нот (южный), Зефир (западный) и Эвр горячи. Кайкий (востоко-северо-восточный) покрывает небо мощными облаками, при Липсе (западо-юго-западным) облака не так мощны…».

Аристотель пытался дать объяснение этим свойствам ветров; «…бывает больше ветров, приходящих из северных стран, чем ветров, приходящих с полуденных. Гораздо больше дождя и снега приносится от этих последних, ибо они под солнцем и расположены под его путем». Идея о ветрах как о правителях погоды приняла художественную форму в так называемой «Башне ветров», сооруженной в Афинах Андроником Киррестом во II в. до н.э. На скульптурной фризе восьмиугольной башни изображены соответствующие ветры в виде мифологических фигур с атрибутами, характеризующими приносимую этими ветрами погоду. На башне железный флюгер с жезлом указывал откуда дует ветер.

В эпоху, последовавшую за веком Аристотеля, завоевания его воспитанника Александра Македонского открыли для греков целый новый мир на востоке - до границ Индии и берегов Сыр-Дарьи, где была построена Александрия Дальняя. В своих походах греки познакомились с восточными морями (Персидским заливом и Аравийским морем) и с их муссонами, которые впервые описал полководец Александра. Преемники Александра основали в Египте, в Александрии, второй центр эллинистической науки, где была создана своеобразная академия того времени - александрийский «Мусейон» (музей). Здесь зародились современная география и составление географических карт. Глава Мусейона Эратосфен из Кирены (275 - 194 гг. до н.э.) первый определил размеры земного шара, причем настолько правильно, что его измерения были уточнены лишь в конце XVIII в.

Здесь же Ктезибий (около 250 г. до н.э.) и Герон Александрийский (около 120 - 100 гг. до н.э.) впервые изучили упругую силу воздуха и использовали ее для многих мелких механизмов - воздушных насосов и пр. Наблюдали они также тепловое расширение воздуха и водяного пара. В эту эпоху не прекращались и наблюдения за ветрами в различных местах бассейна Средиземного моря. Плиний Старший (23 -79 гг. н.э.) упоминал о двадцати греческих ученых, собравших наблюдение за ветрами. Описания свойств различных ветров Плиний в известной мере заимствовал у Аристотеля (рис.2). однако он уже ясно представлял себе, что эти свойства зависят от широты. «Есть два ветра, - писал он, - которые изменяют свою природу, попадая и иные страны. В Африке Аустер (южный ветер) приносит теплую погоду. Аквилон - облачную» (в Италии их свойства как раз обратны).

Уже в первом или во втором столетии нашей эры наметился огромный упадок античной науки. Причины его были общественного порядка. Рабовладельческий строй, сосредоточивший всю власть над огромной империей в руках небольшой горстки аристократов, шел по пути распада и растущего бессилия. Бесправие рабов, бедность римского пролетариата, нищета угнетенных провинций, упадок торговли и производства вели к упадку ремесел. Стимула для прогресса науки почти не было, и ее развитие, можно сказать прекратилось. Это произошло еще задолго до того, как сама римская империя погибла под ударами нашествий готов и вандалов. В последовавшие затем века центр цивилизации и культуры переместился далеко на восток, в арабские страны, Индию, Хорезм и Иран. Особенно велики были успехи математики. В Индии они были связаны с именами Вараха-Михира, Ариабхата (V в.н.э.) и Брамагупты (VII в.н.э.). В мусульманском мире прославились ал-Хорезми (IX в.), ал-Бируни (973 - 1048 гг.), Омар Хаям (1048 - 1122 гг.), Туси (1201 - 1274 гг.). Большое внимание уделялось также химиии и астрономии.

Арабы в далеких плаваниях проникли на восток до Зондских островов, на север до Балтийского моря и Среднего Поволжья, на юг до Мадагаскара. Везде они собирали географические сведения о климатах и ветрах.

К сожалению, вклад, который сделали страны Востока в первом тысячелетии нашей эры в развитие науки об атмосфере еще очень мало изучен. Мы имеем о нем только весьма отрывочные несистематизированные сведения. Это тем более достойно сожаления, что, несомненно, многочисленные факты из этой области науки уже были известны и ученые востока делали попытки их объяснить и привести в систему.

1.2 Метеорология в средние века

Когда сумерки средневековья сменили яркий день расцвета античной цивилизации, в Европе надолго были забыты науки греко-римского мира. Забыты были многочисленные сделанные тогда наблюдения за явлениями природы, приметы о погоде, изречение народной мудрости и научные трактаты греческих и римских ученых. В эпоху раннего средневековья были забыты и творения Аристотеля. Они остались жить на Востоке в переводах на арабский и армянский языки и лишь значительно позднее через посредство арабов вернулись в Европу.

Самым печальным для судеб цивилизации оказалось то, что был отвергнут научный метод, основанный на наблюдении явлений природы и на попытках их правильного истолкования.

Науку ранних веков сменила схоластика средних веков, скованная авторитетом буквы священного писания.

Мистическая философия Библии крепко владела умами ученых и целых народов в течение столетий. Церковь заставляла верить, что все явления природы - лишь проявление воли божества, пользующегося ими для того, чтобы выразить свой гнев или свое благоволение.

Пышным цветом расцвело в средние века особое «учение», ныне уже основательно забытое, - астрометеорология. Это был раздел астрологии, очень популярной тогда.

Астрологией называлось фантастическое учение о «предсказании» событий в жизни человека и природных явлений по движению планет среди звезд. Раздел этой «науки», называвшийся «натуральной астрологией», или астрометеорологией, занимался специально предсказанием погоды наряду с другими явлениями природы. [9]

Астрометеорология пользовалась большим вниманием арабов. Переводчик с арабского языка Иоанн Севильский (VII в.) был в то же самое время автором обширного сводного астрологического тарктата (изданного позднее, в 1518 г., в Нюрнберге), в котором шестая глава говорит о «предрасположении воздуха», а восьмая - непосредстенно о предсказании погоды. Иоанну Севильскому приписывают также рукопись «Предсказание различных погод (собственно бурь)». За Иоанном последовал длинный ряд астрометеорологов - Леопольд Австрийский, Гвидо Бонатти, Фирмин де Боваль и др. Уже в XIV в. астрологи стали составлять на основании движения светил предсказания на целый год, содержащие иногда очень короткие, иногда детализированные по месяцам прогнозы погоды. В «Практике» Ганса Энгеля был впервые дан прогноз характера погоды на каждый день (1488 г.).

Господство астрологии, в том числе в области предсказания погоды, продолжалось очень долго, до начала XVII в. Во все времена «крестьянин зорко всматривался во все явления окружающей его природы, чтобы по ним судить о том, что сулит ему ближайшее или даже более или менее отдаленное будущее» и «соответственно ему направлять так или иначе свою сельскохозяйственную деятельность».

Приметы, передававшиеся из поколения в поколение, заключали наряду с отзвуками суеверий нередко результаты долгого и внимательного наблюдения за природой. Приметы иной раз весьма древние, зафиксированные в различных произведениях античной и средневековой литературы, можно разделить на несколько групп: 1) основывающиеся на небесных явлениях, в том числе на возрасте и движении луны, 2) связанные с определенными календарными датами, 3)относящиеся к поведению животных и птиц и пр. и 4) основанные на самих явлениях погоды.

Первая группа идет из глубокой древности. Весьма многочисленными всегда были приметы, связанные с луной. Народное мнение всегда упорно приписывало луне весенние заморозки. Здесь причина, очевидно, смешивалась со следствием - безоблачная ночь весной всегда опасна в смысле понижения температуры.

Вторая групп примет связана с календарем, или (по церковной традиции) с днями определенных святых. Календарные приметы иногда охватывают длительный срок. Но ценность всех календарных примет, в особенности относящихся к длинным периодам, невелика. Третья группа примет основана на поведении животных, птиц и пр. Она очень стара. В своих «Постоянных эфемеридах погоды» (1554 г.) А.Мизо приводит 46 признаков наступления плохой погоды, из которых 42 основаны на поведении животных, птиц и насекомых. Многие подобные приметы известны и в наше время (например, о ласточках, летающих перед дождем низко над землей), но об их правильности или ошибочности судить нелегко из-за отсутствия необходимых систематических наблюдений. Несравненно большее значение имеют приметы четвертой группы, исходящие из наблюдений самих явлений погоды. Несмотря на свою многовековую давность, они весьма интересны и для нас; некоторые из них хорошо укладываются в схемы современной метеорологии.

Все приметы, возникшие из внимательного наблюдения за природой, имеют определенное значение для науки. Наиболее ценный и интересный материал, относящийся к средним векам, дошел до нас в виде летописей, которые составлялись либо официальными историками, либо частными лицами.[5]

Наряду с историческими событиями летописец отмечал из года в год бури, наводнения, снегопады и др. Встречаются также упоминания о полярных сияниях. Больше всего внимание летописца привлекали такие необыкновенные явления, как, например, снегопад 26 апреля 1498 г., после которого снег толщиной «в полголени» пролежал семь дней. Напомним, что в средней полосе России в мае бывает примерно один день с небольшим снегопадом, но снег, конечно, лишь в редчайших случаях образует толстый слой.

Сравнительно часто в летописях отмечались засухи (например, в 1024, 1060, 1092, 1124, 1161, 1193-1194, 1298, 1325 гг. и особенно великая засуха 1365 г., когда произошел большой пожар в Москве). Не только в летописях, но и в других памятниках русской литературы прошлых веков мы находим записи, говорящие о внимательном наблюдении явлений природы. В Китае многочисленные хроники и анналы донесли до нашего времени весьма подробные и систематические сообщения о наводнениях, засухах, сильных холодах и пр., бывших в Китае на протяжении почти полутора тысяч лет. Так или иначе, следует всегда помнить, что летописцы отмечали, прежде всего, наиболее выдающиеся явления природы. Сравнивать их следует, конечно, не с общим современным «уровнем» погоды, а с теми исключительными явлениями, которые наблюдаются в наше время.

1.3 Первые метеорологические приборы

Эпоха великих открытий и изобретений, отметившая начало нового периода истории человечества, произвела революцию и в естественных науках. Открытие новых стран принесло сведения об огромном количестве физических фактов, неизвестных ранее, начиная с опытного доказательства шарообразности земли и понятия о разнообразии ее климатов. Мореплавание этой эпохи нуждалось в большом развитии астрономии, оптики, знаний правил навигации, свойств магнитной стрелки, знания ветров и морских течений всех океанов. В то время как развитие торгового капитализма служило импульсом ко все более далеким путешествиям и поиском новых морских путей, переход от старого ремесленного производства требовал создания новой техники.

Рисунок 1 Барометр

Этот период был назван веком Ренессанса, но его достижения вышли далеко за рамки возрождения античных наук - он ознаменовался настоящей научной революцией. В XVII в. были заложены основы нового математического метода анализа бесконечно малых, открыты многие основные законы механики и физики, изобретены зрительная труба, микроскоп, барометр, термометр и другие физические приборы. Используя их, быстро начала развиваться экспериментальная наука. Возвещая ее возникновение, Леонардо да Винчи, один из самых блестящих представителей новой эпохи, сказал, что «…мне кажется, что те науки пусты и полны ошибок, которые не кончаются в очевидном опыте, т.е. если их начало или середина, или конец не проходят через одно из пяти чувств». [4]

Вмешательство Бога в явления природы было признано невозможным и несуществующим. Наука вышла из-под гнета церкви. Вместе с церковными авторитетами был предан забвению и Аристотель - с середины XVII в. его творения почти не переиздавались и не упоминались естествоиспытателями. В XVII в. наука как бы начала создаваться заново. То, что новая наука должна была завоевать право на существование, вызывало у ученых того времени огромный энтузиазм. Так, Леонардо да Винчи был не только великим художником, механиком и инженером, он был конструктором ряда физических приборов, одним из основателей атмосферной оптики, и то, что он написал о дальности видимости окрашенных объектов сохраняет свой интерес до сих пор. Паскаль - философ, провозгласивший, что мысль человека позволит ему покорить могучие силы природы, выдающийся математик и создатель гидростатики - первый доказал экспериментально убывание атмосферного давления с высотой. Декарт и Локк, Ньютон и Лейбниц - великие умы XVII в., прославившиеся своими философскими и математическими исследованиями - внесли большие вклады в физику, в частности, в науку об атмосфере, которая тогда почти не отделялась от физики.

Во главе этого переворота стояла Италия, где жил и творил Галилей и его ученики Торричелли, Маджиотти и Нарди, Вивиани и Кастелли. Другие страны тоже внесли большой вклад в метеорологию того времени; достаточно вспомнить Ф. Бэкона, Э. Мариотта, Р. Бойля, Хр. Гюйгенса, О. Герике - целый ряд выдающихся мыслителей. Глашатаем нового научного метода был Ф. Бэкон (1561 - 1626 гг.) - «родоначальник английского материализма и всей опытной науки нашего времени», по выражению Карла Маркса. Бэкон отверг домыслы схоластической «науки», которая, как он справедливо говорил, пренебрегала естествознанием, чуждалась опыта, была скована суеверием и преклонялась перед авторитетами и догматами веры, неустанно говорившей о непознаваемости Бога и его творений. Бэкон провозгласил, что науку поведет вперед союз опыта и рассудка, очищающего опыт и извлекающего из него законы природы, истолкованные последней. В «Новом Органоне» Бэкона мы находи описание термометра, что дало некоторым даже повод считать Бэкона изобретателем этого прибора. Перу Бэкона принадлежали и соображения об общей системе ветров земного шара, но они не нашли отзыва в творениях авторов XVII - XVIII вв., писавших на ту же тему. Собственные опытные работы Бэкона по сравнению с его философскими исследованиями имеют, тем не менее, второстепенное значение. Для экспериментальной науки первой половины XVII в., в том числе и для метеорологии, более всего сделал Галилей. То, что он дал метеорологии, прежде казалось второстепенным по сравнению, например, с вкладом Торричелли в эту науку. Теперь мы знаем, однако, что кроме высказанного им впервые представления о весе и давлении воздуха, Галилею принадлежит идея первых метеорологических приборов - термометра, барометра, дождемера. Создание их заложило всею современную метеорологию.

1.4 Первые шаги климатологии

Путешественники и мореплаватели древности уже весьма давно обратили внимание на различие климатов тех или других стран, которые им довелось посетить. Климатология, таким образом, в течение веков шла рука об руку с географией, будучи ее неотъемлемой частью. Первобытный человек считал привычную ему смену зимы и лета, жары и холода, дождей и засухи неизменным, установленным верховной силой порядком. Для него, жившего весь свой век на одном месте, понятия «климат» еще не существовало. Только первые путешествия убедили человека в том, что порядок явлений погоды в других странах иной. Так возникло представление о разнообразии климатов, которое нельзя связать ни с определенной эпохой, ни с определенным лицом. Оно развивалось и расширялось на основании опыта многих поколений. То, что мы называем климатологическими сведениями, можно найти во многих памятниках письменности прошлых тысячелетий, особенно в творениях историков и путешественников. Эти данные были, конечно, весьма отрывочными и не складывались в какую-либо стройную научную систему.

Греческим ученым принадлежит первая попытка установить систему климатов земли. Утверждают, что историк Полибий (204 - 121 гг. до н.э.) первый разделил всю землю на 6 климатических поясов - два жарких (необитаемых), два умеренных и два холодных. В ту эпоху уже было ясно, что степень холода или тепла на земле зависит от угла наклона падающих солнечных лучей (члйнейн - наклонять). Отсюда возникло и самое слово «климат», обозначавшее в течение многих веков некоторый пояс земной поверхности, ограниченный двумя широтными кругами. У Цицерона (106 - 43 гг. до н.э.) мы находим упоминание о смягчающем влиянии моря на климат. Позднее один их христианских комментаторов Цицерона Минуциус Феликс объяснил умеренность климата Британии влиянием омывающий ее морей. В книге Мовсеса Хоренаци «История Армении» (V в. н. э.) мы находим многочисленные упоминания о климате различных частей Армении. Побывав в Египте, Хоренайи сообщил интересные сведения о его климате. Немного добавили к наследию классической древности в области климатологии и средние века. В записках путешественников той эпохи мы находим сообщения о бурях и дождях ветрах и морозах. В литературе Востока также можно обнаружить некоторые сведения о разнообразии климатов. Например, персидская география многократно напоминает о климате различных стран.

Рисунок 2 Марко Поло

Стоит упомянуть некоторые сведения, касающиеся описания климата России. Марко Поло в 70-х годах XIII в. описал холодный климат Нижнего Поволжья. В 1246 г. Плано Карпини и несколькими годами позже Рубруквис проезжали через Южную России, направляясь на Восток, и оставили красочное описание снегов и морозов. Позднее подобные седения оставили Гильбер де Ланноа (1413 - 1421 гг.), венецианец Иосфат Барбаро (1436 - 1451 гг.) и др. Матвей Меховский в своем «Трактате о двух Сарматиях» (1517 г.) сравнивал климаты Москвы и Прибалтики. Баренц, зимовавший в «Ледяной гавани» на Новой Земле в 1596-97 г., оставил нам подробные записки о ветре, облаках, осадках того края.

Многочисленны свидетельства о климатах российских авторов. Внимание их, естественно, привлек климат новых, еще малоизвестных земель, недавно присоединенных к Московскому государству. Описание климата Якутии (1643 г.) сделали ленские воеводе Головин и Глебов. Завоевателей Приамурья Пояркова и Хабарова тоже сильно интересовал климат тех мест. Своеобразное физико-географичекое описание Сибири и особенно ее рек оставил нам Николай Спафарий, ездивший в 1675 г. с посольством в Китай. Изобретение метеорологических приборов и начало регулярных наблюдений позволили сделать следующий шаг - перейти от качественного к количественному сравнению и характеристике климатов.

Климатологическая теория также ведет свое начало с XVIIIв., хотя очень трудно указать вехи медленного и постепенного развития идей климатологии тех времен. Тогда была окончательно признана недостаточной астрономическая система деления климатов, именовавшая «климатами» определенные широтные пояса земной поверхности. Внимание ученый привлекли различные другие факторы климата. Гениальный Ломоносов указал в ту эпоху на целый ряд факторов и зависимостей, которые позднее легли в основу климатологической науки.[1]

Вместе с тем в XVIII в. были поставлены и практические задачи климатологии. У нее искали ответа на вопросы о гигиенических условиях местности и об опасности тех или иных болезней, о сельскохозяйственных возможностях и пр. Доктор Лининг в 1738 г. в Чарльстоне именно под этим углом зрения рассматривал пользу метеорологических наблюдений. Таким образом, к концу XVIII в. старое представление о разнообразии климатов земли уже было подкреплено рядами инструментальных наблюдений, совершенно ясно определились важнейшие общие причины существования различных климатов, а также наметились и некоторые проблемы практической климатологии. Все это были зародыши идей, которым суждено было получить полное развитие в следующем веке, когда уже стало возможным использовать параллельные ряды наблюдений метеорологических станций для сравнения климатов.

2. Метеорология как наука помогающая в современном мире

2.1 Современная метеорологии

Сейчас современная метеорология изучает множество вещей и предсказание погоды - это всего лишь одна из многих составляющих деятельности метеоролога, хотя, несомненно, потребителю она известна лучше остальных. Вообще же задача науки метеорологии - это изучение атмосферных процессов во всем их многообразии, изучение взаимодействия атмосферы с другими сферами Земли, выяснение причин возникновения различных явлений в атмосфере. Метеорология - наука о земной атмосфере, её строении, свойствах и происходящих в ней явлениях и процессах. Задачи современной метеорологии не ограничиваются объяснением физической сущности атмосферных процессов. [5]

Углубленное изучение физики атмосферы позволило выделить ряд самостоятельных наук (научных дисциплин), имеющих свои объекты изучения.

К таким наукам относятся: прежде всего синоптическая метеорология, изучающая погоду и методы её предсказания; динамическая метеорология, изучающая теоретические вопросы физики атмосферы с широким использованием современного математического аппарата; климатология, изучающая средний режим погоды отдельных районов в зависимости от их географического положения и физико-географических особенностей.

Процессы, происходящие в средних и высоких слоях атмосферы (от 1.5 км до нескольких десятков км) изучает аэрология. В последние годы, в связи с интенсивным развитием космонавтики, получила развитие аэрономия - наука, изучающая самые высокие слои атмосферы (более 100 км) с помощью метеорологических и геофизических ракет и искусственных спутников Земли. В процессе практического использования метеорологических сведений выделялись и продолжают выделяться некоторые прикладные отрасли метеорологии. Важнейшие из них - сельскохозяйственная метеорология, авиационная метеорология, космическая метеорология, морская метеорология, медицинская метеорология и др. Среди перечисленных выше дисциплин синоптическая метеорология занимает особое место. Знание причин возникновения различных атмосферных явлений, умение предсказывать эти явления, особенно стихийные, имеет большое практическое значение.

Наука, изучающая явления, происходящие в земной атмосфере, как-то: давление, температуру, влажность воздуха, облачность, осадки, дождь, снег и т. д. В отличие от ближайшей к ней науки - физики, науки опытной, - М. наука наблюдательная. Явления, происходящие в земной атмосфере, до крайности сложны и находятся во взаимной зависимости одни от других, и обобщения возможны лишь при наличности обширного, возможно точного материала, добытого наблюдениями (см. Метеорологические наблюдения). Так как воздух теплопрозрачен, т. е. пропускает значительное количество тепла, лишь мало нагреваясь от солнечных лучей, то значительное количество солнечного тепла доходит до поверхности суши и вод земного шара. Так как притом и суша, и вода имеют гораздо большую теплоемкость, чем воздух (при одинаковом объеме первая более 1500 раз, вторая более 3000 раз), то понятно, какое влияние на температуру нижнего слоя воздуха оказывают температура поверхности суши и вод земного шара, а нижние слои воздуха всего более исследованы. Поэтому исследование верхних слоев суши и вод, особенно их температуры, входит в область М. По мере накопления материала и его научной разработки, М. стала разбиваться на части или отделы. Еще сравнительно недавно в М. решительно господствовал метод средних величин (см. Метеорологические наблюдения), в настоящее время он имеет особое значение для климатологии (см. Климаты), т. е. части М., но и здесь все более и более обращают внимание на разности и колебания метеорологических элементов, изображая их не только цифрами, но и более наглядно, на графических таблицах и картах. Чем меньше колебания, тем более постоянен климат и тем большее значение приобретают средние величины. Если же колебания очень велики и часты, то средние величины гораздо меньше характеризуют климаты, чем там, где колебания меньше. Современная М. обращает большое внимание и на крайние величины разных метеорологических элементов, изучение их имеет значение как для чистой науки, так и в применении к практике, например для сельского хозяйства. Все метеорологические явления прямо или косвенно зависят от влияния солнечного тепла и света на Землю; ввиду этого особенное значение имеют два периода: суточный, зависящий от обращения Земли вокруг своей оси, и годовой, зависящий от обращения Земли вокруг Солнца.

Чем ниже широта, тем больше относительное значение суточного периода, в особенности температуры (но и других явлений), и тем меньше значение годового. На экваторе длина дня одинакова в течение года, т. е. 12 часов 7 минут, и угол падения солнечных лучей в полдень изменяется лишь в границах от 66 ° 32" до 90°, поэтому на экваторе в течение целого года около полудня получается очень много тепла от солнца, а в течение длинной ночи много и теряется лучеиспусканием, отсюда условия благоприятны для большой суточной амплитуды температуры поверхности почвы и нижнего слоя воздуха, т. е. большой разности между суточной температурой наименьшей и наибольшей.

Напротив, температуры суток в разное время года должны разниться очень мало. На полюсах суточный период совершенно исчезает, солнце восходит в день весеннего равноденствия и затем остается над горизонтом до дня осеннего равноденствия, причем более 2-х месяцев постоянно его лучи падают под углом более 20°, а около полугодия солнца совсем не видно. Очевидно, что эти условия должны способствовать очень большой годовой амплитуде температуры на полюсах, резко отличающейся от малой амплитуды, наблюдаемой в тропиках. Суточный и годовой периоды метеорологических явлений - периоды бесспорные, но рядом с ними метеорологи искали и ищут других периодов, частью более коротких, чем годовой, частью более длинных. Из первых обратил на себя особое внимание 26-дневный период обращения Солнца вокруг своей оси, соответствующий, по мнению иных метеорологов, такому же периоду частоты гроз. Из более длинных периодов особенно много вычислений сделано для выяснения вопроса, влияет ли на земную атмосферу большее или меньшее количество солнечных пятен. Период их приблизительно 11-летний, т. е. через такой промежуток повторяются периоды особенно большого и особенно малого количества пятен. В последние годы много писали о 35-летнем периоде, в течение которого чередуются будто бы холодные и влажные годы с теплыми и сухими, но такой период не совпадает с какими-либо известными явлениями на Солнце. Исследования этого рода дали далеко не согласные между собой результаты, и поэтому влияние на нашу атмосферу каких-либо периодов, кроме суточного и годового, можно считать сомнительным.

В последние 30 лет М. все менее и менее довольствуется средними величинами и вообще эмпирическими исследованиями и все более старается проникнуть в сущность явлений, применяя к ним законы физики (особенно учения о теплоте) и механики. Так, все современное учение об изменениях температуры в восходящих и нисходящих движениях воздуха основано на применении законов термодинамики, причем оказалось, что, несмотря на чрезвычайную сложность явлений, в некоторых случаях получаются результаты, очень сходные с теоретическими. Особенно велики в этом вопросе заслуги Ганна (Hann, см.). Все современное учение о движении воздуха основано на применении учений механики, причем метеорологам пришлось самостоятельно разработать законы механики в применении к условиям земного шара. Всего более в этой области сделал Феррель (см.).

Точно так же и в вопросах о лучеиспускании солнца, земли и воздуха, особенно в первом, сделано в последние годы очень много, и если наиболее важные работы сделаны физиками и астрофизиками (упомянем особенно о Ланглее, см.), то эти ученые были знакомы с современными требованиями М., весьма ясно выраженными и многими метеорологами, а последние, помимо того, старались возможно быстро воспользоваться достигнутыми результатами, вырабатывая при этом простые способы наблюдения, доступные большому кругу лиц, так что теперь актинометрия все более становится необходимой частью М. Выше было упомянуто о том, что метеорология до сих пор изучала главным образом нижние слои воздуха оттого, что явления здесь легче доступны для изучения и притом имеют большую важность для практической жизни. Но метеорологи уже давно стремятся исследовать слои воздуха, отдаленные от массы земной поверхности. [2]

На высоких отдаленных горах воздух соприкасается с весьма малой частью земной поверхности, и притом он находится обыкновенно в таком быстром движении, что цель до некоторой степени достигается устройством горных метеорологических обсерваторий. Они существуют в нескольких странах Европы и Америки (впереди других стран в этом деле стоит Франция) и несомненно оказали и еще окажут большие услуги М.

Вскоре по изобретении воздушных шаров ученые задались целью посредством них исследовать слои воздуха, очень удаленные от земной поверхности и очень разреженные, и уже в начале XIX столетия Гей-Люссак предпринимал полеты с научной целью. Но долгое время недостатки техники воздухоплавания и недостаточная чувствительность метеорологических инструментов мешали успехам дела, и лишь с 1893 г., почти одновременно во Франции и Германии, были пущены на огромную высоту (до 18000 м) шары без людей, с самопишущими инструментами. В России это дело также сделало большие успехи, и теперь во Франции, Германии и России предпринимаются одновременные полеты, очень важные в данном деле. Долгое время, после того как М. стала наукой, как начались правильные наблюдения и обобщения, связь между наукой и практикой долго была крайне слаба или даже совсем не существовала. В последние 35 лет это существенно изменилось, и синоптическая или практическая М. получила большое развитие. Она имеет целью не только изучение явлений погоды, но и предвидение или предсказание погоды (см.). Дело началось с более простых явлений, то есть предсказания бурь, для целей мореплавания, в чем уже достигнуты значительные успехи. В настоящее время М. стремится к тому же в интересах сельского хозяйства, но эта задача, несомненно, сложнее, как по характеру явлений, предсказание которых особенно желательно, то есть осадков (см.), так и по разбросанности хозяйств, трудности предупредить их о вероятном наступлении той или другой погоды. Впрочем, задачи сельскохозяйственной М. далеко не исчерпываются предсказанием погоды в интересах сельского хозяйства; подробное климатологическое изучение всех М. элементов, важных для сельского хозяйства, стоит на первом плане. Сельскохозяйственная М. только что возникает и получила особенное значение в двух обширных земледельческих государствах, России и Соединенных Штатах. Выше было указано на различия методов двух наук, столь близких между собой, как физика и М. По преобладанию наблюдения М. сближается с астрономией. Но тем не менее различие очень велико не только в объекте исследования, но и в другом. Все наблюдения, необходимые для астрономии, могут быть сделаны в нескольких десятках пунктов, целесообразно расположенных на земном шаре; эти наблюдения требуют только людей с большими знаниями и вполне овладевших довольно сложной техникой дела. Иное дело метеорология.

Несколько десятков обсерваторий, расположенных самым целесообразным образом по земному шару, с наилучшими наблюдателями и инструментами, все-таки будут далеко недостаточны для изучения очень многих метеорологических явлений. Последние так сложны, так изменчивы в пространстве и во времени, что непременно требуют очень большого количества пунктов наблюдений. Так как было бы немыслимо снабдить десятки и сотни тысяч станций сложными и дорогими инструментами, и еще менее возможно приискать такое число наблюдателей, стоящих на высоте науки и техники, то М. приходится довольствоваться и менее совершенными наблюдениями, и прибегать к содействию широкого круга лиц, не получивших специального образования, но интересующихся явлениями климата и погоды, и выработать для них возможно простые и дешевые инструменты и способы наблюдений. Во многих случаях даже наблюдения ведутся без инструментов. Поэтому ни одна наука так не нуждается в талантливых популярных книгах и статьях.