Казалось бы, человеку трудно повлиять на атмосферу, изменить ее состав. Однако факты говорят о другом. В мире ежегодно сжигается свыше 2 млрд. т каменного угля, более 1 млрд. т нефти, перерабатывается более 2 млрд. т рудных и нерудных сыпучих материалов. В атмосферу ежегодно выбрасывается свыше 120 млн. т угольной пыли, почти 300 млн. т промышленного и бытового аэрозоля (жидкие и твердые частички выхлопных газов от миллионов автомобилей, сотен тысяч самолетов, тепловозов, выбросы заводских труб и пр.).
Загрязнение воздушного океана приводит к повышенной коррозии, к уменьшению срока эксплуатации конструкций, строений или их полному разрушению. Оно также пагубно сказывается на здоровье людей. Поэтому в нашей стране большое внимание уделяется вопросам рационального использования природы и ее охраны. В статье 67 Конституции (Основного Закона) СССР записано: «Граждане СССР обязаны беречь природу, охранять ее богатства», а в статье 18 говорится: «В интересах настоящего и будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей человека среды».
В нашей стране ведется борьба с загрязнением атмосферы. Гидрометслужбой СССР организована общегосударственная сеть пунктов наблюдений и контроля за уровнем загрязнения атмосферы, почвы и водных объектов. Постоянный контроль за состоянием воздуха проводится в 530 пунктах 150 городов. Химический состав поверхности вод изучается более чем в 4000 пунктах на 850 объектах.
Еще большего размаха приобрела природоохранная работа после XXVI съезда КПСС, в решениях которого записано: «Активнее проводить работу по созданию и развитию системы кадастров природных ресурсов. Совершенствовать государственное управление и усилить контроль в области природопользования и охраны окружающей среды. Шире привлекать общественность к охране природы»[5].
В этом большом и благородном деле немалую помощь взрослым оказывают школьники, участвуя в поисковой и исследовательской работе отрядов Всесоюзной туристско-краеведческой экспедиции пионеров и школьников «Моя Родина — СССР». В экспедиции участвует школьники IV–X классов всей страны.
Как же возникает та или иная погода и почему она так часто меняется? Поверхность Земли нагревается неравномерно. Степень ее нагрева во многом зависит от высоты Солнца над горизонтом. Чем выше Солнце поднимается над горизонтом, тем больше лучей падает на поверхность Земли; чем опускается ниже — на тот же участок их попадает значительно меньше, они скользят по земной поверхности (рис. 1). Поэтому там, где солнечные лучи падают почти отвесно, находится зона самого теплого климата на Земле: это область между тропиками. В полярных областях (в Арктике и Антарктике) Солнце в течение полярной ночи совсем не восходит, а полярным летом оно едва поднимается над горизонтом, и лучи падают на Землю косо, нагревая ее незначительно.
Но и это не все. На земной поверхности мы видим горы и равнины, покрытые растительностью степи и голые пустыни, леса, реки, озера, моря и океаны. Одинаково ли нагреваются все эти части земной поверхности? Безусловно, нет. Сильнее и быстрее нагревается сухая голая почва. Лучше и быстрее прогревается от нее и воздух. Значительно медленнее нагревается вода, так как лучи Солнца проникают вглубь. Но она и дольше остывает. Поэтому и воздух над ней прогревается и остывает медленнее.
Рис 1.
Между подстилающей поверхностью и атмосферой происходит непрерывный обмен влагой. Испаряясь с океанов, водяной пар восходящими движениями воздуха поднимается вверх. Там температура воздуха настолько низкая, что водяной пар конденсируется в капли, образуя облака. Облака ветром переносятся на континент, где из них выпадают осадки. Осадки частично впитываются в почву и корнями растений, частично испаряются, частично стекают в реки, а оттуда в море. И все опять начинается сначала. Происходит вечный круговорот воды в природе.
Таким образом, разные участки Земли и воздух над ними нагреваются и увлажняются неодинаково. В результате создаются очаги прогретых и увлажненных различной степени участков атмосферы, размеры которых достигают нескольких тысяч квадратных километров. Их называют воздушными массами.
Воздушные массы находятся в непрерывном движении и постоянно меняют свои свойства. Замечено, что есть места — «очаги», где они накапливаются или, как принято говорить, формируются особенно часто. Одним из таких очагов является Арктика. Ее часто называют «кухней погоды». И это совершенно справедливо. Воздух здесь приобретает свойства холодных полярных льдов, распространяется к югу, неся с собой похолодание. В границах одной воздушной массы погода стабилизируется медленно, при смене воздушных масс — меняется резко, скачкообразно.
Различают периодические и непериодические изменения погоды. Первые связаны с вращением Земли вокруг Солнца и своей оси. Это суточные, а также сезонные изменения температуры и влажности воздуха, направления ветра и других метеорологических элементов. Суточные изменения особенно хорошо наблюдать в ясные дни: перед рассветом температура воздуха и почвы, как правило, минимальна, а относительная влажность наибольшая, ветер стихает, иногда выпадает роса, по дну лощин и в поймах рек стелется туман; с восходом солнца исчезает роса, туман рассеивается, поднимается ветер; после полудня температура воздуха самая высокая.
Непериодические изменения погоды обусловлены перемещением воздушных масс из одной географической области в другую в общей системе циркуляции атмосферы.
Почему же воздушные массы так непоседливы?
Причина в том, что холодный воздух тяжелее теплого и стремится опуститься вниз, а теплый — подняться вверх. В бане, как известно, внизу всегда холоднее, чем вверху, «на полке». Если мы приоткроем входную дверь бани, сразу же почувствуем, как понизу тянет холодный воздух, а теплый выходит наружу поверху (рис. 2).
Нечто похожее происходит и в воздушной оболочке Земли. Когда холодная и теплая воздушные массы сближаются друг с другом, холодный воздух как бы ложится клином под теплый, вытесняя его вверх. Граница между воздушными массами представляет собой слой воздуха шириной 10–15, а иногда 50 и более километров. Пространство между двумя воздушными массами называется фронтальной зоной, или фронтом, а место пересечения фронта с поверхностью Земли — линией фронта. Именно здесь наблюдается скачок температуры, влажности, направления и скорости ветра и других метеорологических элементов.
Рис. 2.
Так, например, 23 сентября 1979 г. из северных районов Атлантики через Скандинавию вышел глубокий циклон. (О циклонах и антициклонах будет рассказано ниже.) Центр его располагался вблизи полуострова Канин, а перемещался циклон к востоку. Атмосферный холодный фронт, связанный с этим циклоном, пересекал территорию Советского Союза от восточных районов Архангельской области до Карпат и обуславливал пасмурную дождливую погоду в Архангельской, Вологодской, Калининской, Смоленской областях, Белоруссии и на северо-западе Украины. В центральных и центральночерноземных областях, Нижнем Поволжье, на Кавказе, а также на Украине стояла теплая погода с температурой воздуха 24…29° C.
Москва и Московская область 23 сентября 1979 г. находилась во фронтальной зоне атмосферного фронта. Были кратковременные дожди, грозы. Температура в северной половине области 14… 18, в южной 20…23° C, ветер южный.
Научиться отличать одну воздушную массу от другой очень важно. Это значит найти верный путь к предвидению погоды. Проследить полностью движение воздушных масс по наблюдению в одном месте невозможно. Но общее представление о воздушных массах и разделах между ними надо иметь. Так как воздушные массы все время находятся в движении, перемещается и граница между ними. Если холодный воздух отступает, а вместо него приходит теплый, — значит идет теплый фронт.
Так как холодный воздух более плотный и тяжелый, он отходит медленно, как бы цепляясь за землю. Теплый воздух скользит, поднимается по поверхности холодного, поэтому он раньше обнаруживается на некоторой высоте, а потом уже у земли.
Прохождение теплого фронта обычно сопровождается мощной слоисто-дождевой, затягивающей все небо, облачностью с обложным дождем. Первый вестник теплого фронта — перистые облака. Постепенно они превращаются в сплошную белую вуаль — в перистослоистые облака. В верхних слоях атмосферы уже движется теплый воздух. Падает давление. Чем ближе к нам линия фронта, тем плотнее становятся облака. Солнце просвечивает тусклым пятном. Затем облака опускаются ниже, солнце скрывается совсем. Ветер усиливается и меняет свое направление по часовой стрелке (например, сначала был восточный, потом юго-восточный и даже юго-западный). Приблизительно за 300–400 км до фронта облака сгущаются. Начинается мелкий обложной дождь или снег.
