Слава Кан - Океан и атмосфера
В тропических широтах возникают тропические восточные ветры — пассаты. У земной поверхности вследствие трения пассаты имеют северо-восточное направление в северном полушарии и юго-восточное — в южном. Пассаты не являются единым общим потоком, опоясывающим Земной шар. Они устойчивы и почти не изменяют своего направления в течение года, дуют со скоростью 5–6 м/с и имеют вертикальную мощность 2–4 км. Особенно хорошо заметны пассаты над океанами. В экваториальном районе во всей тропосфере и нижней стратосфере царят восточные пассатные ветры, а над этим слоем — западные.
В верхней тропосфере или стратосфере были открыты неизвестные до того мощные струйные течения. Их скорость резко меняется как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях с нижним пределом скорости по оси 30 м/с. Обнаружены струйные течения были во время полетов на высоте 8—10 км со скоростью 300–400 км/ч. При этом самолеты неожиданно попадали в районы ветров, замедлявших их скорость, а иногда и вовсе снимавших ее, так что самолеты оказывались как бы подвешенными в воздухе. Попутное же струйное течение увеличивает скорость самолета. Это удивительное явление привлекло внимание не только авиаторов, но и ученых различных стран. Удалось обнаружить, что струйные течения — явление не местное, а существует во всем мире. Струйные течения движутся на запад, за исключением экваториальной зоны, где они имеют противоположное, восточное направление. На оси струйного течения скорости наиболее велики, в среднем они равны 45–55 м/с. Известны, однако, случаи, когда скорости струйных течений достигали более 200 м/с. Ширина струйных течений обычно составляет 1000–2000 км, крайние пределы — от 300 до 3000 км, вертикальное распространение 8—12 км. В некоторых случаях струйные течения на высоте 6—16 км охватывают кольцом всю планету. Обычно они тянутся на несколько тысяч километров. Струйные течения многократно наблюдались над европейской территорией нашей страны и Западной Сибирью. Они известны у восточных берегов США и в других районах. Открытие и изучение струйных течений имеет большое научное и практическое значение, и в первую очередь для самолетовождения.
Арабское слово «маусим», означающее «время года», дало имя устойчивому воздушному течению — муссону. Муссоны, в отличие от струпных течений, приурочены к определенным полосам Земли, где дважды в год преобладающие ветры движутся в противоположном направлении, образуя зимний и летний муссоны. Известны тропические и внетропические муссоны. В Северо-Восточной Индии и Африке зимние тропические муссоны складываются с пассатами, а летние юго-западные полностью разрушают пассаты. Самые мощные тропические муссоны наблюдаются в северной части Индийского океана и в Южной Азии. Внетропические муссоны обязаны своим происхождением возникающим над континентом мощным устойчивым областям повышенного давления в зимнее время и пониженного в летнее. Характерными в этом отношении являются районы советского Дальнего Востока, Китая, Японии. Вследствие действия внетропического муссона Владивосток, лежащий на широте Сочи, зимой холоднее Архангельска, а летом здесь часты туманы, осадки, с моря поступает влажный и прохладный воздух. Многие тропические страны Южной Азин обогащаются влагой, приносимой летним тропическим циклоном.
Энергию ветра люди использовали с времен парусных судов и ветряных мельниц. Ветер — вечный источник энергии, его не нужно ни добывать, ни пополнять. При современном уровне развития техники благодаря энергии ветра можно получать 10 млрд. кВт электроэнергии. Энергия ветра в тысячи раз превышает энергию угля, который сжигается на Земле. Но использование его очень сложно — ветер изменчив по скорости и направлению, его нельзя сохранять (во всяком случае, это очень сложно) с тем, чтобы запустить в нужный момент. Поэтому ветер лучше всего применять в сельском хозяйстве, где нет непрерывной потребности в электроэнергии. Суховеи также могут быть источником энергии. Поставив ветродвигатели, работающие на этом ветре, получают воду с больших глубин и тем самым борются с губительным воздействием суховеев.
Свет, тепло и питание для радиостанций дают ветродвигатели в Арктике и на Антарктиде. Такие двигатели могут быть расположены в любом месте. Но для этой работы нужно располагать подробной информацией о ветровом режиме.
Ветер распространяет вредные примеси, поэтому знание его режима в каждом конкретном районе имеет очень большое значение для сохранения здоровья и работоспособности людей.
Метеорологические спутники
Уже несколько раз упоминались метеорологические спутники Земли. Остановимся на них более подробно.
4 октября 1957 г. на орбиту был выведен первый искусственный спутник Земли. Это открыло такие перспективы для исследования атмосферы и космического пространства, которые и сейчас, спустя более чем два десятилетия, трудно полностью оценить. Сразу же возникли новые представления об атмосфере, имеющие не только общепознавательное, но и практическое значение — для прогнозирования погоды. С метеорологических спутников можно получать непрерывную информацию с большой территории.
В 1965 г. впервые в истории метеорологии была получена картина облачного покрова почти над всей земной поверхностью. Заметим, что на спутнике ведется съемка и в ночное время. При этом следует вспомнить, что наземные наблюдения дают подробные сведения лишь об 1/5 земной поверхности, а следовательно, 4/5 остаются освещенными очень слабо — это поверхность океанов, особенно на севере и юге планеты, горы, внутренние моря и т. д. Наблюдения за облачностью с Земли охватывают лишь 10–20 % всего покрова и зондируют атмосферу до высоты 20–25 км. Метеорологические спутники показывают общее распределение ряда метеорологических элементов всего Земного шара. Широта обзора спутника до 1000 км и выше. С помощью телевизионной аппаратуры спутника можно узнать формы и распределение облачности, снежного покрова и ледяных полей в океанах, температуру верхней границы облаков и открытых участков Земли и океанов. На очереди получение информации о зонах выпадения осадков, их интенсивности, распределении очагов грозовой деятельности. Спутники открыли возможность получения качественно новых сведений о состоянии погоды.
Что представляет собой метеорологический спутник? Это — искусственный спутник Земли, предназначенный специально для получения оперативной информации о состоянии атмосферы над большими участками земной поверхности, используемой в службе погоды.
Изображения облачности фиксируются в бортовом запоминающем устройстве на магнитной ленте и передаются на Землю при пролете спутника над приземными пунктами. Зная о распределении облачности, можно сделать косвенные выводы об особенностях общей циркуляции атмосферы. Выведенный на орбиту спутник всегда проходит над заданной точкой земной поверхности в одно и то же местное время. Уже существует несколько серий метеорологических спутников. К ним относятся американские «Тайрос», «Нимбус», «ЭССА», советские — «Космос», «Метеор».
Эксперимент на спутнике, оказавшийся успешным, позволил принять за основную систему спутник «Космос-122». On был выведен на круговую орбиту 25 июня 1966 г. На этом спутнике были смонтированы комплекс приборов для телевизионных, актинометрических и инфракрасных измерений и система, обеспечивающая длительную работу на орбите. «Космос-122» провел в полете четыре месяца, обеспечивая круглосуточную информацию, которая использовалась метеорологической службой нашей страны, а также передавалась за границу.
Метеорологический спутник представляет собой контейнер с двумя панелями солнечных батарей. В нижней приборной части контейнера размещена научная аппаратура, в верхней — энергоаппарат (служебные системы). Обе эти части разделены и представляют собой герметические отсеки. С энергоаппаратным отсеком связан механизм электропривода солнечных батарей, раскрывающихся после отделения спутника от ракеты-носителя.
После успешного запуска метеорологического спутника «Космос-122» были запущены «Космос-144» и «Космос-156». Можно считать, что с этого времени вступила в строй экспериментальная система «Метеор», состоящая из спутников, пунктов приема, обработки и распространения информации и одновременно службы контроля состояния бортовых систем и управления ими. Затем выпускались на орбиту все новые спутники с параметрами, близкими к параметрам «Космос-122», причем с таким расчетом, чтобы взаимное расположение их орбит давало наблюдения за состоянием атмосферы над каждым районом Земного шара через 6 часов. Система спутников «Космос» и «Метеор» дала возможность получать информацию почти с половины поверхности планеты.
Перспективы развития метеорологических спутников Земли (сокращенно МСЗ) сводятся к следующему. Прежде всего, техническое усовершенствование самого спутника. Оно идет по нескольким направлениям. Это — устройство спутника: новые датчики и аппаратура, автоматизация средств приема, обработки и распространения информации, скорость ее передачи. Предполагается, что на специальном метеорологическом спутнике будет находиться метеоролог-бортнаблюдатель.
