Л.Т. Матвеев - Курс общей метеорологии. Физика атмосферы

Издание второе, переработанное и дополненное Допущено Министерствотп высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности «Метеорология» Ленинград 1984 Гидрометеоиздат Л.Т.Матвеев Курс общей метеорологии Физика атмосферы УДК 55! 51(075.8) Рецензент: кафедра общей метеорологии Одесского гид ометео гидрометеорологического института (зав. рофессор Э.

А. Бурман) Научный редактор: д-р физ.-мат. наук, профессор В. Г. Морачевский „1903040000 — 174 089(02) — 84 О! Гядрьмьтеьяздат, 1М4 т разделы Включены все основные курса общей метеорологии. Большое внимание уделяется построению достаточно полных физических моделей атмосферных процессов н явлений, имеющих погодообразующее значение. Широко привлекаются зкспернментальпые данные и дается нх етн тео. р ческий анализ.

При построении теории процессов основное внимание улеляется физической постановке задачи и анализу исходных уравнений П и результатов расчета. !97 о сравнению с первым изданием ( 6 г.) существенно переработаны отдельные главы и включены новые, посвящеаные оптическим и злект ическим явлениям атмосферы. Р асп Учебник рассчитан на студентов и спнрантов гидрометеорологических институтов и университетов, а также на специалистов в области метеорологии и других наук о Земле. ТЬе Ьоой "ТЬе Сонгяе о( Саепега! Ме1еого!ону (РЬунсз о( АипоярЬеге)" Ьу 1.. Т. Ма1тееч соп1а1пя а11Ше рппс!р!е яесиопя о1 Гне сонгяе о1 Непега! !о гпе1еого!оку. Пгеа! а((епиоп М р 'й Гне сопя1гнсиоп о1 янн!с!еп11у сотпм ра! р!ете рьуиса! тпойе!я о1 Ше аппоярьег!с ргосежея апй рьепошепа я!ншнсап1 1ог тчеариег 1оггпа1!оп.

Ех. 1Ь ' реншеп1а! йа1а аге тч!йе!у изей апй 1Ь е!г бзеогеиса! апа!уя!я Ы Н!чсп, Рог е сгеаиоп о1 Ше Гиеогу о1 ргосезяея Ьая!с аиепноп !з раЫ 1о рьунса! ргоЫегп йеипшоп апй Ше апа1уз!я о1 1пща! ечнаиопя апй геяцвз о1 сошрша1юп. Аз сотрагей 1о Ше Йгя1 ейиюп (1978), !пжтЫна! зес1!опя аге гемгшеп апй петт опез йеясг!Ь!пй ор1!са! апй е!ес1пса! рнепошепа о1 15е а)шоярьеге аге !пс!цйей. ТЬе Ьоой Ы !п1епйей 1ог я1пйеп1я а й р я(-Нгайца1ез о1 Ьуйгогпе1еого!оййса! о ап 1пярншез апй нпггегзщея ая тчен ая (ог ярес!а1ЫЫ !п Ше Ве!й о1 те1еого!ойу апй ойег яс!епсез оп 1Ье Еаг(Ь.

Предзнание погод коль нужно и полезно, на Земле ведает больше зенлгдглгц, которому во время сеяния и жатвы ведро, во время ращения дождь, благорастворвнныа теплотою, надобен; яа море знает плаватвль, которому коль бы вглаког благололучаг было, когда б он всегда указать мог на ту сторону, с которой долговргменныг потянут ветры ала внгзалная ударит буря. Но сего всего от цеткиной теория о движении жидких тгл около земного шара, то есть водят и воздуха ожидать должно М В Ломоносов (1759 г) Введение 1 Предмет и метод метеорологии Земля как планета состоит из трех оболочек: твердой (лито- сферы), жидкой (гидросферы) и газообразной (атмосферы). Физические и химические процессы в этих оболочках изучаются многими науками, которые носят общее название «науки о Земле».

Метеорология — наука о физических процессах и явлениях в атмосфере Земли в их взаимодействии с земной поверхностью и космической средой. Само слово «метеорология» произошло от двух греческих слов: «метеор», что в древней Греции означало всякое небесное явление (двнжение звезд, облаков и т.

п.), и «логос>, т. е. изучение, познание. Современному содержанию науки об атмосфере более соответствовал бы термин «аэрология» («аэрос» — атмосфера, воздух). По своим свойствам атмосфера весьма неоднородна в пространстве и крайне изменчива во времени. Она постепенно переходит в межпланетную среду, поэтому ее верхняя граница достаточно неопределенна. Практика ставит перед метеорологией задачу познания законов, управляющих атмосферными процессами. Материалистическое понимание этих законов означает, во-первых, признание нх объективности, их первичности по отношению к нашим понятиям и представлениям. В. И.

Ленин.в свое!и гениальном труде «Материализм н эмпириокритицизм» писал: «Мы не знаем необходи- Ввененне В»вне«не мости природы в явлениях погоды и постольку мы неизбежно— рабы погоды. Но, не зная этой необходимости, мы знаем, что она существует» (Полн. собр. соч., т. 18, с. 197), и далее: «... пока мы не знаем закона природы, он, существуя и действуя помимо, вне нашего познания, делает нас рабами «слепой необходимости». Раз мы узнали этот закон, действующий (как тысячи раз повторял Маркс) независимо от нашей воли и нашего сознания,— мы господа природы» (Полн. собр, соч., т.

18, с. 198). Материалистическое понимание законов природы означает, во-вторых, признание их познаваемости. «С точки зрения современного материализма, т. е. марксизма,— писал В. И. Ленин,— исторически условны пределы приближения наших знаний к объективной, абсолютной истине, но безусловно существование этой истины, безусловно то, что мы приближаемся к ней» (Полн. собр. соч., т. 18, с. 138). Общим и единственно научным методом познания всех природных и общественных явлений служит диалектический метод.

Сущность его в наиболее краткой и ясной форме сформулирована В. И. Лениным: «От живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике — таков диалектический путь познания истины, познания объективной реальности» (Полн. собр. соч., т. 29, с. 152, 153). При исследовании атмосферных процессов метеорология, как и всякая другая наука, кладет в основу марксистский д и а л е ктический метод. При этом нужно иметь в виду следующее: а) ни одно атмосферное явление нельзя глубоко изучить и понять, не принимая во внимание сложных процессов взаимодействия атмосферных объектов друг с другом, а также с земной поверхностью н космической средой; б) любое атмосферное явление можно понять, если знать причины его возникновения, развития и исчезновения; в) количественные изменения в атмосфере могут привести к качественным, причем этот переход часто совершается скачком; г) причиной развития любого атмосферного процесса служит действие многих, нередко противоречивых факторов.

Для изучения атмосферных процессов и явлений производят необходимые наблюдения и измерения. Данные измерений и визуальных наблюдений обобщаются и анализируются. Тем самым устанавливают закономерности, присущие атмосферным процессам. Изученные закономерности используются для решения практических задач, среди которых важнейшей является задача предсказания погоды. Методы исследования в метеорологии с течением времени претерпевали существенные изменения, На первых этапах преобладали визуальные наблюдения н эпизодические измерения отдельных величаи у поверхности земли. Начиная с Хн'!11 в. на сети метеорологических станций проводятся систематические визуальные наблюдения и измерения с помощью однотипных приборов.

Внедрение в практику синоптических карт во второй половине Х1Х , позволило перейти к изучению процессов и явлений боль- в. фишого масштаба, а также составить представление о влиянии фаико-географических условий на эти процессы. В ХХ в. получили широкое развитие методы исследования атмосферы с помощью радиозондов, самолетов, аэростатов, ракет, искусственных спутников Земли (ИСЗ), всевозможных радиотехнических средств.

В последние десятилетия в метеорологии начал широко применяться экспериментальный метод исследования атмосферы, особ процессов образования облаков и туманов, оптических и енно пр бо ато ных, электрических явлений. Опыты проводятся как в лабор т р так и в природных условиях. К исследованию атмосферных процессов и явлений широко привлекается математика и современная вычислительная техника. Однако метеорология не ограничивается изучением и предскаатмосферных процессов и явлений. На повестку дня позанием атмосферн атмосфе ные п оставлена задача активного вмешательства в атм ф р рцессы и управления погодными явлениями.

Созданием искусственных водоемов, нас насаждением лесов, проведением мелиоративных ы, вет а, облачмероприятий можно изменить режим температуры, ветра, о лачности и осадков на больших площадях. В последние десятилетия в СССР и за границей проводятся многочисленные опыты по активным воздействиям на облака и туманы, с целью их рассеивания или искусственного вызывания дождя. 2 Связь метеорологии с другими науками. Деление на научные дисциплины Прн изучении атмосферы метеорология опирается на ряд зако- нов, установленных другими науками.

Ос . Особенно широко исполь- зуются законы физики, в первую очередь таких ее разделов, как учение о теплоте, о , об электромагнитных колебаниях, о строении вещества. Для изучения метеорологии необходимо знать основы мат ме а- тики, теоретической механики, гидромеханики, географии и астро- номии. Поскольку атмосферные процессы тесно св связаны с процессами, пРоисходящими в земной коре н водной о ой оболочке то отсюда ясна связь метеорологии с такими наукам , ми, как геофизика, физика моря, океанология и гидрология; с ними ее р д ее о нит также общность многих практических задач.

ло к офо млению отРазвитие метеорологии как науки привело к оформлепи дельных крупных ее разделов в самостоятель у льные на чные дисципчаемыми объектами и лины. Они различаются между собой изучав 8 Веевенне особенностями методики их исследования (первый принцип деления метеорологии). К таким дисциплинам относятся следующие. Физика атмосферы (или общая метеорология) — учение об общих закономерностях атмосферных явлений и процессов. Она изучает природу атмосферных явлений, устанавливает связь между метеорологическими величинами и явлениями, вскрывает внутренние закономерности этих явлений. В последние десятилетия наметилось деление физики атмосферы на такие самостоятельные разделы, как динамика атмосферы, физика пограничного слоя, физика верхней атмосферы, физика облаков и осадков, учение о лучистой энергии Солнца и Земли (актинометрия), атмосферная оптика и атмосферное электричество.

Синоптическая метеорология — учение о закономерностях распределения и изменения погоды на больших площадях и методах ее предсказания. В основе этой дисциплины лежит синоптический метод, заключающийся в анализе атмосферных процессов с помощью синоптических нарт, или карт погоды, которые представляют собой географические карты с нанесенными на них данными метеорологических наблюдений во многих точках обозреваемой территории. В последние десятилетия оформились две научные дисциплины — долгосрочные прогнозы погоды и гидродинамические (численные) методы предсказания погоды.