Б.И. Извеков, Н.Е. Кочин - Динамическая метеорология (часть 1) (1115249), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Свою статью Гельмгольц заканчивает такими словами: „Из всего вышесказанного я вывожу заключение, что главным препятствием в общей атмосферной циркуляции к тому, чтобы в ней развивались ветры гораздо более сильные, чем наблюдаемые в действительности, служит не столько трение, сколько смешение различных движущихся потоков воздуха и . вихри образующиеся на изгибах поверхностей раздела между такими пото- '::":.:--:;;:.",:,";.;:, ками." Дальше Гельмгольц говорит, что он намеревается в дальнейшем дать аналитическое исследование таких разрывов непрерывностп.'.:: Однако, ошибочно было бы утверждать, что Гельмгольц был блпзок к современным взглядам на теорию полярного фронта и на роль поверк-'. ностей разрыва в образовании циклонов и антициклонов.
Высказанные:им',. „:-":,. мысли он, гювидимому, относил, главным образом, к общей цириуляцнй атмосферы, и в другой своей работе он говорит о циклонах как О яиде;,.~,,',.!»;;, ниях, совершенно независимых от поверхностей разрыва. , " Несомненно два обстоятельства помешали Гельмгольцу продвинуться :дзльше попутивыяснения роли поверхностей разрыва в образовании бари-' =:Майских особенностей. С одной стороны в его время сеть станций, пред:: ставленная на синоптических картах, которые он внимательно, повидимому, „изучзл, была не настолько густа, чтобы можно было обнаружить следы ''.,этих поверхностей разрыва в форме перемещающихся фронтов, и отсутствовали вовсе аэрологические наблюдения, которые впоследствии дали возможность проследить ход этих поверхностей в свободной атмосфере в виде мощных инверсий со скользящими разнородными потоками воздуха.
С другой стороны состояние гидродинамики того времени и самое место, которое занимали здесь выдающиеся работы, самого Гельмгольца касающиеся сохраняемости вихревых линий в несжимаемой и баротропической жидкости, его знаменитые теоремы, дающие гидродинамике формальную красоту и завершенность — все это направляло его мысль к классической гидродинамике и таким образом ограничивало его взгляды и не позволяло ему перейти к исследованию более отвечающих атмосферной действительности бароклинических полей. Хотя первый метеорологический мемуар Гельмгольца был напечатан в основном метеорологическом журнале „Ме1еого!орясине Хейэсппй", тем не менее он не был достаточно хорошо воспринят метеорологами и вряд ли был ими достаточно глубоко понят.
Дело в том, чтб взгляды Гельмгольца ближе стояли к забытым уже воззрениям Дозе и Блазиуса, нежели к господствующему в то время в метеорологии направлению. Замечательно, однако, что Гельмгольц не был, повидимому, знаком с работами Блазиуса, в которых поверхностям разрыва приписывалась главная роль в образовании торнадо. Гельмгольц имел мало учеников среди теоретиков метеорологов.
СаМЫМ ВЫдаЮщИМСя ИЗ ННХ бЫЛ 'М!ф$арттуЛЕФ'(Ь~~;;:Макфи1ЕЗ) В АВ- стрип, весьма образованный метеоролог,' исследователь 'большого таланта и большой научной интуиции. Развивая дальше идеи Гельмгольца, Маргулес выдвинул несколько проблем первостепенной важности для теоретической метеорологии. Между прочим он сделал попытку рассмотреть проблему возникновения циклонов с энергетической точки зрения, т.
е. он подсчитал количество энергии, освобождающейся при вертикальном смещении воздушных масс, находящихся в неустойчивом равновесии. В этом он совершенно правильна видел главную причину возникновения мощных перемещающихся барических особенностей. Исследуя далее возможность существования стационарных поверхностей разрыва в атмосфере, Маргулес пришел к закону, устанавливающему зависимость угла наклона таких поверхностей от разности в скоростях и в температурах соседних масс воздуха.
Схемы Маргулеса послужили руководяшими указаниями для Бьеркнеса и его школы на путях создания современной теории полярного фронта. Эти схемы не потеряли своего знзчения и теперь и ими постоянно пользуются в синоптической метеорогии и в аэрологии при изучении фронтов и расположения поверхностей разрыва в атмосфере. Надо еще добавить, что Маргулес всюду старается рассматривать атмосферу как сжимаемую жидкость самого общего типа, т.
е. 'такую, в которой плотность зависит не только от давления, но и от температуры. Работы Маргулеса, написанные трудным языком и недостаточно ясно, не получили при жизни автора большого распространения и влияния. Сам Маргулес, не имея удовлетворения и признания в своей научнон ~ работе, ото1пел от нее под конец жизни, за несколько лет до начала ми-, ~ровойй войны. Он пережил войну н скончался всеми оставленный и.забы.
тый вскоре после окончания войны в 1920 г., причем недостаточное материальное обеспечение и голод ускорили его смерть. Наряду с Гельмгольцем другой великий ученый в области теоретической физики Г.:.;Г е'р.ц,:(Н, Н е г( х) та)уке оказался не чужд метеорологии. Он'выполнил чрезвычайно "важную' и"нужную работу построения адиабат влажного насыщенного парами воздуха (1884 г.).
В области термодинамики процессов, связанных с изменениями аггрегатного состояния пара в атмосферном воздухе после Герца много и плодотворно работал 6"е:(~;:,йФв:::;ф~~ (Вехо1б,) введший понятие о потенциальной температуре и "пбеэвдо-~ адиабатических процессах изменения состояния влажного воздуха.. В конце Х1Х века с возникновением и развитием аэрологин. теоретические исследования получают новый мощный импульс. Уже в конце ХЧШ века были произведены первые под'емы на воздушных шарах с целью исследования свободной атмосферы. В Х1Х веке такие полеты производились чаще, в особенности начиная с 50-х годов Х1Х в., когда в Англии было большое увлечение под'емами на аэростатах.
Втечение 15 лет (1852 — 18б7) здесь было совершено 32 под'ема исключительно с научной целью. Большинство из них было произведено гринвичским метеорологом Глеш ар ом::,"'Наблюдения, произведенные во время этих под'емов, были использованы рядом ученых и на них втечение продолжительного времени основывались знания о свободной атмосфере.
Наибольшая достигнутая высота была около 8700'м. Конечно научное значение таких случайных наблюдений было невелико, но во всяком случае под'емы Глешера принесли пользу в том отношении, что выяснили с полной очевидностью необходимость наблюдений в свободной атмосфере.
Первые систематические аэрологические наблюдения, сначала с шарами зондами, а потом со змеями специально разработанной конструкции были произведены Л. Ротч,'ем (Еа вгеп се Ко1с 5) в С.А.С.Ш. и затем Тейсе ран-де-Б~ором:(Те1зз еге пс де Вог1) во Франции, в обоих случаях по их личной ийициативе (1893 — 1894). В Германии Р. Ацсийн'(К. Аззшапп), сначала совершенно посторонний метеорологии человек — практикующий врач, отдал всю свою энергию выдающегося исследователя и организатора делу аэрологии, создав аэро- логическую обсерваторию в Линденберге, В деле развития международной организации аэрологических наблюдений выдающуюся роль сыграл д-р Хвргее"йлв'" (НегяезеП) — многолетний директор Линденбергской обсерватории.
Одним из первых конструкторов змеев-зондов в Европе и первым организатором аэрологических исследований в России был В. В. К'уанвцон'. -,"В 1909 г. появился, сразу же получивший широкое распространение, метод шаров-пилотов. Особенно расширилось применение этого метода благодаря его практичности и дешевизне перед войной н во время войны 1914 †19 гг., когда для артиллерии и военной авиации понадобилось знание скорости и направления ветра на различных высотах. Чрезвычайно большим достижением аэрологии явилось открытие страФесф6ры.! Это удалось сделать почти одновременно Асс ману в Германии 'и Т е й с с е р а н - д е - Б о р у во Франции.
Это открытие было так неожиданно для большинства метеорологов и стояло в такое противоречии с обычными представлениями о неуклонном падении температуры с высотой (инверсии рассматривались как небольшие местные отклонения температуры от общего закона убывания температуры с высотой), что вначале многие из них отказались верить этому факту и об'ясняли его несовершенством регистрации приборов, которые на большой высоте в состоянии обмерзания не моглн давать надежных показаний.
Многие, продолжали считать, что слой постоянной температуры представдяетсобой обычный слой инверсии конечной толщины, что сказалось в самом,"-'; термине „верхняя инверсия", которым до сих пор продолжают иногда'',-:" не вполне правильноназывать стратосферу. Вначале полагали, что тяпдые:,:,; воздушные массы статосферы имеют свое происхождение в экваторивльноМ" ' -". .
111ийе,'' откуда они поднимаются и уносятся общей циркуляцией атмосферы. Нц, когда дальнейшее развитие аэрологических наблюдений позволило ';:-,-:' '''твердо установить существование верхнего изотермического слоя, причем '',::„этот слой не удалось пройти даже самыми высокими зондированиями ., (наибольшая высота зондирования свободной атмосферы, достигнутая свободными шарами-зондами, составляет около 37 к я), стало ясно,.
что верхние изотермические слои представляют вообще границу для вертикальной конвекции р не связаны, повидимому, с общей циркуляцией. Первые попытки теоретического об'яснения существования стратосферы были сделаны Гемфрмспм,:,:;(Ншпрйгеуз) и э=аФФАаФ:=: (ОоИ) в 1909 г. Оба вти исследователи видели причину существоваийя верхней нзотермии в условиях лучистого равновесия, т. е. равновесия между потоками лучистой энергии, притекающей к воздушным массам, н лучистой энергии, излучаемой этими массами.
Более совершенное об'яснение, основанное на интегрировании дифференциальных уравнений потоков лучистой энергии, уравнений, незадолго перед тем установленных астроФизиком Шцарцщил~д6м' (Бс)пкагззсИд) для звездных систем было дано в 1913 г. Э м д:е н:о м.':Б,настоящее время мы имеем более совершенную теорию верхнего изотермического слоя, в которой учитывается уже и радиация различной длины волны и рассеянная радиация. Однако, и в теперешнем состоянии вопросы лучистого теплообмена в атмосфере представляют еще очень много неясного. До сих пор, например, не имеется удовлетворительного об'яснения для изменения высоты стратосферы с географической широтой.
Нижняя граница стратосферы, как известно, оказывается значительно выше над экватором и над тропиками, чем над средними широтами и в особенности над полярными областями. В то время как высота нижней границы стратосферы над полюсами всего около 8 к я, в средних широтах она составляет примерно около 12 км, а над экватором стратосфера поднимается до18 к.я. В зависимости от этого над полярными областями стратосфера оказывается значительно теплее, чем над экватором.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
