Океан и атмосфера

Кан Слава Иосфовна

Океан из космоса

Начиная с первого полета в космос стали очевидными перспективы, которые открывают наблюдения над поверхностью океанов с пилотируемых аппаратов. На космических снимках отчетливо видны струи океанических течений, фронтальные зоны, пятна и полосы. В 1978 г. орбитальная станция «Салют-6» имела уже совершенно определенное научное задание по изучению природной среды и биологической продуктивности океанов нашей планеты. Одновременно в эту работу были включены и суда, находящиеся в океанах. Таким образом, данные, получаемые с борта судна, непосредственно проверялись, сопоставлялись, постоянно происходил обмен результатами наблюдений. Удалось найти признаки для определения ряда динамических образований в море: фронтальных зон, разделяющих воды с различными физическими свойствами; зоны поднятия к поверхности вод из глубины; вихрей

и мест с высокой биологической продуктивностью. Наблюдения с судов показали, что высокая биологическая продуктивность соответствует динамически активным зонам. Космические исследования внесли некоторые уточнения: высокая биологическая активность, которая обычно считается характерной для прибрежных районов, присуща также и районам открытого океана, где были замечены большие скопления морских организмов. Изучение вихрей на морской поверхности показало, что они не случайны, повторяются часто и, видимо, представляют собой элемент общей циркуляции.

Наземная информация недостаточна для большинства районов Мирового океана. Огромные пространства, лежащие вне путей транспортных и рыболовных судов, остаются неосвещенными, сеть кораблей погоды слишком редкая. В океанографической оперативной и научной практике наиболее успешно применяются телевизионные снимки поверхности Земли (в том числе океанов) и облачности. Два основных аспекта использования этой информации — о ледовом покрове и зонах штормового волнения по весьма обширному району одновременно. Существующие уже много лет наблюдения над ледовым покровом с береговых станций, постов, самолетов и судов ограничены как во времени, так и в пространстве. Наиболее совершенное из этих наблюдений — ледовая авиаразведка — не охватывает всей акватории, производится с большими промежутками. Таким образом, часто трудно бывает проследить за изменением положения кромки льдов и другими важными характеристиками.

Большая работа ведется по дешифрированию получаемых снимков. Яркость дает возможность определить различные формы льда, воду среди льда — полыньи, каналы, разводья, запринайные полыньи. Самый яркий тон означает, что на снимке зафиксирован неподвижный или малоподвижный лед. Менее яркий — разреженный, серобелый и серый и т. д. Яркость снимка зависит от многих причин, в том числе от сезона года. Особенные трудности вызывает дешифрирование снимков, когда над льдами лежит плотная облачность. Здесь на помощь пришло сопоставление снимков последовательно в течение нескольких дней.

Облачная система значительно менее инертна, чем ледовая, и изменения кромки припая удается представить себе достаточно точно. При этом уточнение делается с помощью географических ориентиров — таких, как мысы, полуострова и острова, береговая линия, которые в большинстве случаев на спутниковых снимках видны достаточно отчетливо.

Естественно, что анализ снимков неразрывно связан со знанием климатических условий: льда, ветра, течений, температуры воды и воздуха, т. е. это может делать только специалист-гидрометеоролог. Надо знать также условия в океане и атмосфере за предшествующее время. Это важно прежде всего при резких изменениях — например, когда сильные ветры заметно меняют положение кромки льда, его сплоченность и т. д.

По спутниковым данным составляются ледовые карты. Такая карта соответствующим образом обрабатывается, наносятся границы различных форм льда, в принятых условных обозначениях даются виды льда, сплоченность, участки чистой воды и т. д. Если есть карта последней ледовой разведки, делают сравнения с ней, анализируют и объясняют возникающие при этом в ряде случаев расхождения.

Спутниковая информация может оказать неоценимую услугу, если других данных нет. В декабре 1967 г. научно-исследовательское судно «Профессор Визе» совершало плавание в антарктических водах (это судно не приспособлено для плавания во льдах). Обслуживание велось по данным метеорологического спутника Земли «Космос-184». По ним удалось установить границу берегового припая и зоны льдов различной сплоченности, предполагаемое место распространения айсбергов. Судну был рекомендован оптимальный маршрут. Операция оказалась успешной.

Второй, исключительно важной стороной использования спутников являются снимки облачных вихрей для определения зон штормового волнения в океане. Состояние погоды, несмотря на современное мощное развитие мореплавания, весьма важно для успешного движения судов в океане. Нередки случаи, когда приходится менять курс судна, снижать его скорость, прекращать лов рыбы или морского зверя, ложиться в дрейф и т. д. Все это, естественно, увеличивает непроизводительные затраты, наносит определенный ущерб.

Анализ спутниковых наблюдений и карт морского волнения показал отчетливую связь между вихревой структурой облачности и морским ветровым волнением. Прежде всего было изучено отличие вихревой структуры облачности циклонов от барических образований вихревой же структуры, не влияющих на погодные условия. Это было сделано, так как известно, что показываемые спутником вихревые возмущения над океаном в 80 % имели вихревую структуру облачности, развитые и окклюдированные циклоны, в 20 % — не связанные с циклогенезом. След циклона виден на снимке как остатки отчетливо выраженной облачной спирали с округлым просветом в середине. Эти снимки потребовали тщательного анализа, так как возможны различного вида осложнения, вызывающие непредвиденные ошибки. Когда на снимке спутника обнаруживается вихревая структура облачности над определенным районом океана, на его поверхности наблюдаются ветровые волны. Высота их может достигать 3–4 м, а зона распространения простирается в среднем на 300 X 200 миль. Постепенно волнение нарастает, волны увеличиваются до 5–7 м, а площадь — до 500 X 350 миль. Далее начинается жестокий шторм с волнами до 10–12 м, общая площадь волнения, вытянутая в направлении ветра в форме эллипса, расширяется до 1000 миль. При заполнении циклона шторм начинает утихать.

Таким образом, по данным вихревой структуры облачности можно составить достаточно точное представление о морском штормовом волнении — высотах волн и зонах распространения.

Особенно опасны для плавания в приэкваториальных и тропических зонах океанов тропические циклоны. Спутник позволяет обнаружить место их возникновения, и полученная Землей информация своевременно поступает на суда.

Атмосфера

Происхождение, распространение, состав

Весь земной шар окутывает невидимым слоем атмосфера — его воздушная оболочка. Ответить со всей определенностью на вопрос, как она появилась, пока не представляется возможным. Имеются лишь гипотезы, но дело будущего установить, какая из них верна, а может быть, найдется новое, отличное от них решение. Время существования атмосферы и точных наблюдений над ней совершенно несопоставимы. Возраст воздушной оболочки составляет несколько миллиардов лет, период ее изучения — около 200 лет.

Исследуя состав земной атмосферы, ученые определили, что ее состав отличается от вероятного состава атмосферы, окружающей другие планеты Солнечной системы. Работа в этой области еще только начинается. Так, сведения об атмосфере Венеры получены с помощью советских и американских автоматических станций. Проводятся наблюдения над атмосферой Сатурна. Эти исследования позволили установить, что атмосферы планет земной группы типично окислительные, в них мало (или вовсе отсутствует) водорода и много углекислого газа (в атмосфере Венеры углекислого газа 93–97 %).

Химический состав земной атмосферы с течением времени меняется под влиянием поверхности земной коры, биологических факторов и ультрафиолетовой солнечной радиации. В соответствии с теорией образования Земли академика О. Ю. Шмидта, частицы гигантского облака космической пыли, из которого образовалась Земля, выделили постепенно основные газы — атмосферу. Позднее легкие газы улетучились. Считают, что в современную эпоху газы попадают в атмосферу главным образом при извержении вулканов. А затем вновь возвращаются на земную поверхность. Как в прошлом, так и теперь продолжается сложный процесс формирования атмосферы планеты. А влияние деятельности людей на состав атмосферы с каждым годом увеличивается.

Человек всегда стремился понять явления природы, оградить себя от опасных, определить полезные. Не случайно земляне обожествляли солнце, луну, гром и молнию, ветры и моря. С незапамятных времен сохранились сведения о погоде, смене ветров, радуге, муссонах, о пыльных бурях. Но уже в глубокой древности ученым приходилось несколько ограничивать власть божественной силы. Так, Пифагор говорил, что «бог поступает всегда по правилам геометрии». В первых записях древних по метеорологии был отмечен годовой цикл погоды. Более четырех веков до нашей эры в греческих городах на всеобщее обозрение выставлялись календари погоды (их называли паранегамами, от греческого слова прикреплять) с описаниями наблюдений предшествующих лет. В них говорилось о ветрах, бурях, дождях, грозах и туманах. Сохранились сведения, дающие возможность составить представление о погоде того времени. По отдельным данным (прилет и отлет домашней ласточки или цветение персика) можно установить, что климат был теплее настоящего.