Среди сил природы, с которыми повседневно и повсеместно приходится сталкиваться человеку, одно из главных мест принадлежит погоде. Отложенный из-за тумана вылет самолета, задержка из-за дождей уборки сена, опоздание поездов из-за ветра и метелей, гибель в море судов из-за шторма — все это в значительной мере результат влияния погоды и ее быстрых перемен.

Число таких примеров можно было бы увеличить. Все они подтверждают необходимость считаться с погодой при планировании многообразных видов человеческой деятельности. Но это возможно только в том случае, если мы сможем заранее предвидеть ее перемены, другими словами, если мы сумеем давать прогноз погоды.

Не в пример нашим далеким предкам, благополучие которых целиком зависело от погоды, мы умеем бороться с неблагоприятной погодой, умеем лучше и полнее использовать те периоды, когда она для нас благоприятна. Это умение не только не освобождает нас от необходимости предвидеть, какая погода ожидает нас в будущем, а, наоборот, все больше и больше усиливает наши запросы в этом направлении. Параллельно с развитием техники и новыми изобретениями идет развитие науки о погоде, расширяются и уточняются ее прогнозы. Вот несколько поясняющих примеров.

Специальной обработкой почвы мы научились сохранять в ней влагу или, наоборот, добиться ее высыхания. То или другое нужно делать только в тех случаях, когда мы заранее предвидим необходимость своего вмешательства, т. е. только тогда, когда мы заранее будем знать какой будет погода — сухой или влажной. Иначе может случиться так, что в сухое лето мы еще больше вы­сушим почву, а в сырое — еще больше увлажним ее и вместо пользы принесем только вред.

Авиация может успешно бороться с сельскохозяйственными или лесными вредителями, только если отравляющие вещества, распыляемые самолетами, попадут на зараженные участки и в нужном количестве, а не будут отнесены ветром на здоровое место или растворены дождем.

Если несколько десятков лет назад удовлетворялись схематичным и общим прогнозом погоды, то с развитием техники и особенно с развитием авиации потребовались во много раз более точные и детальные прогнозы и не только для приземного слоя, но и для больших высот.

Нужда в прогнозе погоды все возрастает и это является признаком серьезных достижений и прогресса в борьбе с природой «…на каждом шагу факты напоминают нам о том, что мы отнюдь не властвуем над природой так, как завоеватель властвует над чужим народом, не властвуем над нею так, как кто-либо находящийся вне природы,— что мы, наоборот, нашей плотью, кровью и мозгом принадлежим ей и находимся внутри нее, что все наше господство над ней состоит в том, что мы, в отличие от всех других существ, умеем познавать ее законы и правильно их применять.

Из дошедших до нас записей мы знаем, что уже пять-шесть тысяч лет назад в древней Вавилонии, Египте, в Китае для предугадывания будущей погоды использовалось много «примет» и «правил», большей частью основанных на прямых наблюдениях. Это свидетельствует о накопленном к тому времени многовековом опыте, позволившем подойти к его обобщению, хотя бы и примитивному. Но с таким же доверием, в те времена пользовались также огромным количеством совершенно абсурдных суеверных примет, основанных на случайном совпадении и на языческих обрядах.

Только в конце XVIII и начале XIX века в вопросе о предсказании погоды наступили принципиальные изменения, а в средине XIX в. было положено начало регулярному распространению прогнозов погоды и организации «службы погоды».

Впервые служба погоды была организована во Франции (1857 г.), затем в Англии и в Голландии (1861 г.), в России (1872 г.).

За истекшие несколько десятков лет служба погоды в разных странах неизмеримо выросла. Если в начале ее существования во всем мире насчитывалось всего несколько бюро погоды и небольшое число наблюдательских пунктов. Для того, чтобы изучить явления погоды нужны сведения с очень большого пространства, причем эти сведения должны доставляться очень быстро, что возможно только при помощи телеграфа и особенно радио. Радио позволяет передать нужные сведения очень быстро и из любых труднодоступных мест: из Арктики, с моря, с высокогорных станций. Развитию этих “двух технических изобретений служба погоды обязана и своим развитием.

Возможность срочного получения массовых сведений о погоде позволила перестроить всю службу погоды на новый лад. Эта перестройка произошла в начале 30-х годов нынешнего столетия. Для научной системы это срок ничтожный, и поэтому тем более замечательны ее успехи.

Все явления погоды вызываются постоянной «борьбой» между теплом и холодом. Единственным источником тепла для земной атмосферы является Солнце. Солнечные лучи приносят нам тепло и нагревают Землю. Воздушная оболочка Земли сама при этом очень слабо нагревается проходящими через нее коротковолновыми солнечными лучами 1 и хорошо пропускает тепло на земную поверхность. Вместе с тем земная атмосфера обладает свойством плохо пропускать — поглощать — длинноволновые лучи, которые испускают слабо нагретые предметы, например земная поверхность. Поглощая тепловые лучи, атмосфера ими нагревается. Но это поглощение происходит отнюдь не всегда одинаково. Интенсивность поглощения зависит от находящихся в воздухе водяного пара и углекислоты. Количество водяного пара в атмосфере, даже в ясные дни, достаточно для того, чтобы поглотить 0,9 всех лучей, идущих от Земли.

Земная поверхность очень разнородна. Она, как известно, состоит из суши, океанов, морей и рек; на суше имеются леса, степи или пустыни. Совершенно понятно, что каждая из этих частей земной поверхности по-разному будет поглощать приходящее солнечное тепло, т. е. по-разному нагреваться им, и, стало быть, по-разному нагревать лежащий над ней воздух.

Разные участки земной поверхности не только по-разному нагревают воздух, но оказывают и другое влияние на атмосферу. С поверхности воды в воздух попадает много влаги, с пустынь и степей — пыль и т. д. Таким образом, влияние поверхности Земли, или, как ее называют, «подстилающей поверхности», очень многообразно и значительно.

Вспомним теперь те дни устойчивой безветренной погоды, когда большие части земной атмосферы подолгу остаются почти неподвижными на одном месте. Таких нескольких дней оказывается, достаточно для того, – чтобы эта часть атмосферы приобрела свойства «своей» подстилающей поверхности, а стало быть, стала отличаться от других частей. Такую часть атмосферы называют «воздушной массой».

Воздушные массы одновременно формируются над различными участками земной поверхности. Если в течение некоторого времени над ними лежала одна из таких воздушных масс, а затем ей на смену пришла другая, с другими свойствами, то понятно, что характер погоды у нас совершенно изменится. Вместо теплой и солнечной сухой погоды может наступить облачная, прохлад­ная или холодная погода, вместо хорошей видимости вызывавшейся большой прозрачностью воздуха, наступит мгла и т. д.

Таким образом, одна из основных причин неустойчивости погоды заключается в смене воздушных масс.

Чем же вызвано движение воздушных масс? Почему они не остаются постоянно над «своим» участком подстилающей поверхности? Как меняются их свойства при движении?

Движение воздушных масс как раз и является результатом их разнородности и постоянно происходящей в атмосфере «борьбы» между теплом и холодом. Для пояснения, представим себе очень теплое помещение с дверью, выходящей прямо на двор. Если мы откроем эту дверь в морозный день, то сразу же почувствуем, как стало холодно ногам, так как холодный воздух стал врываться в помещение понизу. Теплый воздух при этом будет выходить наружу поверх двери. Чтобы убедиться в этом, достаточно пустить к двери дым от папиросы или приблизить к ней пламя свечи. Если же мы проделаем то же в летний день, то такого заметного движения воздуха мы не почувствуем. Это происходит потому, что зимою разница температуры наружного воздуха и воздуха в помещении очень велика. Летом же температура в помещении и на дворе приблизительно одинаковая. Такое же движение воздуха происходит и между разными частями атмосферы. Холодный воздух подтекает под теплый, занимает его место, вытесняет его вверх. Движение этих воздушных масс обусловливает их перемещение по земной поверхности, которое мы воспринимаем как ветер.

Перемещаясь, воздушная масса уходит со «своего» участка подстилающей поверхности и попадает на какую-то новую. Что же с ней при этом происходит?

Представим себе, что часть земной атмосферы, оставаясь в течение нескольких дней в полярных областях над холодной подстилающей поверх­ностью покрытого льдом арктического моря, стала холодной — так как она охладилась от подстилающей поверхности, и прозрачной — потому что там неоткуда было взяться пыли. Температура воздуха внизу у поверхности Земли окажется близкой к температуре самой поверхности. Но так как охлаждение проникало во всю толщу воздушной массы лишь постепенно, то температура в более высоких слоях осталась значительно выше, чем внизу. Стало быть, более холодные и тяжелые слои воздуха будут лежать внизу, а более теплые — вверху и воздушная масса, в полярных областях, будет «устойчивой».

Допустим теперь, что эта воздушная масса начала передвигаться к югу. В южных районах - земная поверхность значительно теплее, и поэтому воздушная масса, двигаясь на все более теплую подстилающую поверхность, станет снизу постепенно нагреваться

Сильнее всего, — и скорее всего, — нагреваются нижние слои воздушной массы. При этом они окажутся теплее верхних, а стало быть, и легче. Таким образом, воздушная масса изменила свои свойства. Если вначале, на севере, наиболее тяжелые (холодные) слои ее лежали внизу, то теперь внизу будут лежать более легкие (теплые) слои. Воздушная масса стала «неустойчивой».

Значит, воздушная масса становится неустойчивой в том случае, когда она перемещается на более теплую подстилающую поверхность. Но ведь ранее в этих районах лежала своя более теплая воздушная масса и, следовательно, приход новой воздушной массы с Севера принесет с собой в эти районы похолодание. Таким образом, для этих мест новая воздушная масса окажется холодной. Такую воздушную массу называют «холодной или неустойчивой».

Представим себе теперь другой случай — когда воздушная масса сформировалась в южных широтах, над жаркой, сильно нагретой поверхностью почвы. Здесь сильнее всего нагрелись нижние слои. Они стали более легкими, и воздушная масса оказалась неустойчивой. Допустим теперь, что эта воздушная масса начала перемещаться на север. Всюду по пути она попадает на более холодную подстилающую поверхность и постепенно охлаждается от нее. Охлаждению будут подвергаться в первую очередь опять-таки нижние слои. Они будут становиться холоднее и тяжелее, в то время как в верхних частях воздушной массы температура останется высокой, так как сюда охлаждение еще не успело достичь.

Таким образом, в вашей воздушной массе наиболее тяжелые (холодные) слои будут лежать внизу и воздушная масса станет «устойчивой».

Эта воздушная масса всюду будет теплее, чем бывший здесь ранее воздух, стало быть, всюду она принесет с собой потепление. Такая воздушная масса называется «теплой или устойчивой».

Облака в теплой воздушной массе обычно закрывают все небо сплошной, серой бесформенной пеленой, низко нависшей над головой. К середине дня часто этот слой становится светлее, «прозрачнее», а иногда в нем появляются даже небольшие просветы. Вечером и ночью такая облачность вновь уплотняется.

В холодной воздушной массе облака «ведут себя» совсем иначе. Они появляются только в середине дня, и к ночи исчезают. Эти облака очень характерны, и их легко различить на небе. Они не покрывают его сплошным слоем, а разбросаны по нему отдельными «клочьями», «кучами». Отсюда и пошло их название — кучевые.

По мере прогревания холодной воздушной массы, т. е. по мере проникновения тепла от земной поверхности во все более высокие слои воздуха, кучевые облака становятся все мощнее и выше, и из них выливаются обильные ливни, часто сопровождающиеся грозами. К вечеру кучевые облака оседают и растекаются в тонкие, длинные полосы, которые к ночи совсем исчезают.

Так как такое развитие облачности бывает только внутри одной воздушной массы и свидетельствует о том, что эта масса достаточно велика, то кучевые облака служат признаком сохранения хорошей погоды.

Очень важно также знать, где именно, в какой части земного шара, сформировалась каждая воздушная масса. Холодный воздух может образо­ваться и в Арктике, и (зимою) в Сибири, над Гренландией и над Северной Канадой. Каждая из этих воздушных масс, двигаясь на юг, приобретет неустойчивость. Но вместе с тем каждая из них будет обладать еще и своими существенными различиями, которые обусловливаются местом ее формирования. Холодный воздух, образовавшийся зимой над арктическими морями, будет отличаться от холодного же воздуха, образовавшегося над Сибирью или Канадой. Поэтому воздушные массы различают также по их происхождению, т. е. по району, где они приобретали свои свойства. Различаются четыре основных вида воздушных масс, в свою очередь делящихся на ряд более мелких подвидов. Эти основные виды следующие: арктический – воздух, приобретающий свои свойства в высоких арктических широтах; полярный воздух, формирующийся в умеренной зоне; тропический воздух, формирующийся в южных широтах, и, наконец, экваториальный, очагом происхождения которого является экваториальный пояс.

В зависимости от формирования каждой из этих воздушных масс над морем или над континентом, его называют континентальной или морской. Если, например, говорят «арктический континентальный воздух», то это значит, что мы имеем дело с воздушной массой, образовавшейся в высоких арктических широтах над материком. «Морской тропический воздух» означает воздушную массу, сформировавшуюся над южными морями, и т. д.