Коротка історія розвитку метеорології та кліматології

Ще давньогрецький вчений Аристотель (384-322 рр. до н.е.) написав монографію „Метеорологіка”, в якій вказував що задовго до нього цей розділ знання називали „метеорологія”. Основи сучасних знань про атмосферу були закладені після винайдення метеорологічних приладів. Так, в 1593 р. Галілей сконструював термоскоп – прообраз сучасного термометра, в 1643 р. Торічеллі винайшов барометр і довів існування атмосферного тиску, в 1730 р. Реомюр сконструював спиртовий термометр і він став широко доступним.

Першу спробу створити мережу метеорологічних станцій зробила створена учнями Галілея флорентійська „Академія досвіду” в 1657 р., яка відкрила станції в Італії, Парижі, Варшаві, Інсбруці тощо. Хоч із закриттям академії мережа розпалась, але поштовх було зроблено. З 17 ст. метеорологічні спостереження мають більш-менш науковий характер. У великих містах Європи – Парижі, Упсалі, Празі, Берліні, Лондоні, Петербурзі – спостереження проводяться майже безперервно – з початку 18 ст.

Слід відмітити великий масштаб робіт у царській Росії. У складі експедиції Беринга були природодослідник Гмелін та астроном Деліль. В 1733 р. вони організували цілу мережу метеорологічних станцій на великій території – 12 станцій: Казань, Єкатеринбург, Тобольськ, Ямишево, Єнісейськ, Томськ, Туруханськ, Іркутськ, Селенгінськ, Нерчинськ, Аргунськ, Якутськ. Ряди спостереження на цих станціях, хоч і з перервами, є одними із найдовших і ще у 18 ст. дозволили висвітлити кліматичні умови величезної нікому не відомої території.

Невдовзі результати метеорологічних спостережень дозволили зробити важливі висновки. Працями О.Гумбольта та Г.В. Дове в Німеччині закладено основи кліматології. Слід відмітити найвідоміших європейських кліматологів, таких як Кеппен В.П., Ганн Ю, Воєйков О.І.. О.І.Воєйкова вважають основоположником кліматології в Росії. Він у 1884 р. опублікував класичну працю „Клімати земної кулі, особливо Росії”. У ній він вперше у світі розкрив чинники формування клімату. Він розглядає сонячну радіацію, циркуляцію атмосфери, вологообіг, роль підстильної поверхні у формуванні клімату.

В 1820 р. Г.В.Брандес в Німеччині склав перші синоптичні карти, а з 50-х років за ініціативою французького астронома У. Левер”є та англійського адмірала Р.Фіцроя синоптичний метод набув широкого використання. На його основі виникла служба погоди і новий розділ метеорологічної науки – синоптична метеорологія.. Пізніше вона досягла значних успіхів завдяки працям В. Б”єркнеса (Норвегія), Г.Фікера (Австрія), Б.П.Мультановського.

Вперше інструментальні спостереження в Україні проведені у Харкові (1738-1741 рр.), Сновську (Щорс) Чернігівської області (1769-1782), у Києві (1770-1771, 1799-1802 рр.). Перша метеорологічна станція в Україні була створена в Херсоні в 1808 р. Регулярні спостереження розпочались лише в 1811 р. на метеорологічній станції в с. Кручик під Харковом, в 1812 р. в Києві, в 1825 р. в Херсоні. Перша в Україні метеорологічна обсерваторія була створена в Луганську в 1836 р. В подальшому аналогічні обсерваторії були створені у Одесі (1839) та в Дніпропетровську (1841 р.).

Метеорологічна обсерваторія при Київському університеті заснована в 1855 р. Регулярні місячні результати спостережень почали виходити з 1863 р. Використовуючи ці матеріали О.В. Клосовський опублікував цікаву працю „Некоторые данные по климатологии Киева (1874 р.)”, за яку він був нагороджений золотою медаллю Російського географічного товариства. До речі, з 1890 р. роботою обсерваторії керував завідувач кафедри фізичної географії університету професор П.І. Броунов, який з часом став основоположником сільськогосподарської метеорології. В 1892 р. він організував Придніпровську мережу метеорологічних станцій, де паралельно вели спостереження за ростом, розвитком і урожайністю сільськогосподарських культур.

Уже відомий нам професор Одеського університету О.В.Клосовський протягом 1883-1886 рр. заснував мережу метеорологічних станцій (1648 станцій) від Бессарабії до Криму та від Одеси до Чернігова. В 1891 р. заснована метеорологічна обсерваторія при Харківському університеті. Роботою обсерваторії керував викладач фізики і метеорології М.П.Косач, брат Лесі Українки. Він брав участь також в організації Харківської мережі метеорологічних станцій, яка почала спостереження в 1902 р.

Перша світова і, особливо, громадянська війни практично зруйнували мережу метеорологічних станцій в Україні. Відбудовувати її почали уже в 1918 р.

Характеристику кліматів різних районів України вперше опубліковано в 20-х роках ХХ ст..: Д.К.Педаєв „Климат Харьковской губернии”, Г.М.Висоцький „Климатические очерки Черниговщины”, С.О. Бржозовский „Климат Житомира”, М.М.Самбікін „Микроклиматические районы Полтавщины”, Л.Г.Данилов „Климат Подолии”, П.Л.Томашевич „Климатические условия Белоцерковщины”, І.Я.Точидловський „Климат Одессы”, Д.К.Педаєв та М.І.Гук „Климатический атлас Украины”, Б.І.Срезнєвський „Атлас карт распределения температуры воздуха в Украине”.

В 1950 р. за редакцією М.І.Гука опубліковано довідник з клімату України, в якому наведено узагальнені матеріали спостережень всієї метеорологічної мережі України за період 1891-1935 рр. Протягом 1966-1969 рр. опубліковано п’ять томів характеристик клімату. Слід відмітити дві монографії І.О.Бучинського „Клімат України” (1960 р.) та „Климат Украины в прошлом, настоящем и будущем” (1963 р.)

Найновіші дослідження клімату України підведено в монографії „Климат Украины” в 1967 р. за редакцією Г.Ф.Прихотька, О.В.Ткаченка, В.М.Бабіченко. В 1984 р. опубліковано монографію „Климат”, яка є складовою в серії публікацій із загальною назвою „Природа Украинской СССР” за редакцією К.Т.Логвинова та М.І.Щербаня. В.М.Бабіченко стала організатором великого колективу авторів останньої солідної монографії „Клімат України”, опублікованої в 2003 р.

Отже, уже в 19 ст. розвинувся метод класичної кліматології, коли для характеристики клімату використовуються середні значення всіх метеорологічних величин. Ці величини публікуються у вигляді довідників, кліматичних карт, атласів. Вони зручні при характеристиці клімату і використовуються й зараз.

На початку 20-х років ХХ ст.. Є.Є.Федоров запропонував так званий метод комплексної кліматології. Справа в тому, що в синоптиці в цей час розвивалось вчення про повітряні маси. Синоптики оперували погодою в цілому, а кліматологи вивчали середні багаторічні величини. Автор запропонував характеризувати клімат місцевості повторюваністю різних класів (типів) погоди. На сьогодні виділено 14 класів погоди. Метод не набув широкого розповсюдження, він досить трудомісткий. Повторюваність класів погоди можна вважати додатковою характеристикою клімату місцевості.

В 30-х роках ХХ ст.. інтенсивно розвивався метод динамічної кліматології. Широко вивчалась динаміка атмосфери, формування та переміщення повітряних мас, наприклад, визначення кількості днів з арктичним повітрям, середньої температури арктичного повітря в даному районі кожного місяця. Представники цього методу В.Фогель та К.Г.Росбі в США, Г.Гельмгольц у Німеччині, В.Б”єркнес у Норвегії, М.Маргулес в Австралії, М.Є.Кочін, І.О.Кібель, О.О.Фрідман, Г.Я.Вангенгейм, Є.С.Лір, О.І.Аскіназій, С.П.Хромов, О.О.Дроздов, Б.П.Алісов виконали чимало цікавих кліматичних досліджень.

Починаючи з 30-х років ХХ ст.. розвиток аерологічних досліджень дозволив вивчати клімат вільної атмосфери і пов’язувати його з кліматом приземного шару атмосфери. Це праці Х.П.Погосяна, М.Ф.Накоренка, Є.С.Селезньової, В.М.Міхеля тощо.

Велике значення для розвитку теорії кліматології мають роботи М.Є.Кочіна про загальну циркуляцію атмосфери, В.В.Шулейкіна про взаємодію повітряних течій над океаном та суходолом, Х.П.Погосяна про сезонні коливання загальної циркуляції атмосфери, Є.М.Блинової про центри дії атмосфери, М.Є.Швеця про теорію добового ходу температури.

Значна кількість праць присвячена величезній проблемі в кліматології – проблемі теплового балансу підстильної поверхні. Теоретичному обґрунтуванню дослідження присвятили свої роботи С.І.Савинов, М.М.Калітін, А.Онгстрем (Швеція), С.Ланглей та Г.Абот (США), Ф.Лінке (Німеччина). Організатором вивчення усіх компонентів теплового балансу земної кулі став М.І.Будико. Цей напрямок робіт одержав назву фізична кліматологія, оскільки широко вивчались фізичні основи клімату.

Велику роботу з методики обробки матеріалів спостереження провели Л.О.Камінський. Є.С.Кузнєцов, О.О.Дроздов, Є.С.Рубінштейн. Велику роль у розвитку сільськогосподарської метеорології відіграли П.І.Броунов, О.І.Воєйков, Г.Т.Селянинов, Ф.Ф.Давітая, П.І.Колосков тощо.

Зараз дослідження в галузі метеорології та кліматології досить добре координуються ВМО, особливо у напрямку можливих змін та коливання клімату.

Атмосфера Землі

Атмосфера – це повітряна оболонка, що оточує Землю і обертається разом з нею. Атмосфера утримується силою земного тяжіння. Повітрям називають механічну суміш багатьох газів.

На відміну від води повітря стискується. Тому густина атмосфери з висотою зменшується і атмосфера поступово переходить у космічний простір, тобто атмосфера не має чіткої верхньої межі. Умовно метеорологічною межею атмосфери вважають висоту 1000-1200 км, де ще інколи спостерігаються полярні сяйва. Супутники дозволяють вважати, що густина атмосфери наближається до густини міжпланетного середовища на висоті 2-3 тисячі кілометрів. Автоматичні міжпланетні станції зафіксували сліди атмосферних газів на висоті понад 20 тисяч кілометрів. Непрямі методи дослідження показують, що зовнішня частина атмосфери Землі проникає в дуже розріджену сонячну атмосферу.

Нічого дивного в цьому немає, тому що на висоті кількість молекул і атомів в одиниці об’єму повітря зменшується і тому зменшується ймовірність їх зіткнення. Тому деякі атоми, що після зіткнення рухаються угору, можуть не зустріти інших атомів і їхній рух буде уповільнюватись лише силою земного тяжіння. Якщо кінетична енергія газів буде більшою потенціальної енергії земного тяжіння, то вони вийдуть у міжпланетний простір. Це явище називається дисипацією або розсіюванням атмосфери.

Наводимо масу атмосфери Землі у порівнянні з іншими планетами.

Маса атмосфери: Земля 5,29 · 10²¹ г. атмосферний тиск 1 атмосфера

Венера 4,2 · 10²³ г. понад 80 атмосфер

Марс 2,4 · 10¹⁹ г. 0,006 атмосфери

 

На Меркурії немає навіть ознак атмосфери. Половина всієї маси атмосфери Землі зосереджена в нижніх 5 км, 75 % - в нижніх 10 км, 90 % - в нижніх 20 км, 97 % - в нижніх 29 км, 99,8 % - в нижніх 60 км.